CN110977097A - 一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，包括如下三个阶段：S1：引弧阶段，采用大电流引弧，在短时间内完成；S2：主焊接阶段，焊接电流采用复合超音频脉冲变极性电流，复合超音频脉冲变极性电流波形由超音频脉冲电流波形与变极性电流波形组合得到；S3：熄弧阶段，保持熄弧电流波形形态与主焊接过程电流波形形态一致，仅电流波形的幅值发生衰减。本发明针对引弧阶段和熄弧阶段的电气特点，在引弧阶段、主焊接阶段和熄弧阶段采用焊接时序控制，能够很好的改善引弧和熄弧阶段焊缝的气孔缺陷问题。

Description

一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法

技术领域

本发明属于铝合金焊接技术领域，更具体的说是涉及一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法。

背景技术

采用传统的四步法进行铝合金焊接时，由于引弧电流普遍较小，而且引弧成功后要经过一个电流缓升的过程，然后才进入主焊接过程，使得起弧的初始阶段电弧热输入量不够，很难快速形成稳定的焊接熔池，从而导致在焊缝引弧部位形成气孔缺陷；在熄弧阶段，通常采用直流缓降的方法进行熄弧，使得熄弧阶段的焊接熔池没有超音频脉冲和变极性电流产生的电弧搅拌作用，因此，熄弧阶段焊缝容易形成气孔缺陷。这种气孔缺陷在工作环境湿度较大的情况下尤为明显，严重影响了高性能铝合金的电弧焊接质量。

因此，如何提供一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，针对引弧阶段和熄弧阶段的电气特点，在引弧阶段、主焊接阶段和熄弧阶段采用焊接时序控制，能够很好的改善引弧和熄弧阶段焊缝的气孔缺陷问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，包括如下三个阶段：

S1：引弧阶段，采用大电流引弧，在短时间内完成；

S2：主焊接阶段，焊接电流采用复合超音频脉冲变极性电流，复合超音频脉冲变极性电流波形由超音频脉冲电流波形与变极性电流波形组合得到；

S3：熄弧阶段，保持熄弧电流波形形态与主焊接过程电流波形形态一致，仅电流波形的幅值发生衰减。

优选的，引弧完成后，引弧电流直接从直流模式跳转到主焊接阶段的复合超音频脉冲变极性电流，该过程在5ms的时间内完成。

优选的，在引弧过程中，若钨极发生了氧化或者引弧点处焊缝表面清污不彻底，引弧装置持续工作200ms直到引弧成功为止。

优选的，步骤S1中引弧电流幅值在60A到100A之间。

优选的，步骤S1中引弧过程控制在5ms的时间内完成。

优选的，根据是否在变极性电流上叠加超音频脉冲电流，将主焊接阶段划分成四种焊接模式：不叠加焊接模式，正向叠加焊接模式、负向叠加焊接模式和正负向叠加焊接模式。

优选的，变极性电流波形的幅值为0～300A，频率为0～1000Hz，占空比为0～100％；超音频脉冲电流波形的幅值为0～100A，频率为1kHz～100kHz，占空比为0～100％。

优选的，步骤S3中所述的主焊接过程电流波形形态包括超音频脉冲叠加模式、频率和占空比。

本发明的有益效果在于：

本发明引弧阶段采用尽可能大的电流，提高引弧阶段的热输入量，确保熔池能快速形成；引弧阶段完成后直接进入主焊接阶段，保证熔池能迅速得到复合超音频脉冲变极性电弧的充分搅拌，有利于熔池中气体的逸出，达到对气孔缺陷的抑制；熄弧阶段采用渐进熄弧方式，保证熔池在熄弧过程中，依旧能得到复合超音频脉冲变极性电弧的充分搅拌，既有利于熔池中气体的逸出，又能达到对焊缝组织晶粒细化作用，同样具有抑制焊缝气孔缺陷的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为传统四步法复合超音频脉冲变极性焊接时序图和缺陷区域。

图2为本发明的焊接时序图及其引弧熄弧熔池状态。

图3附图为传统四步法复合超音频脉冲变极性焊接方法焊接焊缝的铝合金X光片。

图4附图为本发明焊接焊缝的铝合金X光片。

图5附图为传统焊接方法的焊接效果图。

图6附图为本发明焊接方法的焊接效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，包括如下三个阶段：

S1：引弧阶段，首先，采用大电流引弧，引弧电流幅值在60A到100A之间，可以根据板厚选择适当的引弧电流，尽可能大的增大引弧阶段的热输入量；另外，尽可能短的引弧时间，正常情况下引弧过程将在5ms的时间内完成；成功引弧后，电流波形直接从直流模式跳转到主焊接阶段的复合超音频脉冲变极性电流波形，该过程可在5ms的时间内完成。其中，主焊接阶段的电流幅值可以比引弧电流波形幅值大也可以比引弧电流幅值小，另外，如果在引弧时钨极发生了氧化或者引弧点处焊缝表面清污不彻底，将导致引弧困难，此时高频引弧装置将持续工作200ms直到引弧成功为止，如果引弧依旧失败将停止该引弧过程。

S2：主焊接阶段，主焊接阶段的焊接电流由超音频脉冲电流波形与变极性电流波形组合得到的复合超音频脉冲变极性电流波形。根据是否在变极性电流上叠加超音频脉冲电流，可以将主焊接阶段划分成4种焊接模式：不叠加焊接模式，正向叠加焊接模式、负向叠加焊接模式和正负向叠加焊接模式。其中，变极性电流波形的幅值为0～300A，频率为0～1000Hz，占空比为0～100％；超音频脉冲电流波形的幅值为0～100A，频率为1kHz～100kHz，占空比为0～100％。可根据工艺需求选择特定焊接模式进行焊接。

S3：熄弧阶段，在熄弧阶段的电流波形，维持主焊接阶段焊接电流形态不变(超音频脉冲叠加模式、频率和占空比)，而幅值逐渐衰减，直到降低到熄弧电流设定值后完成熄弧过程，焊机停止焊接电流的输出。其中，幅值的衰减速度可以通过对熄弧时间参数的设定进行调节。

本发明在引弧阶段和熄弧阶段的电气特点，可以很好的改善引弧和熄弧阶段焊缝的气孔缺陷问题，原理如下：

引弧阶段：在引弧阶段我们分别对引弧时间和引弧电流进行严格的约束，使得直流引弧持续时间尽可能短，而引弧电流幅值足够大，确保焊接熔池在引弧阶段能迅速形成并进入稳定状态。另外，引弧阶段与主焊接阶段的无缝衔接有助于焊接熔池的稳定过渡，可以极大的提高引弧阶段焊缝的成型质量，抑制引弧阶段铝合金焊接的气孔缺陷。

熄弧阶段：在熄弧阶段，保持熄弧电流波形形态与主焊接过程电流波形一致(超音频脉冲叠加模式、频率和占空比)，仅电流波形的幅值发生衰减，这种熄弧方法，可以在电流逐渐降低的过程中维持复合超音频脉冲变极性电弧对熔池的均匀搅拌作用，有助于熔池内部气体的逸出，同时也起到了细化晶粒的作用，这是传统四步法焊接工艺无法达到的效果。另外，较快的熄弧容易产生熔池裂纹缺陷，这是因为熔池的急速冷却造成的，可以通过适当增大熄弧时间，确保熔池从液态向固态的平稳过渡，可以很好的解决熄弧阶段产生的裂纹和气孔缺陷问题。

图1所示，为传统四步法复合超音频脉冲变极性焊接时序图和缺陷区域，这种缺陷在工作环境湿度大的条件下尤为明显。

图2所示，为本发明提出的改进型复合超音频脉冲变极性焊接时序图，以及起收弧阶段熔池情况，对比图1所示的传统的四步法焊接时序，本发明引弧阶段采用尽可能大的电流，提高引弧阶段的热输入量，确保熔池能被快速形成；引弧阶段完成后直接进入主焊接阶段，保证熔池能迅速得到变极性和超音频脉冲电弧的充分搅拌，有利于熔池中气体的逸出，达到对气孔缺陷的抑制；熄弧阶段采用渐进熄弧方式，保证熔池在熄弧过程中，依旧能得到复合超音频脉冲变极性电弧的充分搅拌，既有利于熔池中气体的逸出，又能达到对焊缝组织晶粒细化作用，同样具有抑制焊缝气孔缺陷的功能。

图3和图4所示焊缝的X光片，分别是采用了传统四步法复合超音频脉冲变极性焊接方法和基于本发明焊接方法，在相同的环境下，对同一块铝合金板材进行的焊接实验得到的焊缝。对比图3和图4中起收弧焊缝效果发现，采用本发明提出的焊接时序(图2所示)，可以很好的解决传统四步法焊接焊缝在起收弧部位的气孔缺陷多发的问题。

图5和图6分别表示在图3和图4实验条件下得到的焊接焊缝实际效果。对比这两种焊接效果可知，相同的焊接条件下，传统焊接得到的焊缝(图5)在起收弧部分存在明显的气孔缺陷，而且整个焊缝表面非常粗糙，而基于本发明提出的焊接时序的改进型焊机焊接得到的焊缝表面非常清洁，在起收弧部分不存在气孔缺陷问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，包括如下三个阶段：

S1：引弧阶段，采用大电流引弧，在短时间内完成；

S2：主焊接阶段，焊接电流采用复合超音频脉冲变极性电流，复合超音频脉冲变极性电流波形由超音频脉冲电流波形与变极性电流波形组合得到；

S3：熄弧阶段，保持熄弧电流波形形态与主焊接过程电流波形形态一致，仅电流波形的幅值发生衰减。

2.根据权利要求1所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，引弧完成后，引弧电流直接从直流模式跳转到主焊接阶段的复合超音频脉冲变极性电流，该过程在5ms的时间内完成。

3.根据权利要求1所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，在引弧过程中，若钨极发生了氧化或者引弧点处焊缝表面清污不彻底，引弧装置持续工作200ms直到引弧成功为止。

4.根据权利要求1所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，步骤S1中引弧电流幅值在60A到100A之间。

5.根据权利要求1或4所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，步骤S1中引弧过程控制在5ms的时间内完成。

6.根据权利要求1所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，根据是否在变极性电流上叠加超音频脉冲电流，将主焊接阶段划分成四种焊接模式：不叠加焊接模式，正向叠加焊接模式、负向叠加焊接模式和正负向叠加焊接模式。

7.根据权利要求6所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，变极性电流波形的幅值为0～300A，频率为0～1000Hz，占空比为0～100％；超音频脉冲电流波形的幅值为0～100A，频率为1kHz～100kHz，占空比为0～100％。

8.根据权利要求7所述的一种改进铝合金电弧焊缝气孔缺陷的方法，其特征在于，步骤S3中所述的主焊接过程电流波形形态包括超音频脉冲叠加模式、频率和占空比。

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