CN112008196A - 复合脉冲焊接方法、焊接系统、焊机及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合脉冲焊接方法，包括在焊接过程中形成具有复合脉冲周期的焊接电流，复合脉冲周期包括依次进行的启弧阶段、燃弧阶段和短路阶段，启弧阶段具有启弧基值电流和高频脉冲电流复合的启弧电流，燃弧阶段具有燃弧基值电流和低频脉冲电流复合的燃弧电流。熔滴过渡方式为短路过渡与脉冲过渡的交替进行，鱼鳞焊缝波纹宽度在1.5～2.3mm之间，此时得到的焊缝外观质量最高。整体的燃弧阶段的能量消耗为常规的CMT周期燃弧阶段的70～80％。

Description

复合脉冲焊接方法、焊接系统、焊机及应用

技术领域

本发明涉及焊机技术领域，涉及一种复合脉冲焊接方法、焊接系统、焊机及应用。

背景技术

铝合金材质罐体由于其具有良好的耐腐蚀性能，普遍用于运输各种液体或液化气体，且铝合金罐体相比于碳钢罐体质量轻、寿命长，具有较高的经济和社会价值。

现有对铝合金罐体的焊接方法，存在以下问题：人工手工焊接5～7mm中厚度铝合金罐体难以实现单面焊双面成形，往往需要背部清根进行二次施焊，降低焊接焊接效率；铝合金材料焊接易产生气孔、夹杂、咬边及裂纹等缺陷，焊接质量不稳定；铝合金罐体手工焊产生强弧光、大电流，进而造成高温、烟尘等环境污染，严重危害焊接工人的身体健康；CMT焊接方法虽然焊接能量低，但是其对于不开破口的铝合金焊接，适用厚度为0.2-3mm，而对于厚度更大的工件，其焊接能量会显著增加，且焊缝效果不佳。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种复合脉冲焊接方法，其技术方案如下：

一种复合脉冲焊接方法，包括在焊接过程中形成具有复合脉冲周期的焊接电流，所述复合脉冲周期包括依次进行的启弧阶段、燃弧阶段和短路阶段，所述启弧阶段具有启弧电流，所述启弧电流为启弧基值电流和高频脉冲电流的复合电流，所述燃弧阶段具有燃弧电流，所述燃弧电流为燃弧基值电流和低频脉冲电流的复合燃弧电流。

一种脉冲焊接系统，包括：存储电路、处理电路及存储在所述存储电路中并可在所述处理电路中运行的可执行指令，所述处理电路执行所述可执行指令时实现所述的脉冲焊接方法。

一种焊机，包括所述的脉冲焊接系统。

一种所述的脉冲焊接方法在焊接铝合金材质工件中的应用。

本发明提供的技术方案至少包括以下有益效果：

1、本发明所采用的复合脉冲焊接方法，而本发明改进之处是在CMT周期的启弧阶段中加入高频脉冲，通过瞬时高频脉冲，加速形成电弧，节省能量，进一步减少热传导；在燃弧阶段中加入低频脉冲，能够加快熔滴形成，总体上能够进一步减少功耗，提高能量利用率。通过复合进入的双脉冲频率会使焊接件正面形成鱼鳞焊缝，频率增加，正面焊缝鱼鳞焊缝波纹更加密集，频率降低，波纹粗大影响美观。

2、本发明提供的复合脉冲焊接方法具有熔深大、热输入量低、弧光飞溅小等优点；熔滴过渡方式为短路过渡与脉冲过渡的交替进行，鱼鳞焊缝波纹宽度在1.5～2.3mm之间，此时得到的焊缝外观质量最高。整体的燃弧阶段的能量消耗为常规的CMT周期燃弧阶段的70～80％。

3、本发明的铝合金罐体自动复合脉冲焊接方法实现了2～7mm中厚度铝合金罐体的自动化焊接生产，实现了单面焊双面成形，提高了成形质量和焊接效率。

4、本发明采用铝合金罐体自动复合脉冲焊接方法，焊接过程中可实现熔滴的平稳过渡，减少飞溅、烟尘等环境污染。

5、焊接完成后的铝合金罐体焊缝外观平整，呈均匀鱼鳞纹状，焊缝余高不超过3mm，双面成形效果均匀良好，RT探伤一次合格率达98％以上。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”术语应做广义理解，能够是静连接或动连接，也可以是不可拆卸连接或可拆卸连接，也可以是搁置于其上或者具体的布置方位；“连接”能够是静连接或动连接，也可以是不可拆卸连接或可拆卸连接；“固定”及“安装”是静连接；“套接”可以是套在某部件的外部而不接触、套在某部件外部并与其螺纹连接、或套在某部件外可拆卸式连接；“螺纹连接”即是指通过螺纹咬合、旋转式连接；“转动连接”即是指通过滚珠、滚轮等连接，且二个连接件中之一或二者均可自转；“传动连接”即是指通过链条、传送带或连杆等方式的间接连接且同步动作的连接方式；“连通”是指“固定”或“连接”在一起且内部空间相通；“弹性连接”是指通过第一弹簧、弹片或其他可以产生形变的部件来实现连接；“电连接”即是指电子元件用导电介质连接起来；除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

附图说明

图1是本发明提供的复合脉冲焊接方法的焊接电流和电压的脉冲波形图。

图2是本发明实施例提供的铝合金罐体复合脉冲焊接设备的装配示意图；其中：1、电源，2、保护气罐，3、龙门框架，4、变位机，5、支承滚轮，6、罐体，7、焊枪，8、激光跟踪器，9、送丝机，10、焊接机器人，11、焊机。

图3是本发明铝合金罐体自动复合脉冲焊接方法的焊枪在焊接过程中的位置图。

图4是采用本发明铝合金罐体自动复合脉冲焊接方法的焊接试件焊缝成形图。

图5是本发明对比例提供的手工TIG焊的成形图。

图6是本发明实施例提供的铝合金罐体复合脉冲焊接方法的焊接试件RT探伤底片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。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，均属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

复合脉冲焊接方法

如图1，本发明提供一种复合脉冲焊接方法，包括在焊接过程中形成具有复合脉冲周期的焊接电流，所述复合脉冲周期包括依次进行的启弧阶段(A)、燃弧阶段(B)和短路阶段(C)，所述启弧阶段具有启弧电流，所述启弧电流为启弧基值电流和高频脉冲电流的复合电流，所述燃弧阶段具有燃弧电流，所述燃弧电流为燃弧基值电流和低频脉冲电流的复合燃弧电流。

本发明所采用的复合脉冲焊接方法，通过形成具有复合脉冲周期的焊接电流，复合脉冲周期具有启弧阶段、燃弧阶段和短路阶段。在复合脉冲周期内，在启弧阶段阶段形成电弧，燃弧阶段通过电弧能量将焊丝融化形成熔滴，在短路阶段，短路发生，送丝机将焊丝迅速抽回，熔滴精准平稳地过渡到熔池中，其基本为一个CMT周期，通过这种冷热交底的降低焊接热产生，减少了焊接热传导，还能实现焊缝厚度过度，减少飞溅，同时还能减少能量输入；而本发明改进之处是在其启弧阶段中加入高频脉冲，通过瞬时高频脉冲，加速形成电弧，节省能量，进一步减少热传导；在燃弧阶段中加入低频脉冲，能够加快熔滴形成，总体上能够进一步减少功耗，提高能量利用率。通过复合进入的双脉冲频率会使焊接件正面形成鱼鳞焊缝，频率增加，正面焊缝鱼鳞焊缝波纹更加密集，频率降低，波纹粗大影响美观。本发明提供的复合脉冲焊接方法具有熔深大、热输入量低、弧光飞溅小等优点；在连续的两个第一周期后加入一个第二周期，熔滴过渡方式为短路过渡与脉冲过渡的交替进行，鱼鳞焊缝波纹宽度在1.5～2.3mm之间，此时得到的焊缝外观质量最高。

根据本发明的示例实施方式，短路阶段的时间(附图中示为T3)、燃弧阶段的时间(附图中示为T2)和启弧阶段的时间(附图中示为T1)依次减小，启弧基值电流、燃弧电流和短路电流依次减小，即T3>T2>T1。如此设置，能够在降低功耗的同时，还能满足熔滴形成和快速脱落。

根据本发明的示例实施方式，启弧阶段A包括启动阶段A1和第一恒定阶段A2，启动阶段A1具有启动电流A10，第一恒定阶段A2具有第一恒定电流A20，启动电流A10至由零值变化至第一恒定电流值A20，启弧电流包括启动电流A10和第一恒定电流A20。

启弧阶段A复合有多个高频脉冲，高频脉冲具有高频脉冲电流A30，启弧电流还包括高频脉冲电流A30，高频脉冲的基值A30min于启动阶段A1低于启动电流值A10、于第一恒定阶段A2低于第一恒定电流值A20，高频脉冲电流的峰值A30max于启动阶段A1高于启动电流值A10、于第一恒定阶段A2高于第一恒定电流值A20。即在启动阶段A11，A30min＝A10，A30max>A20；在第一恒定阶段A20，A30min＝A20，A30max>A20。

更具体的，高频脉冲电流的峰值A30max于启动阶段A1为启动电流值A10的1.5～1.8倍、于第一恒定阶段A2为第一恒定电流A20的1.2～1.5倍，高频脉冲电流的基值A30min等于启动阶段A1为启动电流值A10的0.5～0.8倍、于第一恒定阶段A2为第一恒定电流A20的0.4～0.6倍；高频脉冲频率为8～10HZ，高频脉冲的占空比为10～20％。

其中，本发明提供的第一恒定电流A20的值为常规CMT周期中电流值的45～60％，启动阶段A1和第一恒定阶段A2均复合有高频脉冲，其启动阶段A1的时间是常规CMT周期启弧阶段的1.2～1.5倍(在整体启弧阶段A持续时间相同的情况下)，从而使得整体的启弧阶段的能量消耗为常规的CMT周期的启弧阶段的70～80％。

根据本发明的示例实施方式，燃弧阶段B包括熔滴形成阶段B1和第二恒定阶段B2，熔滴形成阶段B1具有熔滴电流B10，第二恒定阶段B2具有第二恒定电流B20，熔滴电流B10值由第一恒定电流值A20变化至第二恒定电流值B20，燃弧电流包括熔滴电流B10和第二恒定电流B20。

熔滴形成阶段B1复合有多个低频脉冲，低频脉冲具有低频脉冲电流B30，燃弧电流还包括低频脉冲电流B30，低频脉冲电流的基值B30min低于熔滴电流值B10，低频脉冲电流的峰值B30max高于熔滴电流值B10。即在熔滴形成阶段，B30min<B10，B30max>B10。

更具体的，低频脉冲电流的基值B30min为熔滴电流值B10的0.3～0.5倍，低频脉冲电流的峰值B30max为熔滴电流值B10的1.2～1.5倍，低频脉冲频率为2～3Hz，低频脉冲的占空比为30～50％。

其中，本发明提供的熔滴电流值B10和第二恒定电流B20均为常规CMT周期中电流值的45～60％。熔滴形成阶段B1复合有低频脉冲，此阶段持续时间为常规CMT周期的1.2～1.5倍(在整体燃弧阶段B持续时间相同的情况下)，从而使得整体的燃弧阶段的能量消耗为常规的CMT周期的燃弧阶段的70～80％。

脉冲焊接系统及焊机

本发明还提供了一种脉冲焊接系统，包括：存储电路、处理电路及存储在所述存储电路中并可在所述处理电路中运行的可执行指令，所述处理电路执行所述可执行指令时实现上述实施例所述的脉冲焊接方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

本发明还提供了一种焊机，包括上述的脉冲焊接系统。

复合脉冲焊接方法在焊接铝合金材质工件中的应用

根据本发明的示例方式，如图2，本发明具体应用了一种铝合金罐体自动复合脉冲焊接设备，包括：

焊接机构，其包括龙门框架3，固定于龙门框架3上的焊机11和焊机机器人10，固定于焊机机器人10的机械手臂上的焊枪7和激光跟踪器8；

变位机4，其用于对待焊工件进行旋转变位；包括一支承滚轮；

焊接时，变位机4带动待焊工件进行旋转，激光跟踪器8跟踪焊缝位置，焊接机器人10驱动焊枪7保持焊接位置进行定位焊接。

具体的，如图3所示，焊接过程中：送丝速度10～12m/min，焊接电流为175～225A，焊接电压为20V，焊接速度为0.4～0.6m/min，保护气体流量为15～20L/cm³。焊接过程中，如图2，定位焊点长度为15～30mm，定位焊点间距为150～250mm，焊缝间隙为0～1mm。

焊接位置为，如图3，焊丝伸出长度为10～15mm，焊丝尖端与焊接部位表面距离为0.5～2mm，与焊接部位夹角为80～90°，其中，所述焊丝采用铝硅焊丝直径为1.2mm。

本发明提供的复合脉冲焊接方法在焊接铝合金材质工件中的应用，如焊接铝合金罐体，能够单面焊双面成形，焊接过程中可实现熔滴的平稳过渡，减少飞溅、烟尘等环境污染；焊接完成后的铝合金罐体焊缝外观平整，呈均匀鱼鳞纹状，焊缝余高不超过3mm，双面成形效果均匀良好，RT探伤一次合格率达98％以上。(如图4、图5和图6)

实施例：对厚度6mm的铝合金罐体进行CMT+Pulse自动复合脉冲焊接，采用直径1.2mm的铝硅焊丝，焊接电流为180A，焊接电压20V，焊速0.43m/min，脉冲频率2Hz，焊缝正面和背面如图4所示。

对比例：采用人工TIG焊接工艺，采用直径1.2mm铝硅焊丝，焊接电流为180A，焊接电压13.5V，焊接速度0.45m/min，焊缝正面和背面如图5所示。另外还分别才有自动化的CMT焊接和MIG焊接。将上述实施例和对比例列入表1。

如表1所示，比较多组参数及试验结果发现，采用本发明提供的复合脉冲焊接方法得到的铝合金罐体实现了高质量的单面焊双面成形，通过图6的RT探伤检测底片可以看出焊缝部位没有明显的焊接缺陷；对于采用手工TIG焊接工艺得到的焊缝没有实现稳定的双面成形；不开破口可焊接铝合金的厚度范围相对于其他三种焊接方法更广。本发明提供的焊接方法其工作环境和内部缺陷均优于对比的焊接方法，其焊接强度及硬度与传统的TIG焊接相当。更值得一提的是，以CMT焊接方法的能耗为100％计，本发明提供的复合脉冲焊接方法的能耗是几种焊接方法中最低的，仅为CMT焊接方法的70～80％。

表1

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合脉冲焊接方法，其特征在于，包括在焊接过程中形成具有复合脉冲周期的焊接电流，所述复合脉冲周期包括依次进行的启弧阶段、燃弧阶段和短路阶段，所述启弧阶段具有启弧电流，所述启弧电流为启弧基值电流和高频脉冲电流的复合电流，所述燃弧阶段具有燃弧电流，所述燃弧电流为燃弧基值电流和低频脉冲电流的复合燃弧电流。

2.如权利要求1所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述启弧阶段包括启动阶段和第一恒定阶段，所述启动阶段具有启动电流，所述第一恒定阶段具有第一恒定电流，所述启动电流至由零值变化至所述第一恒定电流值，所述启弧电流包括所述启动电流和所述第一恒定电流。

3.如权利要求2所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述启弧阶段复合有多个高频脉冲，所述高频脉冲具有高频脉冲电流，所述启弧电流还包括所述高频脉冲电流，所述高频脉冲电流的基值于所述启动阶段低于所述启动电流值、于所述第一恒定阶段低于所述第一恒定电流值，所述高频脉冲电流的峰值于所述启动阶段高于所述启动电流值、于所述第一恒定阶段高于所述第一恒定电流值。

4.如权利要求3所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述高频脉冲电流的峰值于所述启动阶段为所述启动电流值的1.5～1.8倍、于所述第一恒定阶段为所述第一恒定电流的1.2～1.5倍，所述高频脉冲电流的基值于所述启动阶段为所述启动电流值的0.5～0.8倍、于所述第一恒定阶段为所述第一恒定电流的0.4～0.6倍；

所述高频脉冲频率为8～10HZ，所述高频脉冲的占空比为10～20％。

5.如权利要求1所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述燃弧阶段包括熔滴形成阶段和第二恒定阶段，所述熔滴形成阶段具有熔滴电流，所述第二恒定阶段具有第二恒定电流，所述熔滴电流值由所述第一恒定电流值变化至所述第二恒定电流值，所述燃弧电流包括所述熔滴电流和所述第二恒定电流。

6.如权利要求5所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述熔滴形成阶段复合有多个低频脉冲，所述低频脉冲具有低频脉冲电流，所述燃弧电流还包括所述低频脉冲电流，所述低频脉冲电流的基值低于所述熔滴电流值，所述低频脉冲电流的峰值高于所述熔滴电流值。

7.如权利要求6所述的复合脉冲焊接方法，其特征在于，所述低频脉冲电流的基值为所述熔滴电流值的0.3～0.5倍，所述低频脉冲电流的峰值为所述熔滴电流值的1.2～1.5倍，所述低频脉冲频率为2～3Hz，所述低频脉冲的占空比为30～50％。

8.一种脉冲焊接系统，其特征在于，包括：存储电路、处理电路及存储在所述存储电路中并可在所述处理电路中运行的可执行指令，所述处理电路执行所述可执行指令时实现如权利要求1-7任一项所述的脉冲焊接方法。

9.一种焊机，其特征在于，包括权利要求8所述的脉冲焊接系统。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的脉冲焊接方法在焊接铝合金材质工件中的应用。

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