CN112388117A - 一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法，该系统包括焊接电源模块，焊接电源模块和焊接电路被配置为对工件执行焊接操作；至少一个感应线圈和向感应线圈提供交流电的感应加热模块，感应加热模块和感应线圈被配置为对焊材执行预加热操作；所述感应线圈被配置为向焊材施加感应热量。本发明的方法中，焊材在进入电弧前先通过感应线圈预热，感应线圈加热焊材具有加热速率快、加热速率可控、没有旁路电流/电弧的电磁干扰、不使用保护气等优点，预热后的焊材可在较小的焊接电流下实现更高的焊材熔化量，有效解决电弧能量过高引起的电弧吹力大、工件熔化量大等问题，极大的改善了高速焊咬边、成型不良等缺陷。

Description

一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地说，涉及一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法。

背景技术

熔化极气保焊系统包括焊接电源模块M100’和送焊材机构M400’等，如图1所示，现代工业生产对焊接速度和焊接质量的要求越来越高，但是对于传统熔化极气保焊而言，焊接速度和焊接质量是不可兼得的，焊接质量要求越高，焊接速度提升的空间越小。其中的一个原因在于传统气保焊以电弧热为熔化焊材M500’和工件M900’的热源，而电弧的热量在焊材M500’和工件M900’上分配的比例几乎是固定的，因而焊接电流、电弧电压与焊材送进量正相关。焊速提高需要更大的焊材熔化量，进而使电流电压增大，这会带来电弧吹力增强、工件熔化量增大等问题，进而导致咬边、成型不良等缺陷。

为了解决这一问题，热丝熔化极气保焊技术应运而生，热丝熔化极气保焊的原理是：在焊材进入电弧之前，先通过其他方式加热焊材，这样就可以用较小的电弧能量熔化较多的焊材，提升焊接效率、提升焊接质量。

目前，主流的焊材加热方式有如下几种：

长干伸长焊接法，如图2所示，该方法的原理是增大正负极之间的电阻值，增大焊材M500’行进(加热)时间，利用焊材自身电阻产生的热量将焊材加热。该方式的优点是便捷、不需要增加专用设备、不需要改造焊接电源，缺点是干伸长较长焊材送进稳定性、指向性较差，电弧稳定性差，加热速率低，尤其对自身电阻小、材质较软的材料，效果较差。

外加热丝电源法，如图3所示，这种方式同样是利用焊材自身电阻的产生发热来加热焊材，区别是使用了专用热丝电源模块M800’，优点是干伸长较短，送进焊材稳定性、焊材指向性较好，缺点是热丝回路电流会对MIG/MAG(Melt Inert-gas Welding/Metal ActiveGas Arc Welding，熔化极惰性气体保护焊/熔化极活性气体保护电弧焊)焊电弧产生干扰，加热速率低、尤其对电阻较小的材料效果较差。

旁路电弧法，如图4所示，该方法利用TIG焊焊枪M700’的电弧加热焊材，此方法的缺点是TIG电弧会对MIG/MAG焊电弧产生干扰，TIG焊保护气体会对MIG/MAG焊的保护气流产生影响，加热速率不可控。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法。该系统中，焊材可在进入电弧前可先通过感应线圈预热，感应线圈加热焊材具有加热速率快、加热速率可控、没有旁路电流/电弧的电磁干扰、不使用保护气等优点，预热后的焊材可以用较小的电弧能量熔化较多的焊材，提升焊接效率、提升焊接质量。

本发明的一些实施例提供了一种热丝熔化极气保焊系统，包括：

焊接电源模块，所述焊接电源模块被配置为向焊接电路提供焊接电流和焊接电压，所述焊接电源模块和所述焊接电路被配置为对工件执行焊接操作；

至少一个感应线圈和向所述感应线圈提供交流电的感应加热模块，所述感应加热模块和所述感应线圈被配置为对焊材执行预加热操作；

所述感应线圈被配置为向焊材施加感应热量。

根据本发明的一些示例，所述系统还包括控制电路模块，所述控制模块被配置为控制所述感应加热模块输出的功率和所述焊接电源模块输出的功率。

根据本发明的一些示例，所述控制模块被配置为匹配焊接电流、焊接电压、焊材送进速度和焊材预热温度中的至少一种。

根据本发明的一些示例，所述控制电路模块还包括反馈模块，所述反馈模块被配置为基于来自一个或多个传感器的反馈来估计焊材的温度和所述感应线圈的温度。

根据本发明的一些示例，所述一个或多个传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器；

所述第一温度传感器被配置为检测焊材的温度；

所述第二温度传感器被配置为检测所述感应线圈的温度。

根据本发明的一些示例，所述感应线圈为可调式的感应线圈。

根据本发明的一些示例，所述控制电路模块被配置为通过控制信号来控制所述感应线圈的定位。

根据本发明的一些示例，还包括冷却模块，所述冷却模块被配置为冷却所述感应线圈。

根据本发明的一些示例，所述冷却模块被配置为通过控制信号来控制循环冷却水的流量。

本发明的另一些实施例提供了一种热丝熔化极气保焊焊接方法，使用所述热丝熔化极气保焊系统执行如下步骤：

接收用户参数设定并根据用户设定的参数匹配焊接参数；

启动感应线圈加热焊材；

分别监测感应线圈和焊材的温度；

判断是否感应线圈的温度正常且焊材的温度是否达到预设值；

如是，则焊接电源模块启动焊接操作。

与现有具有焊材预热的热丝熔化极气保焊系统相比，本发明的系统具有如下优点：

焊材加热速率快，尤其对于电阻率低的材料；

焊材加热速率/加热温度可控；

没有旁路电流/电弧的电磁干扰，MIG/MAG焊电弧稳定性好；

不使用保护气，热丝过程不会影响MIG/MAG焊的气保护效果。

本发明的系统和焊接方法有效解决了能量分配比例不可调的问题，由于焊材在进入电弧前先进行了预热，当焊材送入电弧后，仅需较小电弧热即可熔化，从总的能量消耗角度看，本发明的热丝熔化极气保焊焊接方法作用在焊材上的热量比例加大了，因而可以用较小焊接电流实现更高的焊材熔化量，有效解决电弧能量过高引起的电弧吹力大、工件熔化量大等问题，极大的改善了高速焊咬边、成型不良等缺陷。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理，通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-图4为现有的热丝熔化极气保焊系统的结构示意图；

图5为本发明的一实施例的热丝熔化极气保焊系统的结构示意图；

图6为本发明的一实施例的热丝熔化极气保焊焊接方法的流程图。

附图标记

M100’、M100 现有技术和本发明的焊接电源模块

M200 感应线圈

M300 感应加热模块

M400’、M400 现有技术和本发明的送焊材机构

M500’、M500 现有技术和本发明的焊材

M700’ TIG焊焊枪

M800’ 热丝电源模块

M900’、M900 现有技术和本发明的工件

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

图5为本发明的一实施例的热丝熔化极气保焊系统的结构示意图，具体地，该热丝熔化极气保焊系统包括：

焊接电源模块M100，所述焊接电源模块M100被配置为向焊接电路提供焊接电流和焊接电压，所述焊接电源模块M100和所述焊接电路被配置为对工件执行焊接操作；

至少一个感应线圈M200和向所述感应线圈M200提供交流电的感应加热模块M300，所述感应加热模块M300和所述感应线圈M200被配置为对焊材执行预加热操作；

所述感应线圈M300被配置为向送焊材机构M400送出的焊材M500施加感应热量。当然，本发明的系统还包括控制电路模块，所述系统还包括控制电路模块，所述控制模块被配置为控制所述感应加热模块输出的功率和所述焊接电源模块输出的功率。

本发明通过感应加热模块M300对感应线圈M200通电，感应线圈M200上产生交变的磁场，磁场在焊材表面产生交变的电流(即涡流)，涡流能瞬间将电能转化为热能，从而加热焊材。相对于现有的加热焊材的技术，本发明中采用感应线圈预热焊材，具有焊材加热速率快，尤其对于电阻率低的材料；焊材加热速率/加热温度可控；没有旁路电流/电弧的电磁干扰，MIG/MAG焊电弧稳定性好；不使用保护气，热丝过程不会影响MIG/MAG焊的气保护效果等有优点。

在实际的焊接操作时，如果感应加热模块输出的功率较大，即在焊材上的热量较大，此时，焊接电源模块可以减少输出的功率，本发明的系统中，可以设置有存储控制模块，在此模块存储有感应加热模块输出的功率与焊接电源模块输出的功率的比值的映射表，控制电路模块可根据感应加热模块输出的功率和映射表中的比值匹配焊接电源模块输出的功率。

本发明的另一些实施例提供了一种热丝熔化极气保焊焊接方法，图6为本发明的一实施例的热丝熔化极气保焊焊接方法的流程图，具体地，该方法使用所述热丝熔化极气保焊系统执行如下步骤：

S100：接收用户参数设定并根据用户设定的参数匹配焊接参数；焊接的过程中存在如下变量：焊材种类(材质、焊材规格)、保护气种类、焊材送进速度焊材预热温度、焊接电流、焊接电压等。通常，用户可以通过热丝熔化极气保焊焊接系统的用户交互界面输入需要设定的参数，设定的参数包括焊材种类(材质、焊材直径)、保护气种类、焊接方法(短路过渡焊接、脉冲焊接)等，再设定焊接电流、焊接电压、焊材送进速度中的一种参数，系统匹配其他参数。即在一些实施例中，所述控制模块被配置为匹配焊接电流、焊接电压、焊材送进速度和焊材预热温度中的至少一种。举例来说，如用户设定焊接电流，则系统匹配焊接电压、焊材送进速度和焊材预热温度，在本发明中，系统还匹配焊材的预热温度，由此匹配感应线圈的电流、电压、频率、加热线圈导通匝数以及后面提及的循环冷却水的流速等。

同样地，系统中设置的存储控制模块可以存储设定的焊接参数的最佳匹配值，可以是映射表或者是其他的形式。焊接时，用户根据实际需求，调节其中一个参数，系统通过存储控制模块自动匹配出其他参数的最优值。

在系统完成参数设定后，执行S200步骤：启动感应线圈加热焊材；由于高速焊所需送丝速度较高，因此焊材通过感应线圈的时间较短，为了达到最佳效果，感应线圈M300为可调式的感应线圈，即感应线圈的匝数是可调的。此时，焊材预热的温度由感应加热模块M300的功率、频率、感应线圈开启的匝数等参数共同决定，此外，感应加热频率还会影响加热层深度，进而影响焊接效果，尤其对于不同材质、不同丝径的焊材，这种影响并不一致。因此，感应加热模块加热焊材的相关参数可以基于对工件M900的目标热量输入来控制。具体的，可以将本发明控制电路模块同时配置为通过控制信号来控制所述感应线圈的定位，即控制开启感应线圈的匝数。

本发明的系统中，所述控制电路模块还可以包括反馈模块，所述反馈模块被配置为基于来自一个或多个传感器的反馈来估计焊材的温度和所述感应线圈的温度，所述一个或多个传感器可以包括第一温度传感器和第二温度传感器；所述第一温度传感器被配置为检测焊材的温度。所述第二温度传感器被配置为检测所述感应线圈的温度。

上述系统中，当执行S200步骤完成后，即启动感应线圈加热焊材系统后执行S300步骤：分别监测感应线圈M300和焊材M500的温度；

同时，系统执行S400：判断是否感应线圈的温度正常，如感应线圈的温度异常，则系统可发送报警信息；当然，本发明的系统中还可以包括冷却模块，所述冷却模块被配置为冷却所述感应线圈，所述冷却模块被配置为通过控制信号来控制冷却水的流量，通过控制冷却水的流量，使感应线圈的温度保持在正常范围内。

如感应线圈的温度正常，则系统执行S500：判断且焊材的温度是否达到预设值；上述S400步骤和S500步骤没有先后顺序，也可以先执行S500步骤，再执行S400步骤，或者同时执行S400步骤和S500步骤，当感应线圈的温度正常且焊材的温度达到预设值时，则执行S600步骤：焊接电源模块启动焊接操作。

综上所述，本发明提供了一种热丝熔化极气保焊系统及焊接方法，与现有具有焊材预热的热丝熔化极气保焊系统相比，本发明的系统具有如下优点：

焊材加热速率快，尤其对于电阻率低的材料；

焊材加热速率/加热温度可控；

没有旁路电流/电弧的电磁干扰，MIG/MAG焊电弧稳定性好；

不使用保护气，热丝过程不会影响MIG/MAG焊的气保护效果。

本发明的系统和焊接方法有效解决了能量分配比例不可调的问题，由于焊材在进入电弧前先进行了预热，当焊材送入电弧后，仅需较小电弧热即可熔化，从总的能量消耗角度看，本发明的热丝熔化极气保焊焊接方法作用在焊材上的热量比例加大了，因而可以用较小焊接电流实现更高的焊材熔化量，有效解决电弧能量过高引起的电弧吹力大、工件熔化量大等问题，极大的改善了高速焊咬边、成型不良等缺陷。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。应当理解的是，“下”或“上”，“向下”或“向上”等用语用来参照示例性实施例的特征在图中显示的位置描述这些特征；第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，包括：

焊接电源模块，所述焊接电源模块被配置为向焊接电路提供焊接电流和焊接电压，所述焊接电源模块和所述焊接电路被配置为对工件执行焊接操作；

至少一个感应线圈和向所述感应线圈提供交流电的感应加热模块，所述感应加热模块和所述感应线圈被配置为对焊材执行预加热操作；

所述感应线圈被配置为向焊材施加感应热量。

2.根据权利要求1所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述系统还包括控制电路模块，所述控制模块被配置为控制所述感应加热模块输出的功率和所述焊接电源模块输出的功率。

3.根据权利要求2所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述控制模块被配置为匹配焊接电流、焊接电压、焊材送进速度和焊材预热温度中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述控制电路模块还包括反馈模块，所述反馈模块被配置为基于来自一个或多个传感器的反馈来估计焊材的温度和所述感应线圈的温度。

5.根据权利要求4所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述一个或多个传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器；

所述第一温度传感器被配置为检测焊材的温度；

所述第二温度传感器被配置为检测所述感应线圈的温度。

6.根据权利要求2所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述感应线圈为可调式的感应线圈。

7.根据权利要求6所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述控制电路模块被配置为通过控制信号来控制所述感应线圈的定位。

8.根据权利要求1所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，还包括冷却模块，所述冷却模块被配置为冷却所述感应线圈。

9.根据权利要求8所述的热丝熔化极气保焊系统，其特征在于，所述冷却模块被配置为通过控制信号来控制循环冷却水的流量。

10.一种热丝熔化极气保焊焊接方法，其特征在于，使用权利要求1至9任意一项所述的热丝熔化极气保焊系统执行如下步骤：

接收用户参数设定并根据用户设定的参数匹配焊接参数；

启动感应线圈加热焊材；

分别监测感应线圈和焊材的温度；

判断是否感应线圈的温度正常且焊材的温度是否达到预设值；

如是，则焊接电源模块启动焊接操作。

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