CN112846461B - 一种多边形结构件的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，多边形结构件包括第一部件与第二部件，还包括以下步骤：S10，将第二部件的至少一部分插入配合在第一部件内以形成接头部；S20，固定第一结构件和第二结构件；S30，绕第一部件和第二部件转动焊枪以对接头部的多个焊接区域进行焊接，多个焊接区域包括边区域和棱区域，其中对接头部的边区域以第一电流进行焊接，对接头部的棱区域以第二电流进行焊接，第二电流大于第一电流。根据本发明提供的焊接方法进行焊接，焊接过程全自动进行，不开坡口不填焊丝，操作简单。不仅可以解决多边形结构件棱角处的焊接缺陷问题，还可精准控制焊接参数，从而减少焊接热出入及焊接变形问题。

Description

一种多边形结构件的焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种多边形结构件的焊接方法。

背景技术

焊接，也称作熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。对于一些形状较为特殊的结构件，例如中国专利CN109543333A当中提到的工程用六角管等多边形结构件，采用一般的焊接方法及工艺参数常常无法将过渡段凸台完全熔透，必须增大热输入。这就导致材料焊后容易出现咬边、焊穿、焊缝余高大等缺陷问题，特别是在结构件棱角处极易出现焊接质量问题，严重影响了焊接接头质量。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

对于多边形构件进行焊接时，由于边线处和棱线处多边形构件的厚度不一，按照现有的焊接方法，会导致焊接后边线处和/或棱线处存在各种焊接质量缺陷。如采用相对较小的峰值电流进行焊接，对焊后工件外观进行观察，并未发现明显缺陷，之后对焊后四边形工件棱角与平面位置处的焊缝组织进行金相检测。发现棱角处试样焊接径向热输入不足，存在未熔透现象。又如采用相对较大的峰值电流进行焊接，对焊后工件外观进行观察，发现由于热输入较大，不同位置处的焊缝存在咬边、焊缝背面出现局部烧穿现象。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，所述多边形结构件包括第一部件与第二部件，所述第一部件为多边形管，所述第二部件为多边形管或多棱柱，所述第二部件的外周轮廓与所述第一部件的内周轮廓适配，所述多边形结构件的钨极脉冲氩弧焊接方法包括：

S10，将所述第二部件的至少一部分插入配合在所述第一部件内以形成接头部；

S20，固定所述第一结构件和所述第二结构件；

S30，绕所述第一部件和所述第二部件转动焊枪以对所述接头部的多个焊接区域进行焊接，多个所述焊接区域包括边区域和棱区域，其中对所述接头部的边区域以第一电流进行焊接，对所述接头部的棱区域以第二电流进行焊接，所述第二电流大于所述第一电流。

根据本发明实施例的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法可以实现边数为三及以上的多边形结构件的焊接。焊接过程全自动进行，不开坡口不填焊丝，操作简单。不仅可以解决多边形结构件棱角处的焊接缺陷问题，还可精准控制焊接参数，从而减少焊接热出入及焊接变形问题。

在本发明的一些实施例中，所述焊枪转动角度大于360°。

在本发明的一些实施例中，相邻两个边区域焊接过程中，先焊接的边区域的第一电流大于后焊接的边区域的第一电流，相邻两个棱区域焊接过程中，先焊接的棱区域的第二电流大于后焊接的棱区域的第二电流。

在本发明的一些实施例中，初始焊接位置位于其中一个边区域。

在本发明的一些实施例中，所述第一部件和所述第二部件沿径向的截面形状均为正多边形。

在本发明的一些实施例中，在所述接头部，所述第一部件与所述第二部件之间的间隙小于等于0.3毫米。

在本发明的一些实施例中，步骤S10之前还包括：S05，清洗所述第一结构件和所述第二结构件的焊接区域。

在本发明的一些实施例中，步骤S10和步骤S20之间还包括：S15,在所述焊接区域对所述第一部件和所述第二部件进行定位焊。

在本发明的一些实施例中，在步骤S30之前和步骤S30中，向焊枪内通入保护气体。

在本发明的一些实施例中，所述保护气体包括氦氩混合气体。

附图说明

图1是本发明提供的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法的流程图；

图2是本发明提供的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法所应用于的多边形结构件的示意图；

图3是图2当中第一部件和第二部件拼接后形成接头部的示意图；

图4是本发明提供的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法中，对于三角形结构件焊接区域的划分；

图5是本发明对于对于四边形结构件焊接区域的划分；

图6是本发明对于对于五边形结构件焊接区域的划分；

图7是本发明对于对于六边形结构件焊接区域的划分。

附图标记：

第一部件100；第二部件200；凸台210；接头部300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法包括以下步骤：

S10，将所述第二部件的至少一部分插入配合在所述第一部件内以形成接头部；

S20，固定所述第一结构件和所述第二结构件；

S30，绕所述第一部件和所述第二部件转动焊枪以对所述接头部的多个焊接区域进行焊接，多个所述焊接区域包括边区域和棱区域，其中对所述接头部的边区域以第一电流进行焊接，对所述接头部的棱区域以第二电流进行焊接，所述第二电流大于所述第一电流。

其中，如图2所示，多边形结构件包括第一部件100和第二部件200，第一部件100为多边形管，第二部件200为多边形管或多棱柱，第二部件200的外周轮廓与第一部件100的内周轮廓适配。

焊接时，首先将第二部件200插入到第一部件100当中，由于第二部件200外周轮廓与第一部件100内周轮廓相适配，第二部分的一段伸入第一部件100一定距离并形成接头部300，使得第一部件100和第二部件200相对固连为一个整体，之后将第一部件100和第二部件200形成的整体固定在焊机上。围绕第一部件和第二部件旋转焊枪以对接头部的多个焊接区域进行焊接，焊接区域包括边区域和棱区域，其中边区域是指靠近多边形构件边线处的区域，棱区域是指靠近多边形构件棱线处的区域；焊接边区域时以第一电流进行焊接，焊接棱区域时以第二电流进行焊接，第二电流大于第一电流。通过分区域调节焊接电流的大小，可以解决焊接时多边形棱角处工件厚度不一致而产生的焊接缺陷问题，同时由于焊接电流分区调节，焊接热输入较低，焊后焊件变形小，特别是对于工件厚度较薄处，能够避免咬边、局部烧穿等焊接缺陷；操作简单，焊接过程全自动进行，可一次性完成两个多边形结构件之间焊缝的连接。

可以理解的是，本发明所提供的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法也可应用于其他种类的焊接，如普通氩弧焊等；焊接时可以是工件固定、焊枪围绕待工件进行转动，也可以是焊枪固定、承载工件的装夹平台进行转动，亦可以是焊枪和装夹平台同时转动。需要注意的是，由于需要划分出边区域和棱区域，因此对焊枪或工件的转动速度具有一定要求，需要焊枪和工件之间以相对可控的速度进行转动。

在一些实施例当中，焊枪的转动角度大于360°，即焊枪焊接时围绕第一部件和第二部件转动角度超过一周，使得焊枪的起弧位置在焊接结束时还要重新熔化一次，经历两次热输入，进而完成第一部件和第二部件全位置的自动自熔焊接。

例如，焊枪的转动角度为365°，焊接起始时以焊接起点为起始点的0°-5°范围内首先进行熔化焊接，焊枪继续旋转，完成5°-360°范围内的焊接，焊枪旋转一周后继续转动，对0°-5°(即360°-365°)范围进行二次熔化焊接，能够避免起始位置处由于焊枪起弧或其他原因导致的焊接缺陷。

在一些实施例当中，相邻两个边区域焊接过程中，先焊接的边区域的第一电流大于后焊接的边区域的第一电流，相邻两个棱区域焊接过程中，先焊接的棱区域的第二电流大于后焊接的棱区域的第二电流。由于在焊接过程中，焊枪的热量始终向工件传递，工件自身热量逐渐累积，若焊枪始终保持同一电流进行焊接，则会导致后焊接区域的热量高于先焊接区域的热量，因此通过在焊接时逐步降低焊接电流，减小焊枪传递至后焊接区域的热量，以使整个工件的各个部位获得的热量保持均匀，避免焊接缺陷的产生。

可以理解的是，焊接电流的减小对于第一电流和第二电流是单独进行的，即减小只是后焊接区域的第一电流与先焊接区域的第一电流进行对比，或后焊接区域的第二电流与先焊接区域的第二电流进行对比。另外，这里的减小，可以是线性减小，如第一电流按照某一速率持续减小，也可以是阶梯性减小如第一电流每经过预设时间段后减小一定数值，亦可以是其他非均匀性减小。

在一些实施例当中，初始焊接位置位于其中一个边区域，由于棱区域的厚度较厚，同时焊接起始时焊接参数相对不稳定，为避免起焊位置发生焊接缺陷，在厚度较薄、性质较为均一的边区域起焊，例如可以从某个边区域的中点位置起焊。

在一些实施例当中，第一部件和第二部件沿径向的截面形状均为正多边形，如正三角形，正方形、正五边形、正六边形等，即第一部件的内周轮廓和第二部件的外周轮廓均为正多边形。当然，第一部件和第二部件沿径向的截面形状也可以是普通多边形，如普通三角形、长方形等。

在一些实施例当中，在接头部，第一部件与第二部件之间的间隙小于等于0.3毫米。

在一些实施例当中，步骤S10之前还包括：S05，清洗所述第一结构件和所述第二结构件的焊接区域。可以采用丙酮或无水乙醇对待焊接区域及其周围进行清洗，以去除材料表面油污和水渍，避免杂质影响焊接质量。

在一些实施例当中，步骤S10和步骤S20之间还包括：S15,在所述焊接区域对所述第一部件和所述第二部件进行定位焊。为了保证装配和固定焊件接头的位置，需要在正式焊接之前进行定位焊。定位焊可以是电阻点焊或电弧点焊，也可以是其他常见的定位焊。

在一些实施例当中，在步骤S30之前和步骤S30中，向焊枪内通入保护气体，通过焊枪向焊缝处通入保护气体作为电弧介质，能够保护熔滴、熔池金属及焊接区高温金属免受周围空气的有害作用，可以采用氦气、氩气或是其他惰性气体，也可在保护气体内冲入少量氧化性气体，如氧气、二氧化碳等。

优选的，保护气体包括氦氩混合气体，氩气的加入保证焊缝金属不被氧化，氦气的加入使焊接热量朝径向扩展，增大了径向熔深，改变钨极位置向凸台方向平移同样促使热输入沿径向传动，二者协同解决了现有技术中焊接热输入不足时凸台无法熔透问题。

以下通过一个具体的实施例介绍本发明提供的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法：

如图2和图3所示，第一部件100为正六边形套管，第二部件200为正六边形套管，且第二部件200一端设置有尺寸较大且同为六边形的凸台210。以正六边形其中一条边的中点为起始点，并按照0°～30°～90°～150°～210°～270°～330°～365°划分出7个区域，可以理解的是，上述7个区域的分界点除起始点外均为正六边形的棱边，同一区域内焊接电流先减小后增大，以使焊接棱区域时的焊接电流高于焊接边区域的焊接电流。

步骤S05：对待焊位置进行预处理。采用丙酮或无水乙醇对第一部件与第二部件的待焊接位置焊道及其30mm区域范围内进行清洗，以去除材料表面油污和水渍。

步骤S10：组装待焊接的工件。用橡皮木锤将第二部件至第一部件内，直至第二部件凸台下沿与第一部件外壁上沿形成搭接接头，接头不开坡口，工件间隙配合尺寸≤0.3mm。

步骤S15：进行定位焊。将组装好的第一部件和第二部件每边待焊焊道位置进行点焊固定，每段定位焊缝长度为5mm即可。

步骤S20：将工件固定在焊机上，调整钨极尖对缝中心位置偏凸台0.4～0.6mm，钨极直径范围为1.8～2.4mm，伸出导电嘴长度为8～10mm，钨极尖角度为35°～45°，焊前将钨极磨光。

向焊枪通入保护气体，采用氦氩混合气，其中氩气气体百分比占20％～25％，氦气气体百分比占75％～80％，气体通量均为20～25L/min。

步骤S30：接入脉冲电流焊接，直流正接。工件不动，焊枪以一定速度按7个区域旋转至365°，7个区域按旋转角度划分为：0°～30°～90°～150°～210°～270°～330°～365°，分区域调整脉冲峰值电流，使其先减小后增大。焊接时满足以下参数，峰值电流176～216A，峰值电流时间为0.2～0.5s，基值电流为65～80A，基值电流时间为0.2～0.5s。焊接电压为11～12V，焊接速度为55～80mm/min。由于焊接过程中焊枪旋转365°，即焊枪的起弧位置在焊接结束时还要重新熔化一次，即经历两次热输入，进而完成第一部件和第二部件凸台全位置的自动自熔焊接。

在本发明的描述中，需要理解的是，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，所述多边形结构件包括第一部件与第二部件，所述第一部件为多边形管，所述第二部件为多边形管或多棱柱，所述第二部件的外周轮廓与所述第一部件的内周轮廓适配，所述多边形结构件边数≥3，其特征在于，所述多边形结构件的钨极脉冲氩弧焊接方法包括：

S10，将所述第二部件的至少一部分插入配合在所述第一部件内以形成接头部；

S20，固定所述第一部件和所述第二部件；

S30，绕所述第一部件和所述第二部件转动焊枪以对所述接头部的多个焊接区域进行焊接，多个所述焊接区域包括边区域和棱区域，其中对所述接头部的边区域以第一电流进行焊接，对所述接头部的棱区域以第二电流进行焊接，所述第二电流大于所述第一电流，焊接时满足以下参数，峰值电流176~216A，峰值电流时间为0.2~0.5s，基值电流为65~80A，基值电流时间为0.2~0.5s，焊接电压为11~12V，焊接速度为55~80mm/min；

相邻两个边区域焊接过程中，先焊接的边区域的第一电流大于后焊接的边区域的第一电流，相邻两个棱区域焊接过程中，先焊接的棱区域的第二电流大于后焊接的棱区域的第二电流；

焊接电流的减小对于第一电流和第二电流是单独进行的，即减小只是后焊接区域的第一电流与先焊接区域的第一电流进行对比，或后焊接区域的第二电流与先焊接区域的第二电流进行对比，另外，这里的减小，可以是线性减小，也可以是阶梯性减小。

2.根据权利要求1所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，所述焊枪转动角度大于360°。

3.根据权利要求1所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，初始焊接位置位于其中一个边区域。

4.根据权利要求1所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，所述第一部件和所述第二部件沿径向的截面形状均为正多边形。

5.根据权利要求1所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，在所述接头部，所述第一部件与所述第二部件之间的间隙小于等于0.3毫米。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，步骤S10之前还包括：

S05，清洗所述第一部件和所述第二部件的焊接区域。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，步骤S10和步骤S20之间还包括：

S15,在所述焊接区域对所述第一部件和所述第二部件进行定位焊。

8.根据权利要求1所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，在步骤S30之前和步骤S30中，向焊枪内通入保护气体。

9.根据权利要求8所述的多边形结构件的钨极脉冲焊接方法，其特征在于，所述保护气体包括氦氩混合气体。

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