CN114939711B - 一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置及方法 - Google Patents
一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置及方法,该焊接装置包括单丝熔化极电弧组件、双丝熔化极电弧组件、协调控制单元和复合焊枪;复合焊枪包括第一焊丝、第二焊丝和第三焊丝;第二焊丝位于第一焊丝和第三焊丝之间;单丝熔化极电弧组件包括第二MIG/MAG电源、第二焊丝、第二送丝机和工件;双丝熔化极电弧组件包括第一MIG/MAG电源、第一送丝机、第一焊丝、第三送丝机和第三焊丝。本发明在焊接时,将单丝熔化极电弧与双丝熔化极电弧进行斜交耦合,单丝熔化极电弧在中间的第二焊丝与工件之间形成,而双丝熔化极电弧在第一焊丝与第三焊丝之间形成,工件仅作为耦合电弧的一个电极,减少了耦合电弧对工件的热力输入,防止热影响区扩大和焊接变形。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域中的焊接装置及方法,尤其涉及一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置及方法。
背景技术
Tandem双丝气保焊是德国CLOOS公司开发的一种高效的焊接技术,将两根焊丝置于一把集成且相互绝缘的焊枪中,两根焊丝分别由两个独立电源供电,两根焊丝与工件之间产生电弧。沿焊接方向位于前面的焊丝称为主焊丝,主焊丝采用较大的焊接工艺参数,用于熔化焊丝和母材形成较大的焊缝熔深,而位于后面的焊丝称为从焊丝,从焊丝采用较小的焊接工艺参数,用于焊缝填充盖面。Tandem双丝气保焊采用数字化控制技术,易于实现机器人自动化焊接,焊接效率高,是目前高效双丝气保焊工艺的典型代表之一。但两根焊丝端部形成的电弧比较接近,易产生干扰,为减小干扰采用脉冲方式进行焊接,通过脉冲协调控制器使两个电弧之间存在一定的相位差,此时双弧相当于一个峰值电流电弧与一个基值电流电弧的组合,从整体上降低对工件熔池的热力输入。
三丝气保焊是在Tandem双丝焊原理上通过增加额外一根焊丝,该焊丝既作为填充焊丝,又作为电极与原工件之间形成第三个电弧,形成填充焊丝或单丝电弧与双丝电弧焊。填充焊丝和双丝电弧焊通过在两个熔化极焊丝中间增加一个不导电的填充焊丝,如冷丝,焊接时仅靠两个熔化极电弧多余的热量来熔化填充焊丝,在较小焊接参数情况下填充焊丝不完全被熔化,易出现焊缝缺陷。单丝电弧与双丝电弧焊构成三丝三弧焊,焊丝作为电弧电极,完全通过电弧极区产热保证自身熔化。通过增加电极数目来增加平行电弧个数以提高单位时间内金属熔敷速度,提高了金属熔敷能力,但此时工件熔池作为三个电弧的共同电极,通过增大电弧电流来提高金属熔敷的同时,工件熔池被迫接受多余的热量输入,将导致热影响区扩大和应力变形增加,降低了最终焊接质量。
发明内容
发明目的:针对现有技术中双丝和三丝焊接方法的不足之处,本发明提出一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置及方法,单丝熔化极电弧建立在中间焊丝与工件之间,而双丝熔化极电弧建立在两边焊丝之间,工件仅为耦合电弧的一个电极,降低了复合电弧对工件的热量输入。
技术方案:本发明单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置包括单丝熔化极电弧组件、双丝熔化极电弧组件、协调控制单元和复合焊枪;
复合焊枪包括第一焊丝、第二焊丝和第三焊丝;第二焊丝位于第一焊丝和第三焊丝之间;
单丝熔化极电弧组件包括第二MIG/MAG电源、第二焊丝、第二送丝机和工件;第二焊丝与工件之间形成单丝熔化极电弧;
双丝熔化极电弧组件包括第一MIG/MAG电源、第一送丝机、第一焊丝、第三送丝机和第三焊丝,第一焊丝与第三焊丝之间形成双丝熔化极电弧。
双丝熔化极电弧组件还包括第一送丝软管、第一连接管和第一导电嘴,第一焊丝沿复合焊枪中心线穿过第一送丝软管、第一连接管和第一导电嘴。
双丝熔化极电弧组件还包括第三送丝管、第三连接管和第三导电嘴,第三焊丝沿复合焊枪中心线穿过第三送丝管、第三连接管和第三导电嘴。
单丝熔化极电弧组件还包括绝缘件、第二送丝软管、第二连接管和第二导电嘴,绝缘件将第二连接管与第一连接管、第三连接管进行电气隔离。
本发明单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接方法包括以下步骤:
(1)将第二MIG/MAG电源的输出正端与第二焊丝连接,输出负端与工件连接;将第一MIG/MAG电源的输出正端与第一焊丝连接,输出负端与第三焊丝连接,同时打开气瓶阀门;
(2)设置复合焊枪内焊丝的空间位置参数,使得第二焊丝末端距离工件的高度6-15mm,第一焊丝末端距离工件的高度为4-12mm,第三焊丝末端距离工件15的高度3-8mm;
(3)根据工件厚度和焊接速度在协调控制单元上设置工艺参数;设置第二MIG/MAG电源输出电压16-30A,第一MIG/MAG电源的输出电压14-50V;
(4)打开气体流量阀,在第二MIG/MAG电源的空载电压和第二送丝机作用下,第二焊丝与工件之间形成单丝熔化极电弧;
(5)协调控制单元接收单丝熔化极电弧的信号后,控制第一MIG/MAG电源输出焊接电压和第一送丝机、第三送丝机输出送丝速度,形成双丝熔化极电弧,开始焊接。
步骤(2)中,第一焊丝末端和第三焊丝末端与第二焊丝末端的横向距离1-6mm。
步骤(3)中,设置第二焊丝送丝速度1-20m/min,保护气流量10-40L/min,第一焊丝的送丝速度1-20m/min,第三焊丝的送丝速度1-44m/min。
步骤(2)中,复合焊枪内的保护气通道与第二焊丝平行。
复合焊枪内保护气的输出方向沿第二焊丝中心线,且包围第一焊丝、第二焊丝和第三焊丝。
步骤(4)中,单丝熔化极电弧的电流大于60A。
工作原理:本发明将单丝熔化极电弧与双丝熔化极电弧在有限空间内进行斜交耦合,单丝熔化极电弧在中间焊丝与工件之间形成,而双丝熔化极电弧在两侧焊丝之间形成。双丝熔化极电弧在两侧焊丝之间燃弧且与工件无电气连接,工件仅作为耦合电弧的一个电极,减少了耦合电弧对工件的热力输入,防止热影响区扩大和焊接变形。
单双丝熔化极电弧参数分别单独调节,双丝熔化极电弧负责传质,通过增大双丝熔化极电弧电流提高金属熔敷量,单丝熔化极电弧负责对工件的热力输入来控制焊缝熔深,彻底解耦焊接过程中传质、传热与传力之间的联系,而且单丝熔化极电弧还能提供一定量的金属熔敷,更有利于提高焊接效率。
更重要的是,双丝熔化极电弧焊丝呈一上一下分布在中间焊丝两侧,减小电弧电流的水平分量以降低单丝熔化极电弧的偏转程度,提高耦合电弧的稳定性,确保熔滴过渡过程顺利进行。
有益效果:与现有的多丝电弧复合焊接技术相比,本发明具有以下优点:
(1)单丝熔化极电弧与双丝熔化极电弧斜交耦合,单丝熔化极电弧建立在中间焊丝与工件之间,而双丝熔化极电弧建立在两边焊丝之间,工件仅为耦合电弧的一个电极,降低了复合电弧对工件的热量输入,避免了焊接热影响区的扩展和焊接应力变形。
(2)单双丝熔化极电弧参数单独调整,双丝熔化极电弧负责金属熔敷,通过增加电弧电流提升金属熔敷量,单丝熔化极电弧负责工件的热力输入且还能提供一定量的金属熔敷,该电弧复合方式不仅实现焊接解耦焊接过程中传热传力与传质之间的联系,而且进一步提高了焊接效率。
(3)双丝熔化极电弧的位姿调节作用降低单丝熔化极电弧的偏转程度,提高了耦合电弧的稳定性,确保熔滴顺利过渡到熔池中。
(4)双丝熔化极电弧由恒压特性电源输出,使得电弧自身弧长调节作用更强。
(5)该电弧斜交复合方式实现了单丝熔化极与双丝熔化极电弧的优势互补,实际可操作性强且易于实现自动化焊接,满足铝合金、高强钢及其它金属的高质量高效焊接。
附图说明
图1为本发明单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置包括单丝熔化极电弧组件、双丝熔化极电弧组件、协调控制单元12和复合焊枪10;
该复合焊枪10包括第一焊丝3-1、第二焊丝3-2和第三焊丝3-3;第二焊丝3-2位于第一焊丝3-1和第三焊丝3-3之间;三根焊丝置于同一把复合焊枪10内,第一焊丝和第三焊丝呈一上一下排布于中间的第二焊丝两侧,第一焊丝末端、第三焊丝末端与工件的距离,以及与第二焊丝的距离分别单独调整。
单丝熔化极电弧组件包括第二MIG/MAG电源14、第二焊丝3-2、第二送丝机11-2和工件15;第二焊丝与工件之间形成单丝熔化极电弧。
双丝熔化极电弧组件包括第一MIG/MAG电源13、第一送丝机11-1、第一焊丝3-1、第三送丝机11-3和第三焊丝3-3,第一焊丝与第三焊丝之间形成双丝熔化极电弧。
复合焊枪内保护气的输出方向均沿主焊丝中心线,保护气充斥包围三根焊丝。
协调控制单元用于控制MIG/MAG电源和送丝机正常输出和工作时序。
协调控制单元用于控制如下步骤:
步骤A:首先控制MIG/MAG电源输出空载电压和送丝机正常送丝,第二焊丝和工件之间产生单丝熔化极电弧。
步骤B:协调控制单元接收到单丝熔化极电弧的电信号后,控制第一MIG/MAG电源13和送丝机正常输出,在单丝熔化极电弧内部形成一个双丝熔化极电弧,建立一个单丝熔化极与双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接过程,开始焊接。
本发明单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接方法包括以下步骤:
(1)将第二MIG/MAG电源14的输出正端与复合焊枪10内的第二焊丝3-2连接,输出负端与工件15相连接,将第一MIG/MAG电源13的输出正端与第一焊丝3-1连接,输出负端与第三焊丝3-3连接,同时打开气瓶阀门。
(2)根据焊接要求设置熔化极复合焊枪10内焊丝的空间位置参数,中间的第二焊丝3-2距离工件15的高度6-15mm,第一焊丝3-1末端距离工件15的高度为4-12mm,第三焊丝3-3末端距离工件15的高度3-8mm,第一焊丝3-1、第二焊丝3-2末端与中间第三焊丝3-3末端的横向距离1-6mm。
(3)根据工件厚度和焊接速度在协调控制单元12上设置相应的工艺参数,第二MIG/MAG电源14输出电压16-30A,中间的第二焊丝3-2送丝速度1-20m/min,第一MIG/MAG电源13输出电压14-50V,保护气流量10-40L/min,第一焊丝3-1送丝速度1-20m/min,第三焊丝3-3送丝速度1-44m/min。
(4)打开气体流量阀,在第二MIG/MAG电源14空载电压和第二送丝机11-2作用下,中间的第二焊丝3-2与工件15之间形成单丝熔化极电弧2。
(5)协调控制单元12接收单丝熔化极电弧2的信号后,控制第一MIG/MAG电源13输出焊接电压和第一送丝机11-1、第三送丝机11-3的输出送丝速度,形成双丝熔化极电弧1,开始焊接。
其中,步骤(5)中,双丝熔化极电弧的空间位姿可变。
其中,步骤(2)中,作为一种优选方式,第二焊丝末端与工件距离为10mm,第一焊丝末端距离工件的高度为8mm,第三焊丝末端距离工件的高度为3mm。
作为优选方式,第一焊丝的焊丝水平夹角为30°,近工件端的第三焊丝水平夹角为30°。
本发明的复合热源采用单丝熔化极电弧与双丝熔化极电弧斜交耦合方式,其中双丝熔化极电弧处于两边焊丝之间,单丝熔化极电弧位于双丝熔化极电弧的外围。且复合电弧热源的产生按照先产生单丝熔化极电弧后再产生双丝熔化极电弧的顺序。
本发明中的保护气采用20%CO2+80%Ar混合气,进而取代Tandem双丝焊接或三丝复合电弧焊接,完成铝合金、高强钢板材的高效快速焊接。
其中,单丝熔化极电弧和双丝熔化极电弧的斜交耦合时,单丝熔化极电弧2在中间第二焊丝3-2与工件15之间形成,保护气通道9与中间第二焊丝3-2平行以提高单丝熔化极电弧2挺度。第一焊丝3-1沿熔化极复合焊枪10中心线平行穿过第一送丝软管6-1、第一弯形导电连接管5-1和第一导电嘴4-1,第三焊丝3-3沿熔化极复合焊枪10中心线平行穿过第三送丝软管6-3、第三弯形导电连接管5-3和第三导电嘴4-3。第二焊丝3-2沿复合焊枪10中心线平行穿过第二送丝软管6-2、第二导电连接管5-2和第二导电嘴4-2。
双熔化极电弧1在第一焊丝3-1与第三焊丝3-3之间形成,且内置于单丝熔化极电弧2内部,混合保护气充斥包围第一焊丝3-1和第三焊丝3-3端部。熔化极复合焊枪10内绝缘固定件8将第二直导电连接管5-2与第一弯形导电连接管5-1、第三弯形导电连接管5-3进行电气隔离,绝缘环的材料为陶瓷或其他耐高温绝缘材料。
Claims (1)
1.一种单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接方法,其特征在于:采用单双丝熔化极电弧斜交耦合的焊接装置来实施,所述焊接装置包括单丝熔化极电弧组件、双丝熔化极电弧组件、协调控制单元(12)和复合焊枪(10);
所述复合焊枪(10)包括第一焊丝(3-1)、第二焊丝(3-2)和第三焊丝(3-3);所述第二焊丝(3-2)位于第一焊丝(3-1)和第三焊丝(3-3)之间;第一焊丝和第三焊丝呈一上一下排布于中间的第二焊丝两侧,第一焊丝末端、第三焊丝末端与工件的距离,以及与第二焊丝的距离分别单独调整;
所述单丝熔化极电弧组件包括第二MIG/MAG电源(14)、第二焊丝(3-2)、第二送丝机(11-2)和工件(15);所述第二焊丝与工件之间形成单丝熔化极电弧;
所述双丝熔化极电弧组件包括第一MIG/MAG电源(13)、第一送丝机(11-1)、第一焊丝(3-1)、第三送丝机(11-3)和第三焊丝(3-3);所述第一焊丝(3-1)与第三焊丝(3-3)之间形成双丝熔化极电弧;
所述双丝熔化极电弧组件还包括第一送丝软管(6-1)、第一连接管(5-1)和第一导电嘴(4-1),所述第一焊丝沿复合焊枪中心线穿过第一送丝软管(6-1)、第一连接管(5-1)和第一导电嘴(4-1);
所述双丝熔化极电弧组件还包括第三送丝管(6-3)、第三连接管(5-3)和第三导电嘴(4-3),所述第三焊丝沿复合焊枪中心线穿过第三送丝管(6-3)、第三连接管(5-3)和第三导电嘴(4-3);
所述单丝熔化极电弧组件还包括绝缘件(8)、第二送丝软管(6-2)、第二连接管(5-2)和第二导电嘴(4-2),所述绝缘件(8)将第二连接管(5-2)与第一连接管(5-1)、第三连接管(5-3)进行电气隔离;
所述方法包括以下步骤:
(1)将第二MIG/MAG电源(14)的输出正端与第二焊丝(3-2)连接,输出负端与工件(15)连接;将第一MIG/MAG电源(13)的输出正端与第一焊丝(3-1)连接,输出负端与第三焊丝(3-3)连接,同时打开气瓶阀门;
(2)设置复合焊枪(10)内焊丝的空间位置参数,使得第二焊丝(3-2)末端距离工件(15)的高度6-15mm,第一焊丝(3-1)末端距离工件(15)的高度为4-12mm,第三焊丝(3-3)末端距离工件(15)的高度3-8mm;第一焊丝(3-1)末端和第三焊丝(3-3)末端与第二焊丝(3-2)末端的横向距离为1-6mm;复合焊枪内的保护气通道(9)与第二焊丝(3-2)平行;所述复合焊枪内保护气的输出方向沿第二焊丝中心线,且包围第一焊丝、第二焊丝和第三焊丝;
(3)根据工件厚度和焊接速度在协调控制单元(12)上设置工艺参数;设置第二MIG/MAG电源(14)输出电压16-30A,第一MIG/MAG电源(13)的输出电压14-50V;
(4)打开气体流量阀,在第二MIG/MAG电源(14)的空载电压和第二送丝机(11-2)作用下,第二焊丝(3-2)与工件(15)之间形成单丝熔化极电弧(2);
(5)协调控制单元(12)接收单丝熔化极电弧(2)的信号后,控制第一MIG/MAG电源(13)输出焊接电压和第一送丝机(11-1)、第三送丝机(11-3)输出送丝速度,形成双丝熔化极电弧(1),开始焊接。
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Application publication date: 20220826 Assignee: DONGTAI GAOKE TECHNOLOGY INNOVATION PARK Co.,Ltd. Assignor: YANCHENG INSTITUTE OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2024980001259 Denomination of invention: A welding device and method for oblique coupling of single and double wire melting electrode arc Granted publication date: 20231226 License type: Common License Record date: 20240123 |