CN115070181A

CN115070181A - 一种提高等离子焊接质量的方法

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Publication number: CN115070181A
Application number: CN202110280723.1A
Authority: CN
Inventors: 王银军
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2041-03-16
Also published as: CN115070181B

Abstract

本发明公开了一种提高等离子焊接质量的方法，主要解决现有技术中等离子焊枪倾角小于或大于90°时所对应初始电弧长度无法精确测量、等离子焊接质量差的技术问题。技术方案为，一种提高等离子焊接质量的方法，包括以下步骤：1)焊接前的准备，将工件固定，粗调离子焊枪与工件上表面的相对位置，开启等离子焊枪的气源、冷却水源阀门，使焊枪处于待焊状态；2)测量等离子焊枪的初始电弧长度，等离子焊枪的初始电弧长度为等离子焊枪钨极尖端面与工件上表面沿钨极中心轴的最短距离；3)焊接工件，根据等离子焊枪初始电弧长度及工件厚度，设定焊接的气体流量、电流、焊接速度参数，对工件进行等离子焊接。本发明提高了等离子焊接的焊接质量。

Description

一种提高等离子焊接质量的方法

技术领域

本发明涉及一种等离子焊接的方法，特别涉及一种提高等离子焊接质量的方法，属于等离子焊接技术领域。

背景技术

等离子焊接是一种高能束精密电弧焊接方法，在金属连接制造行业应用广泛。电弧电压、电流、气体流量、焊接速度等参数是控制等离子焊接焊缝成形、焊接接头性能的关键。

等离子焊枪是等离子焊接的重要部件。等离子焊枪主要包括喷嘴、钨极、保护气罩、绝缘环、枪杆等部件。等离子焊枪姿态主要取决于等离子焊枪倾角，即等离子焊枪的喷嘴、钨极、保护气罩、绝缘环所在的中心轴与工件上表面之间的夹角。等离子焊接的初始电弧长度等于等离子焊枪钨极的尖端面与工件上表面之间沿钨极中心轴的最短距离。等离子焊枪钨极的初始电弧长度直接影响等离子焊接电弧电压、焊接热输入、电弧的刚性，对等离子焊接接头的焊缝成形有极大影响。

等离子焊接过程中，钨极与工件之间的距离随熔池的流动、焊枪相对工件位置的变化而动态变化，焊接电源能够自动动态控制电弧电压。等离子焊枪初始电弧长度是焊接电源自动控制电弧电压的关键基准值，当初始电弧长度偏大时，电弧电压偏大，电弧的刚性不足，容易形成咬边、焊不透等缺陷，当初始电弧长度偏小时，电弧电压偏小，电弧的刚性好，穿透性强，容易形成气孔、穿孔等焊接缺陷。

当等离子焊接工业化生产采用等离子焊枪的钨极中心轴与与工件上表面之间形成倾角为90°的等离子焊枪姿态时，在这种状态下，初始电弧长度是等离子焊枪钨极的尖端面与工件上表面之间沿钨极中心轴的最短距离，容易测量、设定。

当等离子焊枪中心轴与与工件上表面之间的倾角小于或大于90°时，由于等离子焊枪的保护气罩外径较大，并且钨极内缩在保护气罩内，保护气罩下部端面为倾斜状态，无法直接测量钨极的尖端面至工件上表面沿钨极中心轴的最短距离，这就无法精确测量并设定等离子焊枪初始电弧长度。

现有方法采用经验操作，没有考虑等离子焊枪倾角的影响，通过测量等离子焊枪钨极尖端面至保护气罩下部端面的最短距离H₁、保护气罩下部端面与工件上表面之间的最短距离H₂，用H₁+H₂作为初始电弧长度估算值，这种经验方法操作简单，但误差随着倾角偏离90°幅度增加而显著增加，导致等初始电弧长度的实际值与估算值的偏差较大，实际值大于估算值容易形成咬边、焊不透等缺陷。

公开号为CN1704197A的中国专利申请公开了钨极氩弧焊电弧长度自动控制方法，采用单片机根据电弧弧压变化计算弧长偏差，实时自动控制，钨极氩弧焊所用焊枪的钨极是外露、可见的，与工件之间距离容易测量，但该专利技术方案并没有对测量钨极氩弧焊初始电弧长度提出解决方法。

公开号为CN101406980A的中国专利申请公开了一种电弧长度控制装置及方法，通过激光测距仪测量激光传感器与工件之间距离，自动控制焊枪与工件之间的距离，实时自动控制电弧长度，该方法适用于焊枪电极可见的情况，而有倾角的离子焊接焊因钨极内缩，这种方法并没有解决措施。

现有技术没有考虑等离子焊枪倾角的影响，采用粗略估算方法设定等离子焊枪初始电弧长度，与实际工况相比有较大偏差，导致等离子焊接的质量低，缺陷率高。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高等离子焊接质量的方法，主要解决现有技术中等离子焊枪倾角小于或大于90°时所对应初始电弧长度无法精确测量、等离子焊接质量差的技术问题。

本发明所述等离子焊枪，包括喷嘴、钨极、保护气罩、绝缘环及枪杆等部件。钨极指向工件的一端为圆锥形，末端是钨极的尖端面；保护气罩的结构为空心圆锥台形状，其上部内侧有螺纹，下部端面为圆环状；等离子焊枪的喷嘴、钨极、保护气罩以及绝缘环的中性轴重合。

本发明所述的等离子焊枪倾角是指等离子焊枪钨极的中心轴与工件上表面之间的夹角。

本发明采用的技术方案是，一种提高等离子焊接质量的方法，包括以下步骤：

1)焊接前的准备，将工件固定，粗调离子焊枪与工件上表面的相对位置，开启等离子焊枪的气源、冷却水源阀门，使焊枪处于待焊状态；

2)测量等离子焊枪的初始电弧长度，等离子焊枪的初始电弧长度为等离子焊枪钨极尖端面与工件上表面沿钨极中心轴的最短距离；

3)焊接工件，根据等离子焊枪初始电弧长度及工件厚度，设定焊接的气体流量、电流、焊接速度参数，对工件进行等离子焊接。

进一步，步骤2)所述测量等离子焊枪的初始电弧长度，包括以下步骤：

2.1)分别测量等离子焊枪的喷嘴、钨极、保护气罩、绝缘环的尺寸及其装配尺寸；

2.2)测量钨极尖端面与工件上表面沿钨极中心轴的最短距离相关的尺寸和角度，测量等离子焊枪钨极尖端面与保护气罩下部端面的最短距离H₁，测量保护气罩下部端面与工件上表面的最短距离H₂，测量保护气罩下部端面外径D，记录焊枪钨极中心轴与工件上表面之间的夹角α；

2.3)计算等离子焊枪的初始电弧长度，当等离子焊枪钨极中心轴与工件上表面的夹角为α时，等离子焊枪的初始电弧长度按下式计算，H＝H₁+(H₂+ABS(COS(3.1415926*α

/180))*D/2)/SIN(3.1415926*α/180)，式中，H为等离子焊枪的初始电弧长度，单位为mm，H₁为等离子焊枪的钨极尖端面与等离子焊枪保护气罩的下部端面沿钨极中心轴的最短距离，单位为mm，H₂为等离子焊枪保护气罩的下部端面与工件上表面的最短距离，单位为mm，α为等离子焊枪钨极的中心轴与工件上表面的夹角，单位为°。

通过上述方法实现测量、计算或调节等离子焊枪不同倾角所对应的初始电弧长度，从而为精确设定焊接参数、提高焊接质量提供依据。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法适用于倾角小于或大于90°的等离子焊枪姿态时精确测量并计算设定等离子焊枪初始电弧长度，为精确设定焊接参数、提高焊接质量提供了解决途径。2、本发明方法解决了倾角小于或大于90°的等离子焊枪姿态时无法用工具测量等离子焊枪钨极尖端面与工件上表面沿钨极中心轴的最短距离的技术问题。3、本发明方法通过精确测量等离子焊枪的钨极尖端面与工件之间沿钨极中心轴的距离，通过对等离子焊枪不同倾角所对应初始电弧长度的精确测量，提高了焊枪倾角小于或大于90°时的等离子焊枪初始电弧长度测量精度，为等离子焊接时的初始电弧长度、焊接工艺参数的精确设定提供了依据，为焊接质量提供保证。

附图说明

图1是本发明等离子焊枪结构主视图。

图2是本发明等离子焊枪结构A向局部视图。

图3是本发明等离子焊枪倾角为90°的焊接姿态示意图。

图4是本发明等离子焊枪倾角小于90°的焊接姿态示意图。

图5是本发明等离子焊枪倾角小于90°的焊接姿态局部放大示意图。

图6是本发明等离子焊枪倾角大于90°的焊接姿态示意图。

图中标记说明：1-喷嘴；2-钨极；201-钨极的尖端面；3-保护气罩；301-保护气罩的下部端面；4-绝缘环；5-枪杆；6-工件。

具体实施方式

下面结合实施例1～13对本发明做进一步说明，如表1所示。

参见图1-6，等离子焊枪，包括喷嘴1、钨极2、保护气罩3、绝缘环4及枪杆5等部件。钨极2指向工件6的一端为圆锥形，末端是钨极的尖端面201，保护气罩3的结构为空心圆锥台形状，其上部内侧有螺纹，保护气罩的下部端面301为圆环状；等离子焊枪的喷嘴1、钨极2、保护气罩3、绝缘环4等部件的中性轴重合。

等离子焊枪倾角是指离子焊枪的喷嘴1、钨极2、保护气罩3和绝缘环4所在的中心轴与工件6的上表面之间的夹角。

一种提高等离子焊接质量的方法，包括如下步骤：

1)焊接前的准备，将工件6固定，粗调离子焊枪与工件6上表面的相对位置，开启等离子焊枪的气源、冷却水源阀门，使焊枪处于待焊状态；

2)测量等离子焊枪的初始电弧长度，等离子焊枪的初始电弧长度为等离子焊枪钨极尖的端面201与工件6上表面沿钨极2中心轴的最短距离；

2.1)分别测量等离子焊枪的喷嘴1、钨极2、保护气罩3、绝缘环4的尺寸及其装配尺寸；

2.2)测量钨极的尖端面201与工件6的上表面沿钨极2中心轴的最短距离相关的尺寸和角度，测量等离子焊枪钨极的尖端面201与保护气罩的下部端面301的最短距离H₁，测量保护气罩的下部端面301与工件6上表面的最短距离H₂，测量保护气罩的下部端面301的外径D，记录焊枪钨极2中心轴与工件6上表面之间的夹角α；

2.3)计算等离子焊枪初始电弧长度，当焊枪钨极2中心轴与工件6上表面的夹角为α时，等离子焊枪的初始电弧长度按下式计算，H＝H₁+(H₂+ABS(COS(3.1415926*α/180))*D/2)/SIN(3.1415926*α/180)，式中，H为等离子焊枪的初始电弧长度，单位为mm，H₁为等离子焊枪钨极的尖端面201与保护气罩的下部端面301沿钨极2中心轴的最短距离，单位为mm，H₂为保护气罩的下部端面301与工件6上表面的最短距离，单位为mm，α为焊枪钨极2中心轴与工件6上表面的夹角，单位为°；

3)焊接工件6，根据等离子焊枪初始电弧长度及工件6的厚度，设定焊接的气体流量、电流、焊接速度参数，对工件6进行等离子焊接。

实施例1-13分别为等离子焊枪倾角α、钨极的尖端面201与等离子焊枪保护气罩的下部端面301的最短距离H₁、等离子焊枪保护气罩的下部端面301至工件6上表面的最短距离H₂的不同组合条件，计算钨极的尖端面201沿钨极2中心轴向至工件6上表面的距离(即实际初始电弧长度H)，并对比了初始电弧长度的实际值H与现有方法的估算值h之间的偏差E，E＝ABS(H-h)，误差率ER＝100*E/H％，结果表明，误差率随着倾角α偏离90°幅度增加而显著增加，并且当H₁、H₂进一步减小时，误差率也进一步增大，导致等离子焊枪初始电弧长度的实际值与估算值的偏差增大，从而导致等离子弧的实际电弧电压偏大，等离子弧的刚性、穿透性不足，容易形成咬边、焊不透等焊缝质量缺陷。

表1本发明实施例等离子焊枪的初始电弧长度

采用本发明发进行等离子焊接，通过精确测量并设定等离子焊枪初始电弧长度等参数，大幅度提高了等离子焊接的质量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种提高等离子焊接质量的方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种提高等离子焊接质量的方法，其特征是，所述测量等离子焊枪的初始电弧长度，包括以下步骤：

2.2)测量钨极尖端面与工件上表面沿钨极中心轴的最短距离相关的尺寸和角度，测量等离子焊枪钨极尖端面与保护气罩下部端面沿钨极中心轴的最短距离H₁，测量保护气罩下部端面与工件上表面的最短距离H₂，测量保护气罩下部端面外径D，记录焊枪钨极中心轴与工件上表面之间的夹角α；

2.3)计算等离子焊枪的初始电弧长度，当等离子焊枪钨极中心轴与工件上表面的夹角为α时，等离子焊枪的初始电弧长度按下式计算，H＝H₁+(H₂+ABS(COS(3.1415926*α/180))*D/2)/SIN(3.1415926*α/180)，式中，H为等离子焊枪的初始电弧长度，单位为mm，H₁为等离子焊枪的钨极尖端面与等离子焊枪保护气罩的下部端面沿钨极中心轴的最短距离，单位为mm，H₂为等离子焊枪保护气罩的下部端面与工件上表面的最短距离，单位为mm，α为等离子焊枪钨极的中心轴与工件上表面的夹角，单位为°。