專利名稱：立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接加工領(lǐng)域，尤其涉及一種等離子對稱焊接方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著航空航天、高壓開關(guān)、高速鐵路等工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，大 量使用了鋁及鋁合金等有色金屬，鋁合金因其比重小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)在這些 行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但由于鋁合金焊接的敏感性，往往存在著檢驗工序
多、氣孔率高、焊接變形大以及接頭強(qiáng)度系數(shù)低(只達(dá)母材的0.6 0.8)等缺點(diǎn)。
同時，伴隨著產(chǎn)品、結(jié)構(gòu)、材料、使用條件的多種多樣，對焊接質(zhì)量的要 求越來越高，焊接工作量逐漸上升。提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，減少焊 接缺陷存在的高效焊接方法成為實際生產(chǎn)的迫切要求。目前，大量高效焊接
效率，降低焊接成本。焊接生產(chǎn)效率，從某種角度上講，主要是由單位時間 內(nèi)填充金屬的熔化量-熔敷速度來衡量的。但提高熔敷速度意味著熱輸入的增 加，對于采用單一電弧焊接而言，為了防止由于熱輸入增加而引起的焊接變
形， 一般采用提高焊接速度。但因焊接速度的提高易產(chǎn)生未焊透、焊道不連 續(xù)、咬邊等缺陷。
目前，針對10mm及其以下厚度鋁合金，普遍采用的是熔化極惰性氣體保 護(hù)焊(MIG)十非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)焊接方法。 一種方法是即 先用脈沖MIG方法焊接，再用交流TIG法蓋面；另一種方法是:采用大電流脈 沖MIG對外焊縫先焊接一道，然后把外焊縫進(jìn)行打磨，內(nèi)縫再用交流TIG方法重熔。
另外，在高質(zhì)量的厚大鋁合金弧焊應(yīng)用方面，較傳統(tǒng)焊接工藝是采用交流TIG方法工藝開坡口進(jìn)行多道焊接，由于鋁合金焊接的敏感性，往往存在著 檢驗工序多、氣孔率高、焊接變形大以及接頭強(qiáng)度系數(shù)低(只達(dá)母材的0.6 0.8 ) 等缺點(diǎn)。
采用"自動MIG+TIG"方法，存在下列問題
1) 需要嚴(yán)格的焊前清理，并需要及時完成焊接。工序多、質(zhì)量控制環(huán)節(jié) 多，對于較厚的板材必須先開坡口，加工費(fèi)時費(fèi)力；
2) 焊縫過燒嚴(yán)重，接頭強(qiáng)度明顯低，并且焊縫區(qū)域易發(fā)脆。 一旦有微小 的缺陷，長期工作就有裂紋產(chǎn)生；
3) 工件變形嚴(yán)重。焊縫及熱影響區(qū)明顯塌陷，焊后需要校形，增加處理 工序；
4) 焊縫寬度嚴(yán)重超標(biāo)；
5) 要焊接超過10mm厚度的鋁合金，就需要更大的電流、更多道的焊接。 焊縫的質(zhì)量和變形就存在更大的風(fēng)險，生產(chǎn)周期也相對加長了 。
6) 綜合效率低，不能滿足大批量焊接生產(chǎn)需求。
目前，美國和世界航空航天領(lǐng)域已經(jīng)逐步采用變極性等離子焊接工藝，對 厚大鋁合金產(chǎn)品進(jìn)行焊接。不用開坡口一次可以焊透16mm的鋁合金(對某些 鋁合金，若采用He或He+Ar氣體， 一次可以焊透25mm)。采用變極性等離子 弧焊工藝，由于能量集中、穿透力強(qiáng)、焊接熱輸入量低，所以熱影響區(qū)的寬 度很窄并且不會產(chǎn)生過燒組織。對其進(jìn)行X光探傷，所有焊縫均達(dá)到JB4730-94 I級標(biāo)準(zhǔn)。
由于穿孔型等離子弧立焊可實現(xiàn)中厚板的單面一次焊雙面同時自由成形， 并且氣孔和夾渣少，焊接變形小，生產(chǎn)率高，成本低，因而成為國外航空航 天工業(yè)中重大鋁合金焊接產(chǎn)品的主要焊接方法。
鋁合金穿孔型等離子弧焊在擁有能量密度高、加熱范圍小和穿透力大等優(yōu) 點(diǎn)的同時，也存在焊縫成形穩(wěn)定性(或再現(xiàn)性)差，焊接規(guī)范較窄，容易造 成造成起始處塌漏或形成切割。這是因為
1)要保證鋁合金熔池金屬的良好流動性，就必須采用在焊件為負(fù)的反極性期間內(nèi)去除氧化膜的交流方法，但卻會使鴒極燒損嚴(yán)重，造成電弧 燃燒不穩(wěn)定。
2) 必須對交流等離子弧采取穩(wěn)弧措施，這不僅增加設(shè)備的復(fù)雜程度，且 易產(chǎn)生雙弧。
3) 由于等離子弧對焊件背面的氧化膜幾乎沒有清理作用，因此，穿孔熔 池背面液態(tài)金屬的流動會受到焊件背面氧化膜的影響，穿孔型變極性 等離子焊背面焊縫成形較正面差。
4) 由于鋁合金的比熱容、熱導(dǎo)率和熔解熱大，使得為提高焊縫成形穩(wěn)定 性而在焊接鋼材時所采用的"一脈一孔"的低頻脈沖穿孔型等離子弧焊
不能很好地應(yīng)用于鋁合金焊接。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種焊接電流小、熔敷速度 高、電弧燃燒穩(wěn)定、可徹底消除未焊透缺陷、最大限度地降低焊接變形的立 式雙面雙弧等離子對稱焊接方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
一種立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法，具體是將工件沿焊縫方向豎 直放置，在工件正反兩面兩側(cè)分別水平設(shè)置焊槍，兩側(cè)焊槍以相同的速度沿 焊縫方向運(yùn)動，工件正面為變極性等離子弧焊(VPPAW)焊槍，工件反面為 熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)焊槍，
弧焊焊槍之下，二者之間上下垂直距離保持一個熔池的長度；所述熔化極惰 性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍與變極性等離子弧焊焊槍 采用單電源供電，所述變極性等離子弧焊焊槍與電源正極連接，所述熔化極 惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍與電源負(fù)極連接。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述變極性等離子弧焊焊槍配置脈動送絲裝置。
本發(fā)明提供的立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法電流小，熔敷速度高， 電弧燃燒穩(wěn)定，可徹底消除未焊透缺陷，最大限度地P爭低焊接變形，因而氣 孔傾向比單TIG方法、MIG方法以及VPPAW方法都要小，因為等離子體的陰 極霧化清除了鋁合金表面的氧化膜，并且將熔滴和熔池的前端與空氣隔離， 因而有助于獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部 分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中
圖1為本實施例提供的立式雙面雙弧等離子對稱焊接示意圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖以及具體實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意 性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
如圖1所示，本實施例提供的立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法，具體
將工件l沿焊縫方向豎直放置，在工件正反兩面兩側(cè)分別水平設(shè)置焊槍， 兩側(cè)焊槍以相同的速度沿焊縫方向運(yùn)動，工件正面4為變極性等離子弧焊 (VPPAW)焊槍2，工件反面5為熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)焊槍或非熔 化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)焊槍3，熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極 惰性氣體保護(hù)焊焊槍3在變極性等離子弧焊焊槍2之下，二者之間上下垂直距 離保持一個熔池6的長度，填充焊絲7設(shè)置在變極性等離子弧焊焊槍2上；所述 熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍3與變極性等離 子弧焊焊槍2采用單電源供電，所述變極性等離子弧焊焊槍2與電源正極連接， 所述熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍3與電源負(fù)極連接。
從焊接工藝角度看，鋁合金穿孔型等離子弧焊焊縫成形的穩(wěn)定性主要取
決于四個方面①由焊接電源和焊槍以及鋁合金材料所決定的等離子弧性負(fù)&; ②穿孔熔池金屬的流動性；③反映穿孔熔池行為特征信號的提取；④焊縫成 形穩(wěn)定性的控制。
本實施例中，在焊接時，利用電弧作用力和下方的TIG或MIG焊槍吹出的 惰性氣體吹力形成一個向上的托力，并與熔池的表面張力對熔池起著支撐作 用，從而防止了熔池金屬下淌，從而獲得完美的焊縫；接口間隙大，焊接性 好，減小了夾渣和氣孔傾向，同時提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了焊接材料；采用 單電源同時為VPPAW弧和TIG弧或MIG弧供電，兩個電弧可以同時穩(wěn)定燃燒， 在VPPAW和TIG或MIG電弧電流分配得當(dāng)時，電孤非常穩(wěn)定，VPPAW電弧作 為前導(dǎo)電弧，有預(yù)熱作用，增加了焊接熱輸入，熔深也相應(yīng)的增加，TIG或 MIG電弧形成所需的熔深，VPPAW電弧用于輔助堆焊層的補(bǔ)充合金化，它能 使堆焊金屬獲得細(xì)的結(jié)晶組織，且使強(qiáng)化的金屬間化合物強(qiáng)化相分布均勻。
針對本發(fā)明提供的焊接方法，我們進(jìn)行了對比試驗，通過實驗表明，在 相同的熱輸入條件下，對于立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法，在小孔形成 之后，焊件上的高溫區(qū)域集中在電弧中心線附近，這是由于焊接電流直接沿 厚度方向上流過焊件，焊接電弧被導(dǎo)入小孔，電流分布比較集中，使電弧受 壓縮的程度增加，從而補(bǔ)償了等離子流穿透工件時的能量消耗，大大提高了 等離子弧的穿透能力。常規(guī)的VPPAW焊接時，在此條件下沒有熔透，熔深較 淺，溫度分布與立式雙面變極性等離子焊接的情況有顯著差異。
本實施例提供的焊接方法
1)不用開坡口，如果剪板直線度滿足要求，可以不用銑邊和酸洗工序 由于變極性等離子弧焊接的強(qiáng)大穿透能力，16 mm以內(nèi)的工件不需要開坡 口，目前的試驗中，12mm的鋁合金可以一次焊接完成，不需要蓋面工序，如 果用戶的剪板效果可以、對縫間隙小于母材厚度10%,則不用銑邊；剪切后的 焊接邊經(jīng)過鋼絲刷打磨、丙酮清理后可以直接焊接，不再需要酸洗工序，相對TIG和MIG焊接工藝，變極性等離子對鋁合金表面氧化膜不是非常敏感；
2) 節(jié)省坪絲和電力成本
一次穿透12 mm的焊接電流只需要350安培，比TIG或MIG焊接需要的電流 小，而且，MIG或TIG要完成一個12mm開坡口的焊縫，需要浪費(fèi)大量的焊絲；
3) 節(jié)省人工和物流成本；
4) 焊縫清理簡單，容易得到一級焊縫質(zhì)量
剪切后的坡口經(jīng)過簡單的鋼絲刷打磨和焊縫丙酮清理，就可以實施焊接， 目前所焊接的8 mm和12 mm厚鋁合金筒體，全部為一級焊縫，變極性等離子 的小孔效應(yīng)有助于雜質(zhì)和氣孔的析出，焊接質(zhì)量容易穩(wěn)定，原來的手工TIG焊 接工藝，只能保證70%的二級焊縫一次合格率；
5) 速度高，雙面成型，工件變形明顯小
變極性等離子采用高溫、高聚能的等離子弧實施焊接，并且通過反面的TIG 過MIG焊接，相對于普通的等離子焊工藝，焊接速度高，能保證工件背面成 形美觀，并保證100%焊透，對于傳統(tǒng)的TIG和MIG焊接工藝而言，該焊接工 藝的能量密度高、熱影響區(qū)小，因而焊接的多余熱輸入量少，從而保證工件 的變形最??；
6) 降低對操作者的操作技能要求，提高生產(chǎn)效率；
7) 減少對厚大鋁合金的多道焊，增強(qiáng)接頭強(qiáng)度 在多道焊的情況下，鋁合金焊縫及熱影響區(qū)經(jīng)過多次回火，接頭強(qiáng)度明
顯降低，采用VPPAW加背面TIG或MIG的方式一次焊透，有助于減少回火傾 向和熱影響區(qū)的范圍，明顯提高鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度。
為了使焊接過程更加自動化，使得焊接過程可控性更強(qiáng)，本實施例中可 在變極性等離子弧焊焊^r配置脈動送絲裝置，將焊絲由送絲裝置準(zhǔn)確放入工 作位置。
權(quán)利要求
1、一種立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法，其特征在于將工件沿焊縫方向豎直放置，在工件正反兩面兩側(cè)分別水平設(shè)置焊槍，兩側(cè)焊槍以相同的速度沿焊縫方向運(yùn)動，工件正面為變極性等離子弧焊焊槍，工件反面為熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍，熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍在變極性等離子弧焊焊槍之下，二者之間上下垂直距離保持一個熔池的長度；所述熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍與變極性等離子弧焊焊槍采用單電源供電，所述變極性等離子弧焊焊槍與電源正極連接，所述熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍與電源負(fù)極連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法，其特征在于 所述變極性等離子弧焊焊槍配置脈動送絲裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接加工領(lǐng)域，公開了一種立式雙面雙弧等離子對稱焊接方法。具體是將工件沿焊縫方向豎直放置，在工件正反兩面兩側(cè)分別水平設(shè)置變極性等離子弧焊焊槍，和熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍或非熔化極惰性氣體保護(hù)焊焊槍。本發(fā)明帶來的有益效果是電流小，熔敷速度高，電弧燃燒穩(wěn)定，可徹底消除未焊透缺陷，最大限度地降低焊接變形，有助于獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。
文檔編號B23K10/02GK101590572SQ200910039788
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者嚴(yán) 莊 申請人:成都焊研科技有限責(zé)任公司