專利名稱：一種旁路分流雙面電弧焊裝置及焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬材料的焊接裝置。本發(fā)明也涉及一種焊接方法。
(二)
背景技術(shù)：
在常規(guī)電弧焊過程中，焊鉗接在工件的一側(cè)，焊接電流主要在貼近工件上表 面的區(qū)域內(nèi)流動，使得電流密度發(fā)散，且容易產(chǎn)生磁偏吹，這樣就會直接影響焊 縫的形貌和質(zhì)量。與常規(guī)電弧焊不同，單電源雙面電弧焊時，工件不接電源，將 兩把焊槍連接于同一焊接電源的兩極形成一個回路。這樣焊接電流直接流過焊接 區(qū)域，電弧的電流密度和剛直性得以提高，有利于焊縫熔透和焊接質(zhì)量的改善。 然而，集中的電磁力在增加熔深的同時，對熔池的擾動也增大，導(dǎo)致焊接過程不 易控制，常出現(xiàn)熔池塌陷和焊穿等缺陷，成為制約其生產(chǎn)應(yīng)用的重要因素。為了 解決這一問題，申請人提出了專利申請?zhí)枮?00810137465.6的發(fā)明專利申請， 提出利用填充焊絲對流經(jīng)工件的焊接電流進(jìn)行分流，但由于焊絲與工件材料基本 一致，兩者具有相同的電子功函數(shù)，陰極材料尺寸成為電子發(fā)射的決定性因素， 導(dǎo)致更多的電子從焊接熔池發(fā)射，少量電子來自旁路焊絲，使得通過旁路焊絲的 電流遠(yuǎn)低于母材的，影響了旁路分流的效果。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以方便地調(diào)節(jié)主、旁路焊接電流的大小，合理 分配作用于電弧和熔池上的熱、力分布，并可以有效地控制焊縫成形、改善焊接 質(zhì)量的一種旁路分流雙面電弧焊接裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種旁路分流 雙面電弧焊裝置的焊接方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的旁路分流雙面電弧焊裝置的組成包括焊接電源、主焊槍、副焊槍、 旁路焊槍、引弧器、電流傳感器、旁路電阻器及其控制系統(tǒng)，將主、副焊槍對稱 置于工件的兩側(cè)，并分別與焊接電源的兩極相連，所述的旁路焊槍是鎢極氬弧焊 槍、設(shè)置于主焊槍一側(cè)作為旁路來分流一部分流經(jīng)工件的焊接電流，電流傳感器 施加于副焊槍一側(cè)，用來檢測流經(jīng)工件的電流大小，并通過控制系統(tǒng)與旁路電阻器相連。
用上述裝置實施的焊接方法的步驟如下
步驟l:將工件的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對制 成的雙面焊接坡口及其兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗；
步驟2:焊接前，將工件固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持主、副焊槍的軸線在一條直線上，其軸線與工件的夾角為 80°-100°，相對于焊接方向來說，旁路焊槍在前，主焊槍在后，兩者之間軸線的 夾角為20°-80°;
步驟4:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在50A-600A之間，旁路電流/p在 0A-500A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min;
步驟5:開啟焊接電源，啟動引弧開關(guān)，引燃焊接電弧，這樣經(jīng)過主焊槍的 電流一部分通過工件流向背面的副焊槍，另一部分經(jīng)通過旁路流回焊接電源；
歩驟6:焊接過程中，通過電流傳感器檢測流經(jīng)工件的焊接電流，利用控制 系統(tǒng)對旁路電阻進(jìn)行控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)主、旁路焊接電流的大小，使得作用于電弧 和熔池上的熱、力處于理想水平。
本發(fā)明將主、副焊槍對稱置于工件的兩側(cè)，并分別與焊接電源的兩極相連， 在主焊槍一側(cè)施加鎢極氬弧焊槍作為旁路來分流一部分通過工件的焊接電流。這 樣主焊槍可以通以大電流，在實現(xiàn)高熔敷率的同時，減少作用于工件的熱輸入， 改善焊接質(zhì)量；而熔池背面的副焊槍只通過部分電流有利于減小電極燒損、提高 熔池承載能力，避免焊縫成形缺陷的產(chǎn)生。焊接過程中，通過電流傳感器檢測流 經(jīng)工件的焊接電流，利用控制系統(tǒng)來改變旁路電阻，進(jìn)而調(diào)節(jié)主、旁路的電流大 小，使得作用于電弧和熔池上的熱、力處于理想水平，是一種高效、可控的焊接 方法。
本發(fā)明的主要有優(yōu)點體現(xiàn)在
1、 由于大部分焊接電流直接流過被焊區(qū)域，所以該技術(shù)具有電弧電流密度 和電磁力分布集中、電弧剛直性好、焊縫熔深大、熱影響區(qū)窄等優(yōu)勢。
2、 通過改變旁路電阻可以調(diào)節(jié)流經(jīng)主、旁路上的電流大小，使得作用于電 弧和熔池上的熱、力處于理想水平，是一種高效、可控的焊接方法。
3、 由于鎢極的電子功函數(shù)(約2.6eV)遠(yuǎn)低于金屬工件的(鋼為4.7eV)，該方法可以克服焊絲分流的局限性(由于填充焊絲與工件材料基本一致，兩者具 有相同的電子功函數(shù)，陰極尺寸成為電子發(fā)射的決定性因素，導(dǎo)致通過旁路焊絲 的電流遠(yuǎn)小于母材的)，方便地調(diào)節(jié)旁路電流的大小，合理分配作用于母材和旁 路上熱量，有利于控制焊縫成形、改善焊接質(zhì)量。
4、 旁路分流作用也可以解決單電源雙面電弧焊兩側(cè)焊接電流不能獨立調(diào)節(jié) 的矛盾。如在MIG-TIG雙面焊時，為獲得穩(wěn)定的MIG焊接過程，最好使其工作在 射滴或射流過渡狀態(tài)，這需要采用較大的電流，但考慮到背面TIG焊接熔池的承 載能力，所采用的電流又不能太大，導(dǎo)致焊接工藝的優(yōu)化參數(shù)區(qū)間很窄，即熔透 對焊接參數(shù)的變化非常敏感，以致焊接過程無法穩(wěn)定進(jìn)行。利用鎢極氬弧焊槍作 為旁路進(jìn)行分流，可有效解決這一矛盾。
5、 由于主電弧與旁路電弧的電流方向不同，由左手定律可知，電弧內(nèi)產(chǎn)生 斥力，使得電弧壓力的作用點偏離熔池中心，電弧加熱面積擴(kuò)展，電弧壓力減弱， 熔敷效率提高，有利于避免熔池塌陷和焊穿等缺陷。
6、 該方法本質(zhì)上屬于電弧焊的改型，所以它也是一種低成本的高效焊接方 法。應(yīng)用在焊接生產(chǎn)中，將大大提高生產(chǎn)效率、降低焊接成本、提高焊接質(zhì)量， 具有很大的工程實用價值。
7、 該系統(tǒng)焊接工藝穩(wěn)定并具有很強的焊接適應(yīng)性，根據(jù)實際焊接需求，焊 接位置可以是平焊，也可以為其它位置焊(如立焊等)；焊接電源的極性可為直 流，也可為交流，能夠廣泛應(yīng)用于中厚壁金屬結(jié)構(gòu)的焊接過程中。
本發(fā)明提出了一種旁路分流雙面電弧焊接新技術(shù)，即在單電源雙面電弧焊的 主焊槍一側(cè)施加鉤極氬弧焊槍作為旁路進(jìn)行分流。由于鎢極的電子功函數(shù)遠(yuǎn)低于 金屬工件的，可以克服焊絲分流的局限性，方便地調(diào)節(jié)旁路電流的大小，合理分 配作用于母材和旁路上熱量，有利于控制焊縫成形、改善焊接質(zhì)量。
(四)


圖1是旁路分流的熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置示意圖； 圖2是旁路分流的非熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述具體實施方式
一
結(jié)合圖1，它是一種旁路分流的熔化極-非熔化極雙面電弧焊接實施方式， 本實施方式由焊接電源l、熔化極主焊槍3、非熔化極副焊槍ll、旁路鎢極氬弧 焊槍6、電流傳感器12、引弧器14、旁路電阻器8及其控制系統(tǒng)10等組成。工
件9不接焊接電源1，將主焊槍3和副焊槍11對稱置于工件的兩側(cè)，并分別與 焊接電源1的正、負(fù)極相連，在熔化極主焊槍3 —側(cè)施加鎢極氬弧焊槍6作為旁 路來分流一部分通過工件9的焊接電流。開啟焊接電源l，啟動引弧器14，引燃 焊接電弧，通過電流傳感器12檢測流經(jīng)工件9的電流大小，通過控制系統(tǒng)10來 改變旁路電阻器8就可以調(diào)節(jié)旁路電流/p，進(jìn)而調(diào)節(jié)流經(jīng)工件9的焊接電流，從 而可以合理分配作用于焊絲5與工件9上的熱量，使得作用于熔滴和熔池上的熱、 力處于理想水平。
基于本實施方式的鎢極氬弧分流熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置的焊接方 法步驟如下
步驟l:將工件9的待焊部位根據(jù)需要加工成I型、V型或Y型坡口，并對 制成的雙面焊接坡口及其兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗。
步驟2:焊接前，將工件9固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持熔化極主焊槍3和非熔化極副焊槍11的電極軸線在一條直線
上，其軸線與工件9的夾角在80°-100°之間，焊絲5的伸出長度為15mm-45mm， 鎢極7端部到工件9的距離為2mm-7mm，鎢極7端部與焊絲5端部之間的距離 為2mm-5mm，鎢極13端部到工件9的距離為2mm-7mm，旁路焊槍6位于主焊 槍3的前方，兩者間軸線的夾角為20°-80°。
步驟4:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在100A-600A之間，分流電流ip 在0A-500A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min，焊絲5的直徑為 0.8mm-1.6mm，送絲速度為2.0m/min-10m/min，鉤極7直徑為1.6mm-4,8mm， 鎢極13直徑為1.6mm-6.4mm。
步驟5:開啟焊接電源l，啟動引弧器14，引燃焊接電弧，利用旁路電弧與
主電弧形成耦合電弧2并產(chǎn)生分流作用。
步驟6:通過電流傳感器12檢測流經(jīng)工件9的焊接電流，通過控制系統(tǒng)IO 來改變旁路電阻8就可以調(diào)節(jié)旁路電流/p，進(jìn)而調(diào)節(jié)了流經(jīng)工件9的焊接電流，
6從而可以合理分配作用于焊絲5與工件9上的熱量，使得作用于熔滴和熔池上的 熱、力處于理想水平。
具體實施方式
二-
結(jié)合圖2，它是一種旁路分流的非熔化極-非熔化極雙面電弧焊接實施方式， 本實施方式由焊接電源1、非熔化極主焊槍22、非熔化極副焊槍11、旁路鎢極 氬弧焊槍6、電流傳感器12、引弧器14、旁路電阻器8及其控制系統(tǒng)10等組成。 工件9不接焊接電源1，將主焊槍22和副焊槍11對稱置于工件的兩側(cè)，分別與 焊接電源1的兩極相連，在主焊槍22 —側(cè)施加鎢極氬弧焊槍6作為旁路來分流 一部分通過工件9的焊接電流。開啟焊接電源1，啟動引弧器14，引燃焊接電弧， 通過電流傳感器12檢測流經(jīng)工件9的焊接電流，通過控制系統(tǒng)10來改變旁路電 阻器8就可以調(diào)節(jié)旁路電流/p，進(jìn)而調(diào)節(jié)了流經(jīng)工件9的焊接電流，從而可以合 理分配作用于主、旁路上的電流大小，使得作用于電弧和熔池上的熱、力處于理 想水平。
基于本實施方式的鎢極氬弧分流非熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置的焊接 方法步驟如下
步驟l:將工件9的待焊部位根據(jù)需要加工成I型、V型或Y型坡口，并對 制成的雙面焊接坡口及其兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗。
步驟2:焊接前，將工件9固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持主焊槍22和副焊槍11的電極軸線在一條直線上，其軸線與工 件9的夾角在80°-100°之間，鎢極23端部到工件9的距離為2mm-7mm，鎢極7 端部到工件9的距離為2mm-7mm，鎢極7端部與鎢極23端部之間的距離為 2mm-6mm，鉤極13到工件9的距離為2mm-7mm，旁路焊槍6位于主焊槍22 的前方，兩者間軸線的夾角為20°-80°。
步驟4:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在50A-500A之間，分流電流/p在 0A-400A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min，鎢極23直徑為1.6mm-6.4mm， 鎢極7直徑為1.6mm-4.8mm，鎢極13直徑為1.6mm-6.4mm。 '
步驟5:開啟焊接電源l，啟動引弧器14，引燃焊接電弧，利用旁路電弧與
主電弧形成耦合電弧21并產(chǎn)生分流作用。
步驟6:通過電流傳感器12檢測流經(jīng)工件9的焊接電流，通過控制系統(tǒng)IO來改變旁路電阻器8就可以調(diào)節(jié)旁路電流/p，進(jìn)而調(diào)節(jié)了流經(jīng)工件9的焊接電流， 從而可以合理分配工件9與旁路上的熱輸入，使得作用于電弧和熔池上的熱、力 處于理想水平。
權(quán)利要求
1、一種旁路分流雙面電弧焊裝置，其組成包括焊接電源、主焊槍、副焊槍、旁路焊槍、引弧器、電流傳感器、旁路電阻器及其控制系統(tǒng)，其特征是主、副焊槍對稱置于工件的兩側(cè)，并分別與焊接電源的兩極相連，所述的旁路焊槍為鎢極氬弧焊槍、設(shè)置于主焊槍一側(cè)作為旁路來分流一部分流經(jīng)工件的焊接電流，電流傳感器施加于副焊槍一側(cè)，用來檢測流經(jīng)工件的電流大小，并通過控制系統(tǒng)與旁路電阻器相連。
2、 一種基于權(quán)利要求1的旁路分流雙面電弧焊裝置的焊接方法，其特征是 步驟l:將工件的待焊部位根據(jù)需要加工成I形、Y形或V形坡口，并對制成的雙面焊接坡口及其兩側(cè)表面進(jìn)行打磨和清洗；步驟2:焊接前，將工件固定在焊接工裝夾具上；步驟3:保持主、副焊槍的軸線在一條直線上，其軸線與工件的夾角為 80°-100°，相對于焊接方向來說，旁路焊槍在前，主焊槍在后，兩者之間軸線的夾角為20°-80°;步驟4:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在50A-600A之間，旁路電流/p 在0A-500A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min;步驟5:開啟焊接電源，啟動引弧開關(guān)，引燃焊接電弧，這樣經(jīng)過主焊槍的電流一部分通過工件流向背面的副焊槍，另一部分經(jīng)通過旁路流回焊接電源；步驟6:焊接過程中，通過電流傳感器檢測流經(jīng)工件的電流大小，利用控制系統(tǒng)對旁路電阻進(jìn)行控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)主、旁路電流的大小，使得作用于電弧 和熔池上的熱、力處于理想水平。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種旁路分流雙面電弧焊接裝置及方法，其特征在于它由一個焊接電源、主焊槍、副焊槍、旁路焊槍、引弧器、電流傳感器、旁路電阻器及控制系統(tǒng)等組成，將主、副焊槍對稱置于工件兩側(cè)，并分別與焊接電源的兩極相連，所述的旁路焊槍是鎢極氬弧焊槍、施加于主焊槍的一側(cè)作為旁路來分流一部分流經(jīng)母材的焊接電流。這樣主焊槍可以通以大電流，在實現(xiàn)高熔敷率的同時，減少作用于母材的熱輸入，改善焊接質(zhì)量；而熔池背面的副焊槍只通以部分電流有利于減小電極燒損、提高熔池承載能力。由于旁路焊槍的鎢極電子功函數(shù)遠(yuǎn)低于金屬工件的，利用該方法可以克服焊絲分流的局限，方便地調(diào)節(jié)旁路電流的大小，使得作用于電弧和熔池上的熱、力處于理想水平，是一種高效、可控的焊接方法。
文檔編號B23K9/00GK101530943SQ20091007188
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者姚競爭, 苗玉剛, 韓端鋒 申請人:哈爾濱工程大學(xué)