氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，它包括電磁氣閥（1）、控制器（2）和焊槍本體（3），電磁氣閥（1）上設(shè)置有第一進(jìn)氣口（4）、第二進(jìn)氣口（5）和出氣口（6），控制器（2）與電磁氣閥（1）的信號端相連，鎢電極（7）與焊槍本體（3）之間設(shè)置有保護(hù)氣體腔體（8），出氣口（6）與保護(hù)氣體腔體（8）之間通過保護(hù)氣體輸送管（9）連通，控制器（2）與焊槍本體（3）相連。其控制方法是：由控制器設(shè)定頻率或根據(jù)脈沖電流信號，實現(xiàn)不同成分保護(hù)氣體的周期性變化或同一成分保護(hù)氣體不同流量的脈動輸出方式，獲得在焊接過程中對每一氣體流量及配比時長的調(diào)控。本發(fā)明的優(yōu)點在于：操作方便，氣流控制準(zhǔn)確，有效地提高焊接的成形和質(zhì)量。
【專利說明】氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體保護(hù)焊焊接設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上世紀(jì)四十年代至六十年代期間，鎢極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊、脈沖電流焊接電源等工藝和裝備相續(xù)問世，使金屬材料熔焊的成形質(zhì)量得到顯著提高，并在其后的半個多世紀(jì)以來在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，對于保護(hù)氣體的配送方式在焊接過程中一直是作為一個非時變的參數(shù)，其中，氣體成分可以是單一的，也可以是二元或多元混合的，但是，當(dāng)保護(hù)氣體的組分及其流量一旦設(shè)定，在焊接過程中就保持不變。
[0003]近年來，隨著各種高強(qiáng)材料(包括鋁合金、高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼等)的不斷出現(xiàn)與工程化應(yīng)用，對焊接工藝提出了新的需求:(1)為確保焊接接頭的綜合性能，必須對焊接過程熱輸入量進(jìn)行控制；(2)在重要部件或結(jié)構(gòu)件的焊接中，要求焊縫背面熔透及其成形的精量控制；(3)不僅要求控制焊縫的成形質(zhì)量，而且要求控制焊縫的組織狀態(tài)，減少或消除冶金損傷。在以往的焊接生產(chǎn)中，均采用脈沖電流方式、填充材料脈動送進(jìn)方式或混合保護(hù)氣體等使焊接接頭的成形與性能得到控制或改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種操作控制方便、反應(yīng)靈敏、提高焊接質(zhì)量的氣體保護(hù)焊的氣體動態(tài)控制裝置。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，它包括電磁氣閥、控制器和焊槍本體，電磁氣閥上設(shè)置有第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口和出氣口，控制器與電磁氣閥的信號端相連，焊槍本體內(nèi)部安裝有鎢電極，鎢電極與焊槍本體之間還設(shè)置有保護(hù)氣體腔體，出氣口與保護(hù)氣體腔體之間通過保護(hù)氣體輸送管連通，控制器與焊槍本體的信號端相連。
[0006]所述的電磁氣閥為兩位三通或采用兩個兩位兩通的高速電磁氣閥。
[0007]所述的第一進(jìn)氣口與外部的保護(hù)氣體A氣源連接，所述的第二進(jìn)氣口與外部的保護(hù)氣體B氣源連接。
[0008]使用兩種不同的保護(hù)氣體焊接時，焊接電流為基值，保護(hù)氣體A從第一進(jìn)氣口進(jìn)入保護(hù)氣體腔體，控制器獲得焊接電源輸出的脈沖電流上升沿信號，觸發(fā)電磁氣閥，電磁氣閥切換，保護(hù)氣體B從第二進(jìn)氣口進(jìn)入保護(hù)氣體腔體，保護(hù)氣體B供氣一定時間后，控制器獲得焊接電源輸出的脈沖電流下降沿信號觸發(fā)電磁氣閥，保護(hù)氣體B變換為保護(hù)氣體A，保護(hù)氣體A再通過第一進(jìn)氣口進(jìn)入保護(hù)氣體腔體，實現(xiàn)保護(hù)氣體組分的切換；
在使用單一氣體焊接時，同樣是由控制器獲得焊接電源輸出的脈沖電流上升沿或下降沿的信號，觸發(fā)電磁氣閥，從而增大或減小分別用兩個流量計設(shè)定的保護(hù)氣體A的流量，使保護(hù)氣體A的流量呈周期性變化的脈動輸出。[0009]當(dāng)焊接電流為直流時，則由控制器自行設(shè)定對電磁氣閥的切換頻率，所述的電磁氣閥設(shè)定時長在30ms?IOOOms的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且切換動作時間在IOms之內(nèi)。
[0010]所述的第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口和出氣口的流量不小于10L/min。
[0011]所述的電磁氣閥設(shè)定時長在30ms?IOOOms的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且切換動作時間在IOms之內(nèi)。
[0012]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、控制器能自動與焊接電流脈沖協(xié)調(diào)，即選擇上升沿或下降沿、交流的EN或EP時段切換氣體的組分或流量，操作控制非常方便，反應(yīng)更靈敏。
[0013]2、熔深增加、背面成形得到很大改善；減少和消除氣孔等冶金缺陷，細(xì)化焊縫組織；降低熱輸入，尤其有利于高強(qiáng)材料的焊接接頭性能提升；減低和改善接頭的應(yīng)力狀態(tài)；電弧穩(wěn)定性提高，有助于在多道焊時消除磁偏吹；不易形成咬邊等表面缺欠。
[0014]3、通過動態(tài)分配焊接過程中保護(hù)氣體的流量和組分，調(diào)控電弧的電離條件與熱力學(xué)狀態(tài)，優(yōu)化焊接電弧的“力場”和“溫度場”，優(yōu)化熔化極氣保焊的熔滴過渡形式，從而達(dá)到優(yōu)化焊縫成形和接頭性能的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為氦氣可控加入的電弧波形圖；
圖2為無氦氣的氬脈沖電弧波形圖；
圖3為直流條件下氦氣脈沖的作用的電弧波形圖；
圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1-電磁氣閥，2-控制器，3-焊槍本體，4-第一進(jìn)氣口，5-第二進(jìn)氣口，6-出氣口，7-鎢電極，8-保護(hù)氣體腔體，9-保護(hù)氣體輸送管。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0017]如圖4所示，氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，它包括電磁氣閥1、控制器2和焊槍本體3，電磁氣閥I上設(shè)置有第一進(jìn)氣口 4、第二進(jìn)氣口 5和出氣口 6，控制器2與電磁氣閥I的信號端相連，焊槍本體3內(nèi)部安裝有鎢電極7，鎢電極7與焊槍本體3之間還設(shè)置有保護(hù)氣體腔體8，出氣口 6與保護(hù)氣體腔體8之間通過保護(hù)氣體輸送管9連通，控制器2與焊槍本體3的信號端相連。
[0018]所述的電磁氣閥I為兩位三通或采用兩個兩位兩通的高速電磁氣閥。
[0019]所述的第一進(jìn)氣口 4與外部的氬氣氣源連接，所述的第二進(jìn)氣口 5與外部的氦氣氣源連接。
[0020]采用氬氣和氦氣作為保護(hù)氣體交替送氣對熔池具有周期性的沖擊效應(yīng)。在同一電流條件下，由于氦電弧的能量密度是氬電弧的3.5倍，在氦氣作用時有利于熔深的增加；而在氬氣作用時則有利于電弧的穩(wěn)定和背面成形的一致。
[0021]氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置的控制方法，以GTAW鎢極惰性氣體保護(hù)焊過程為例，在使用兩種不同的保護(hù)氣體焊接時，焊接電流為基值，氬氣從第一進(jìn)氣口 4進(jìn)入保護(hù)氣體腔體8，控制器2控制產(chǎn)生脈沖電流，脈沖電流的上升沿觸發(fā)電磁氣閥1，電磁氣閥I切換，氦氣從第二進(jìn)氣口 5進(jìn)入保護(hù)氣體腔體8，氦氣供氣一定時間后，脈沖電流的下降沿觸發(fā)電磁氣閥1，氦氣變換為氬氣，氬氣再通過第一進(jìn)氣口 4進(jìn)入保護(hù)氣體腔體8，實現(xiàn)保護(hù)氣體組分的切換，其交替頻率根據(jù)焊接速度、電流脈沖頻率和熔透程度經(jīng)試驗后設(shè)定；
在使用單一氣體焊接時，焊接電流為基值，保護(hù)氣體A從第一進(jìn)氣口 4進(jìn)入保護(hù)氣體腔體8，控制器2控制產(chǎn)生脈沖電流，脈沖電流的上升沿觸發(fā)電磁氣閥I，增大或減小保護(hù)氣體A的流量，脈沖電流的下降沿觸發(fā)電磁氣閥I，保護(hù)氣體A流量回至原值，保護(hù)氣體A的流量呈周期性變化的脈動輸出。
[0022]所述的第一進(jìn)氣口 4、第二進(jìn)氣口 5和出氣口 6的流量不小于10L/min。
[0023]所述的電磁氣閥I設(shè)定時長在30ms?IOOOms的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且切換動作時間在IOms之內(nèi)。
[0024]如圖1和圖2所示，當(dāng)脈沖電流的上升沿觸發(fā)保護(hù)氣體的氣閥，保護(hù)氣體由電流為基值時的氬氣變換為氦氣，氦氣的供氣時間是一個可調(diào)的工藝參數(shù)，根據(jù)焊縫成形或熔深的要求設(shè)定。圖中可見約6毫秒的動作延時后氣體切換為氦氣，此時電弧電壓突增，從原脈沖峰值電壓的15伏左右上升到25伏左右，為電弧提供了一個在時間和強(qiáng)度上均能精量可控的附加能量，一方面能采用保護(hù)氣體成分變化方法來調(diào)控電弧能量，從而有利于對焊縫成形的控制；另一方面解決傳統(tǒng)氦弧焊過程對弧長保持的要求精度高、電弧穩(wěn)定性差等工程實施中的難點。如圖3所示，原氬弧的電壓約為13伏，當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)楹せr段的電壓可達(dá)到20伏。
[0025]另外，如本發(fā)明裝置用于熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)時，在氬氣作保護(hù)氣體時為細(xì)滴過渡；在C02作保護(hù)氣體時為短路過渡，在交替變化的電弧力作用下，產(chǎn)生細(xì)化焊縫組織，調(diào)整熔池表面張力、消除咬邊的效果。
【權(quán)利要求】
1.氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，其特征在于:它包括電磁氣閥(I)、控制器(2)和焊槍本體(3)，電磁氣閥(I)上設(shè)置有第一進(jìn)氣口(4)、第二進(jìn)氣口(5)和出氣口(6)，控制器(2)與電磁氣閥(I)的信號端相連，焊槍本體(3)內(nèi)部安裝有鎢電極(7)，鎢電極(7)與焊槍本體(3)之間還設(shè)置有保護(hù)氣體腔體(8)，出氣口(6)與保護(hù)氣體腔體(8)之間通過保護(hù)氣體輸送管(9)連通，控制器(2)與焊槍本體(3)的信號端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，其特征在于:所述的電磁氣閥(I)為兩位三通的高速電磁氣閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置，其特征在于:所述的第一進(jìn)氣口(4)與外部的第一種保護(hù)氣體A氣源連接，所述的第二進(jìn)氣口(5)與外部的第二種保護(hù)氣體B (如氦氣)氣源連接。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置的控制方法，其特征在于:在使用兩種不同的保護(hù)氣體焊接時，焊接電流為基值，保護(hù)氣體A從第一進(jìn)氣口(4)進(jìn)入保護(hù)氣體腔體(8)，控制器(2)獲得焊接電源輸出的脈沖電流上升沿信號，觸發(fā)電磁氣閥Cl),電磁氣閥(I)切換，保護(hù)氣體B從第二進(jìn)氣口( 5 )進(jìn)入保護(hù)氣體腔體(8 )，保護(hù)氣體B供氣一定時間后，控制器(2)獲得焊接電源輸出的脈沖電流下降沿信號觸發(fā)電磁氣閥(1)，保護(hù)氣體B變換為保護(hù)氣體A，保護(hù)氣體A再通過第一進(jìn)氣口(4)進(jìn)入保護(hù)氣體腔體(8)，實現(xiàn)保護(hù)氣體組分的切換； 在使用單一氣體焊接時，同樣是由控制器(2)獲得焊接電源輸出的脈沖電流上升沿或下降沿的信號，觸發(fā)電磁氣閥(1)，從而增大或減小分別用兩個流量計設(shè)定的保護(hù)氣體A的流量，使保護(hù)氣體A的流量 呈周期性變化的脈動輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置的控制方法，其特征在于:當(dāng)焊接電流為直流時，則由控制器自行設(shè)定對電磁氣閥的切換頻率，所述的電磁氣閥(I)設(shè)定時長在30ms~1000ms的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，且切換動作時間在IOms之內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體保護(hù)焊的動態(tài)控制裝置的控制方法，其特征在于:所述的第一進(jìn)氣口(4)、第二進(jìn)氣口(5)和出氣口(6)的流量不小于10L/min。
【文檔編號】B23K9/167GK104014911SQ201410244296
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】范瑞芬, 鄧惠庸, 范洪榮 申請人:成都融合電氣有限公司