等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置及其焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置及其焊接方法，將等離子弧焊槍與熔化極電弧焊槍組成復(fù)合焊槍，兩電弧焊槍分別與直流脈沖等離子弧焊接電源的負極和直流脈沖熔化極弧焊電源的正極相連，并同時與另一氬弧焊電源(TIG弧焊電源)的負極和正極相連，且等離子弧電源的負極和熔化極焊接電源的正極與工件相連。為防止焊接時等離子弧與熔化極電弧之間的電磁干擾，采用脈沖協(xié)調(diào)控制的方法，即當熔化極電弧電流波形為脈沖基值維弧時，等離子弧為脈沖峰值進行焊接，而當?shù)入x子弧電流波形處于脈沖基值時，熔化極電弧為脈沖峰值焊接電流，如此反復(fù)。本發(fā)明可以解決電弧之間電磁干擾大，參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜及電極燒損嚴重等問題。
【專利說明】等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置及其焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種焊接裝置及其焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于成本低、操作簡便、適應(yīng)性強，鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氣體保護焊(MIG/MAG)、等離子弧焊(PAW)等傳統(tǒng)電弧焊接工藝仍然在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著制造業(yè)對提高焊接效率和改善焊接質(zhì)量的持續(xù)需求，將傳統(tǒng)電弧焊接工藝與設(shè)備不斷改進與發(fā)展至關(guān)重要。近年來，將兩種或兩種以上的熱源結(jié)合起來形成一種復(fù)合焊接工藝，使熱源間優(yōu)勢互補，可取代或改善常規(guī)電弧焊接工藝，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量。例如，荷蘭PHILIPS公司提出的等離子-MIG復(fù)合焊與常規(guī)熔化極氣體保護焊相比極大地提高了焊接效率，又避免了激光焊或激光-電弧復(fù)合焊時帶來的成本高、工件尺寸易受限制等缺點，顯示出其獨特的優(yōu)勢。目前，等離子-MIG復(fù)合焊分為兩種:同軸式與旁軸式。前者是等離子弧將MIG弧完全包裹，后者是一前一后燃燒，但兩個電弧同時被同一保護氣氛所保護，而旁軸式研宄最為深入，最具為代表性的Super-MIG復(fù)合焊已成功應(yīng)用焊接生產(chǎn)中。專利號CN103817449A提出了一種等離子弧焊和熔化極電弧復(fù)合焊接方法及焊接裝置，其等離子噴嘴位于熔化極噴嘴前方，焊接時采用等離子弧在前方對工件進行局部預(yù)熱或形成“小孔”焊接效應(yīng)，采用熔化極電弧在后方將焊絲熔化并填充焊縫，從而提高焊接效率。等離子-MIG復(fù)合焊接優(yōu)勢突出但也存在一定問題，例如:焊接過程中，等離子弧和MIG電弧同時在焊槍內(nèi)燃燒，對焊槍的設(shè)計要求非常高；焊接過程中的參數(shù)多，工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)較為復(fù)雜。另外，同時產(chǎn)生的等離子弧與MIG電弧存在一定的電磁干擾，減少了等離子體電極的使用壽命。研宄表明，電弧之間的電磁干擾會導(dǎo)致等離子弧剛度，電流密度等發(fā)生改變，導(dǎo)致焊接熔深及焊縫成形質(zhì)量難以得到保證。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供解決電弧之間電磁干擾大，參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜及電極燒損嚴重等問題的等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置及其焊接方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置，其特征是:包括熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源、送絲機構(gòu)、第一電流信號檢測裝置、第二電流信號檢測裝置、脈沖協(xié)調(diào)控制器、等離子焊槍、熔化極焊槍；直流等離子脈沖弧焊電源的負極連接等離子焊槍，正極連接待焊工件，構(gòu)成等離子焊接電流回路，在直流等離子脈沖弧焊電源負極和等離子焊槍之間設(shè)置高頻引弧器以及檢測流經(jīng)等離子焊槍電流脈沖的第一電流信號檢測裝置；熔化極脈沖弧焊電源正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接待測工件，構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路，在熔化極脈沖弧焊電源正極和熔化極焊槍之間設(shè)置檢測流經(jīng)熔化極焊槍電流脈沖的第二電流信號檢測裝置；TIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊槍，構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路；脈沖協(xié)調(diào)控制器分別連接熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源以及第一電流信號檢測裝置和第二電流信號檢測裝置，等離子焊槍與熔化極焊槍組成復(fù)合焊槍，它們軸線之間的夾角α為0-90°。
[0006]本發(fā)明等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置還可以包括:
[0007]1、在TIG弧焊電源正極和焊絲導(dǎo)電嘴之間設(shè)置第三電流信號檢測裝置，脈沖協(xié)調(diào)控制器還連接TIG弧焊電源以及第三電流信號檢測裝置。
[0008]本發(fā)明等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法，采用如下等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置:包括熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源、送絲機構(gòu)、第一電流信號檢測裝置、第二電流信號檢測裝置、脈沖協(xié)調(diào)控制器、等離子焊槍、熔化極焊槍；直流等離子脈沖弧焊電源的負極連接等離子焊槍，正極連接待焊工件，構(gòu)成等離子焊接電流回路，在直流等離子脈沖弧焊電源負極和等離子焊槍之間設(shè)置高頻引弧器以及檢測流經(jīng)等離子焊槍電流脈沖的第一電流信號檢測裝置；熔化極脈沖弧焊電源正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接待測工件，構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路，在熔化極脈沖弧焊電源正極和熔化極焊槍之間設(shè)置檢測流經(jīng)熔化極焊槍電流脈沖的第二電流信號檢測裝置；TIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊槍，構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路；脈沖協(xié)調(diào)控制器分別連接熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源以及第一電流信號檢測裝置和第二電流信號檢測裝置，等離子焊槍與熔化極焊槍組成復(fù)合焊槍，它們軸線之間的夾角α為0-90°，
[0009](I)將復(fù)合焊槍置于待焊工件的待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，即等離子焊槍位于熔化極焊槍前方；
[0010](2)根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)待焊工件位置、等離子焊槍和熔化極焊槍間距及夾角、等離子焊槍和熔化極焊槍與工件間距及夾角，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度，分別打開熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源，將熔化極脈沖弧焊電源和直流等離子脈沖弧焊電源的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，TIG弧焊電源采用直流無脈沖，啟動高頻引弧器引燃等離子電??；
[0011](3)焊接過程中，利用第二電流信號檢測器測量熔化極焊槍的電弧脈沖波形，當檢測到電弧脈沖波形處于脈沖基值Im2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子焊槍的等離子弧電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子弧在待焊工件上生成“匙孔”進行深熔焊，通過TIG弧焊電源形成熱絲電弧對填充焊絲預(yù)熱，即等離子-熱絲焊；
[0012](4)經(jīng)過設(shè)定的同步電流脈沖時間tp后，當檢測到熔化極焊槍的熔化極電弧電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值Ip2，實現(xiàn)熔敷金屬的填充和蓋面，旁路等離子弧與熔化極電弧形成耦合電??；
[0013](5)經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率時間tm后，重復(fù)步驟(3)和(4)的焊接過程，即進行等離子弧-熱絲焊、等離子分流熔化極電弧焊之間的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時通過分別改變等離子弧與熔化極電弧電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，直至焊接結(jié)束。
[0014]本發(fā)明等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法，采用如下等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置:包括熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源、送絲機構(gòu)、第一電流信號檢測裝置、第二電流信號檢測裝置、脈沖協(xié)調(diào)控制器、等離子焊槍、熔化極焊槍；直流等離子脈沖弧焊電源的負極連接等離子焊槍，正極連接待焊工件，構(gòu)成等離子焊接電流回路，在直流等離子脈沖弧焊電源負極和等離子焊槍之間設(shè)置高頻引弧器以及檢測流經(jīng)等離子焊槍電流脈沖的第一電流信號檢測裝置；熔化極脈沖弧焊電源正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接待測工件，構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路，在熔化極脈沖弧焊電源正極和熔化極焊槍之間設(shè)置檢測流經(jīng)熔化極焊槍電流脈沖的第二電流信號檢測裝置；TIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊槍，構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路；脈沖協(xié)調(diào)控制器分別連接熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源以及第一電流信號檢測裝置和第二電流信號檢測裝置，等離子焊槍與熔化極焊槍組成復(fù)合焊槍，它們軸線之間的夾角α為0-90°，在TIG弧焊電源正極和焊絲導(dǎo)電嘴之間設(shè)置第三電流信號檢測裝置，脈沖協(xié)調(diào)控制器還連接TIG弧焊電源以及第三電流信號檢測裝置，
[0015](I)將復(fù)合焊槍置于待焊工件的待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，即等離子焊槍位于熔化極焊槍前方；
[0016](2)根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)待焊工件位置、等離子焊槍和熔化極焊槍間距及夾角，等離子焊槍和熔化極焊槍與待焊工件間距及夾角，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度，分別打開熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源，將熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，啟動高頻引弧器引燃等離子電??；
[0017](3)焊接過程中，利用第二電流信號檢測裝置和第三電流信號檢測裝置檢測TIG弧焊電源的脈沖電流信號為脈沖基值It2和熔化極焊槍電弧脈沖電流信號為脈沖基值Im2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子焊槍的等離子弧電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子弧在工件上生成“匙孔”進行深熔焊，即進行等離子焊；
[0018](4)經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tp時間后，當檢測到熔化極焊槍的熔化極電弧電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值Ip2，此時TIG弧焊電源電流脈沖信號仍處于基值維弧電流It2，進行熔化極電弧焊，實現(xiàn)工件的“陰極清理”和高效填絲焊接；
[0019](5)再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tm時間后，當檢測熔化極電弧的電流處于脈沖基值Im2、等離子弧的電流處于脈沖基值Ip2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將TIG弧焊電源的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Itl，此時形成等離子熔化極間接耦合電弧，進行等離子-熔化極間接電弧焊；
[0020](6)再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tg時間后，重復(fù)步驟(3)、⑷和(5)的焊接過程，即進行等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時通過分別改變等離子弧、熔化極電弧、TIG間接復(fù)合電弧的電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，直至焊接結(jié)束。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0022]1、采用本發(fā)明等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接，可在傳統(tǒng)熔化極氬弧焊基礎(chǔ)上將焊接速度提高2?3倍，極大提高焊接效率?？色@得成形美觀，焊接缺陷少，焊縫質(zhì)量高的焊接接頭。通過等離子與熔化極輸入能量的比例控制焊縫的深寬比，可充分提高接頭抗拉強度及延伸率。
[0023]2、焊接中采用脈沖協(xié)調(diào)控制的方法，減小了焊接時熔化極電弧與等離子弧的干擾程度，極大增加了焊接過程的穩(wěn)定性。通過對熔化極電弧與等離子弧電流脈沖波形的調(diào)節(jié)，當?shù)入x子弧電流處于峰值時，TIG弧焊電源對焊絲進行預(yù)熱，提高了焊絲的熔敷率，當熔化極電弧電流處于峰值時，等離子弧對熔化極電弧進行分流減小了母材熱輸入，同時減少熔化極電弧的飄移與拉斷以及容易產(chǎn)生的飛濺，使得在高速焊接情況下保持電弧穩(wěn)定燃燒，熔滴過渡穩(wěn)定可控，從而保證了焊縫成形與質(zhì)量。
[0024]3、焊接過程中，等離子電源為直流電源，避免了電流負半波期間對電極壽命帶來的損害，以及對等離子焊槍的鎢極燒損，也避免了焊接設(shè)備損壞的風險。另外，整體裝置裝配要求低，設(shè)備成本少，工藝穩(wěn)定性好，自動化程度高。
[0025]4、焊接過程中，對于中厚板不開坡口或開小坡口，減少了焊接工序，減少了焊絲填充量，在降低生產(chǎn)成本的同時節(jié)省了材料。同時等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接接頭的熱影響區(qū)窄，減少構(gòu)件焊接的變形，即減少了矯正變形的工序，同時也降低了生產(chǎn)成本。
[0026]5、該系統(tǒng)焊接適應(yīng)性強，可適應(yīng)于搭接焊、熔透焊、連續(xù)焊或斷續(xù)焊/點焊等過程，尤其對于中厚板的焊接優(yōu)勢最為明顯。且焊接操作方便，維護運行費用低，廣泛使用于金屬材料的焊接，是一種高效、優(yōu)質(zhì)的焊接方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1a是等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法與裝置示意圖；
[0028]圖1b是等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接脈沖電流信號示意圖；
[0029]圖1c是等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接不同脈沖電流信號時間段內(nèi)的電弧形態(tài)不意圖；
[0030]圖2a是等離子弧焊/等離子-熔化極間接電弧焊/熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法與裝置示意圖；
[0031]圖2b是等離子弧焊/等離子-熔化極間接電弧焊/熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接脈沖電流信號示意圖；
[0032]圖2c是等離子弧焊/等離子-熔化極間接電弧焊/熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接不同脈沖電流信號時間段內(nèi)的電弧形態(tài)。

【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0034]【具體實施方式】一:
[0035]圖1是等離子-熔化極動態(tài)電弧復(fù)合焊接方法與裝置實施的原理圖，該焊接裝置主要由熔化極脈沖弧焊電源1、直流等離子脈沖弧焊電源8、TIG弧焊電源5、送絲機構(gòu)3、電流信號檢測裝置2和6、脈沖協(xié)調(diào)控制器4、等離子焊槍10以及熔化極焊槍13等構(gòu)成。焊接時，將等離子弧焊槍10與熔化極焊槍13組成復(fù)合焊槍，兩焊槍軸線之間的夾角α為0-90°，等離子電源8在負極連接電流信號檢測裝置6并連接等離子焊槍10，正極連接工件9構(gòu)成等離子焊接電流回路；而熔化極弧焊電源I正極連接電流信號檢測裝置2并連接熔化極焊槍13的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接工件9構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路；TIG弧焊電源5的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊10槍構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路，來提高焊絲熔化效率，減小母材熱輸入與熱影響區(qū)。焊接過程中，通過電流信號檢測裝置2和6分別檢測流經(jīng)熔化極電弧與等離子弧的電流脈沖，輸入脈沖協(xié)調(diào)控制器4對兩電弧的電流脈沖信號波形進行協(xié)調(diào)，并由其控制熔化極脈沖弧焊電源I與等離子脈沖弧焊電源8電流信號脈沖輸出，進而實現(xiàn)等離子-熱絲焊、旁路分流熔化極電弧焊之間的動態(tài)電弧復(fù)合焊接，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的焊接過程。
[0036]基于本實施方式的等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法步驟如下:
[0037]步驟1:將待焊工件9安裝定位就緒，將復(fù)合焊槍置于待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，即等離子焊槍10位于熔化極焊槍13前方，兩焊槍軸線之間的夾角α為
0-90°。等離子焊槍10可以垂直于待焊工件，也可于待焊工件之間存在一定的夾角。按圖1所示方法連接焊接實驗設(shè)備與裝置。
[0038]步驟2:根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)工件位置、兩焊槍間距及夾角、焊槍與工件間距及夾角等參數(shù)。根據(jù)焊接要求，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度等各項焊接工藝參數(shù)。焊接前，分別打開三個焊接電源，將熔化極電源I和等離子電源8的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，TIG弧焊電源采用直流無脈沖，啟動高頻引弧器7引燃等離子電弧。
[0039]步驟3:焊接過程中，利用電流信號檢測器2測量熔化極焊槍13的電弧脈沖波形，當檢測到熔化極電弧的電流處于脈沖基值時Im2，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器4將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子弧在工件上生成“匙孔”進行深熔焊，通過TIG弧焊電源5形成熱絲電弧12對填充焊絲預(yù)熱從而進行高效填充，即等離子-熱絲焊。
[0040]步驟4:經(jīng)過設(shè)定的同步電流脈沖時間tp，當檢測到熔化極電弧的電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器4將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值IP2，實現(xiàn)熔敷金屬的填充和蓋面，旁路等離子弧與熔化極電弧形成耦合電弧11，實現(xiàn)更高的焊絲填充效率和較低的母材焊接熱輸入的焊接，同時可降低熱影響區(qū)提高焊接質(zhì)量。
[0041]步驟5:由于等離子和熔化極的電流脈沖頻率一致，而兩者電流脈沖波形的相位相差180°，再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tm時間，可重復(fù)步驟3和4的焊接過程，即進行等離子弧-熱絲焊、等離子分流熔化極電弧焊之間的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時可通過分別改變等離子弧與熔化極電弧電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，實現(xiàn)高效高質(zhì)的焊接過程，直至焊接結(jié)束。
[0042]【具體實施方式】二:
[0043]圖2是等離子弧焊/等離子-熔化極間接電弧焊/熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法與裝置實施的原理圖，該焊接裝置主要由脈沖熔化極弧焊電源1、直流脈沖等離子弧焊電源8、TIG弧焊電源5、送絲機構(gòu)3、電流脈沖信號檢測裝置2、6和14、脈沖協(xié)調(diào)控制器4、等離子弧焊槍10以及熔化極焊槍13等構(gòu)成。焊接時，將等離子弧焊槍10與熔化極焊槍13組成復(fù)合焊槍，兩焊槍軸線之間的夾角α為0-90°，熔化極弧焊電源I的正極連接電流信號檢測裝置2并連接熔化焊槍13的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接工件9構(gòu)成熔化極焊接電流回路；等離子電源8的負極連接電流信號檢測裝置6并與等離子焊槍10相連，正極連接工件9構(gòu)成等離子焊接電流回路；TIG弧焊電源5的正極連接電流信號檢測裝置14并與焊絲導(dǎo)電嘴相連，負極連接等離子弧焊槍10構(gòu)成等離子-熔化極間接電弧焊接回路，實現(xiàn)焊絲的高效填充，降低母材熱輸入，減少焊接變形和熱影響區(qū)。焊接過程中，通過電流信號檢測裝置2、6和14分別檢測流經(jīng)熔化極回路，等離子回路及等離子-熔化極間接電弧焊接回路電流脈沖信號波形，輸入脈沖協(xié)調(diào)控制器4進行協(xié)調(diào)，并由其控制熔化極電源1、等離子電源8和TIG弧焊電源5的電流脈沖信號輸出，進而調(diào)節(jié)等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊之間的動態(tài)電弧復(fù)合焊接，在增加焊接熔深、提高焊絲熔化效率的同時，又減少了熱輸入和焊接變形，且焊接飛濺顯著減小，是一種高效、可控的焊接方法。
[0044]基于本實施方式的等離子弧焊/等離子-熔化極間接電弧焊/熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法步驟如下:
[0045]步驟1:將待焊工件9安裝定位就緒，將復(fù)合焊槍置于待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，等離子焊槍10處于熔化極電弧焊槍13前方，兩焊槍軸線之間的夾角α為0-90°。等離子焊槍可以垂直于待焊工件，也可于待焊工件之間存在一定的夾角。按圖2所示方法連接實驗設(shè)備與裝置。
[0046]步驟2:根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)工件位置、兩焊槍間距及夾角，焊槍與工件間距及夾角等工藝參數(shù)。根據(jù)焊接要求，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度等各項焊接工藝參數(shù)。焊接前，分別打開三個焊接電源，將熔化極電源1、等離子電源8、TIG弧焊電源5的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，啟動高頻引弧器7引燃等離子電弧15。
[0047]步驟3:焊接過程中，利用電流信號檢測裝置2和14檢測TIG弧焊電源5的脈沖電流信號為脈沖基值It2和熔化極焊槍10電弧脈沖電流信號為脈沖基值Im2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器4將等離子弧15的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子電弧15在工件上生成“匙孔”進行深熔焊，即進行等離子焊。
[0048]步驟4:經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tp時間，當檢測到熔化極電弧17的電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器4將等離子弧15的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值Ip2，此時TIG弧焊電源5電流脈沖信號仍處于基值維弧電流It2，進行熔化極電弧焊，實現(xiàn)工件的“陰極清理”和高效填絲焊接。
[0049]步驟5:再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tm時間，當檢測熔化極電弧17的電流處于脈沖基值Im2和等離子弧15的電流處于脈沖基值Ip2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器4將TIG氬弧電源5的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Itl，此時形成等離子熔化極間接耦合電弧16，進行等離子-熔化極間接電弧焊，實現(xiàn)焊絲的高效填充，降低母材熱輸入，減少焊接變形和熱影響區(qū)。
[0050]步驟6:由于熔化極電源1、等離子電源8、TIG弧焊電源5的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，而三者之間的電流脈沖波形的相位差為180°，再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tg時間，可重復(fù)步驟3、4和5的焊接過程，即進行等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時可通過分別改變等離子弧15、熔化極電弧17、TIG間接復(fù)合電弧16的電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的焊接過程，直至焊接結(jié)束。
[0051]本發(fā)明提出了一種等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接新技術(shù)，即將等離子弧焊槍與熔化極電弧焊槍組成復(fù)合焊槍，兩電弧焊槍分別與直流脈沖等離子弧焊接電源的負極和直流脈沖熔化極弧焊電源的正極相連，并同時與另一氬弧焊電源(TIG弧焊電源)的負極和正極相連，且等離子弧電源的負極和熔化極焊接電源的正極與工件相連。為防止焊接時等離子弧與熔化極電弧之間的電磁干擾，采用脈沖協(xié)調(diào)控制的方法，即當熔化極電弧電流波形為脈沖基值維弧時，等離子弧為脈沖峰值進行焊接，而當?shù)入x子弧電流波形處于脈沖基值時，熔化極電弧為脈沖峰值焊接電流，如此反復(fù)。此外，氬弧焊電源既可以對填充焊絲進行預(yù)熱，也可作為旁路進行分流。這樣通過合理協(xié)調(diào)等離子弧與熔化極電弧焊的電流脈沖波形，可實現(xiàn)等離子-熱絲焊、旁路分流熔化極電弧焊等焊接方式之間的相互轉(zhuǎn)變。焊接時，首先利用等離子弧在工件上生成“匙孔”進行深熔焊，通過弧焊電源對填充焊絲的預(yù)熱進行高效填充，然后利用等離子分流熔化極電弧焊方式實現(xiàn)更高的焊絲填充效率和較低的焊接熱輸入，可實現(xiàn)中厚板金屬的高效、低熱輸入焊接。由于直流反接的熔化極電弧具有陰極清理作用，該工藝不僅適合鋼、鐵等黑色金屬的焊接，還適合鋁、鎂、銅等有色金屬的高質(zhì)量連接。此外，如果氬弧焊電源采用直流脈沖模式，通過協(xié)調(diào)等離子、熔化極電弧、氬弧焊的電流脈沖波形，可實現(xiàn)等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊等焊接模式的轉(zhuǎn)變，在增加焊接熔深、提高焊絲熔化效率的同時，又減少了工件的焊接變形和熱影響區(qū)，且焊接飛濺顯著減小，是一種高效、優(yōu)質(zhì)和高可靠性的焊接方法。
[0052]本發(fā)明由等離子弧焊電源、等離子焊槍、熔化極弧焊電源及焊槍，TIG弧焊電源、高頻引弧器、電流脈沖信號檢測與協(xié)調(diào)控制裝置等組成。焊接前，將等離子焊槍與熔化極電弧焊槍組成復(fù)合焊槍，兩焊槍軸線之間的夾角α為0-90°，熔化極弧焊電源的正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，等離子電源的負極與等離子焊槍相連，TIG弧焊電源的正、負極分別與焊絲導(dǎo)電嘴和等離子弧焊槍相連。這樣等離子電源的負極連接等離子焊槍，正極連接工件構(gòu)成等離子焊接電流回路；而熔化極弧焊電源正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接工件構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路JIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊槍構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路，來提高焊絲熔化效率，減小母材熱輸入與熱影響區(qū)。焊接過程中，通過電流信號檢測裝置測量等離子弧焊的電流波形，進而利用脈沖控制器來調(diào)節(jié)熔化極電弧焊的電流波形，即當檢測到等離子弧電流處于脈沖峰值時，脈沖協(xié)調(diào)控制器將熔化極電弧調(diào)節(jié)為基值維弧電流，而當?shù)入x子弧為基值維弧電流時，熔化極電弧調(diào)節(jié)為峰值焊接電流，如此反復(fù)。此外，將氬弧焊電源的正、負極分別與熔化極焊槍和等離子焊槍相連，既可對填充焊絲進行預(yù)熱，也可作為旁路進行分流。這樣通過合理協(xié)調(diào)等離子弧與熔化極電弧的電流脈沖波形，可實現(xiàn)等離子-熱絲焊、旁路分流熔化極電弧焊等方式的動態(tài)電弧復(fù)合焊接。焊接時，首先利用等離子-熱絲焊來實現(xiàn)大熔深和高效填充，再利用等離子分流熔化極電弧焊的方式來獲得更高的焊絲填充效率和較低的焊接熱輸入，可實現(xiàn)中厚板金屬的高效、低熱輸和高質(zhì)量焊接。此外，如果氬弧焊電源采用了直流脈沖模式，通過協(xié)調(diào)等離子、熔化極電弧、氬弧焊三者之間的電流脈沖波形，可實現(xiàn)等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊等方式的動態(tài)電弧復(fù)合焊接。由于采用了脈沖協(xié)調(diào)控制方法，可避免等離子弧與熔化極電弧之間的電磁干擾，在很大程度上減小等離子電極的燒損，保證了電弧的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量，避免了焊縫成形缺陷的產(chǎn)生。而且，此焊接方法可降低了對焊槍一體化設(shè)計的要求，且焊接參數(shù)靈活可調(diào)，極大提高了焊接的靈活性與焊接效率，是一種高效、低熱輸入的焊接方法。
【權(quán)利要求】
1.等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置，其特征是:包括熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源、送絲機構(gòu)、第一電流信號檢測裝置、第二電流信號檢測裝置、脈沖協(xié)調(diào)控制器、等離子焊槍、熔化極焊槍；直流等離子脈沖弧焊電源的負極連接等離子焊槍，正極連接待焊工件，構(gòu)成等離子焊接電流回路，在直流等離子脈沖弧焊電源負極和等離子焊槍之間設(shè)置高頻引弧器以及檢測流經(jīng)等離子焊槍電流脈沖的第一電流信號檢測裝置；熔化極脈沖弧焊電源正極連接熔化極焊槍的焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接待測工件，構(gòu)成熔化極氬弧焊接電流回路，在熔化極脈沖弧焊電源正極和熔化極焊槍之間設(shè)置檢測流經(jīng)熔化極焊槍電流脈沖的第二電流信號檢測裝置；TIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負極連接等離子焊槍，構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路；脈沖協(xié)調(diào)控制器分別連接熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源以及第一電流信號檢測裝置和第二電流信號檢測裝置，等離子焊槍與熔化極焊槍組成復(fù)合焊槍，它們軸線之間的夾角α為0-90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置，其特征是:在TIG弧焊電源正極和焊絲導(dǎo)電嘴之間設(shè)置第三電流信號檢測裝置，脈沖協(xié)調(diào)控制器還連接TIG弧焊電源以及第三電流信號檢測裝置。
3.等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法，其特征是:采用權(quán)利要求1所述的等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置， (1)將復(fù)合焊槍置于待焊工件的待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，即等離子焊槍位于熔化極焊槍前方； (2)根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)待焊工件位置、等離子焊槍和熔化極焊槍間距及夾角、等離子焊槍和熔化極焊槍與工件間距及夾角，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度，分別打開熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源，將熔化極脈沖弧焊電源和直流等離子脈沖弧焊電源的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，TIG弧焊電源采用直流無脈沖，啟動高頻引弧器引燃等離子電?。? (3)焊接過程中，利用第二電流信號檢測器測量熔化極焊槍的電弧脈沖波形，當檢測到電弧脈沖波形處于脈沖基值Im2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子焊槍的等離子弧電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子弧在待焊工件上生成“匙孔”進行深熔焊，通過TIG弧焊電源形成熱絲電弧對填充焊絲預(yù)熱，即等離子-熱絲焊； (4)經(jīng)過設(shè)定的同步電流脈沖時間tp后，當檢測到熔化極焊槍的熔化極電弧電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值Ip2，實現(xiàn)熔敷金屬的填充和蓋面，旁路等離子弧與熔化極電弧形成耦合電?。? (5)經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率時間tm后，重復(fù)步驟(3)和(4)的焊接過程，即進行等離子弧-熱絲焊、等離子分流熔化極電弧焊之間的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時通過分別改變等離子弧與熔化極電弧電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，直至焊接結(jié)束。
4.等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接方法，其特征是:采用權(quán)利要求2所述的等離子-熔化極電弧動態(tài)復(fù)合焊接裝置， (1)將復(fù)合焊槍置于待焊工件的待焊處上方，并沿焊接方向置于同一水平線，即等離子焊槍位于熔化極焊槍前方； (2)根據(jù)焊接工藝要求，調(diào)節(jié)待焊工件位置、等離子焊槍和熔化極焊槍間距及夾角，等離子焊槍和熔化極焊槍與待焊工件間距及夾角，設(shè)定脈沖峰值電流、基值電流、電弧電壓、保護氣體流量、脈沖頻率、焊接速度，分別打開熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源，將熔化極脈沖弧焊電源、直流等離子脈沖弧焊電源、TIG弧焊電源的電流脈沖頻率、占空比設(shè)為一致，啟動高頻引弧器引燃等離子電??； (3)焊接過程中，利用第二電流信號檢測裝置和第三電流信號檢測裝置檢測TIG弧焊電源的脈沖電流信號為脈沖基值It2和熔化極焊槍電弧脈沖電流信號為脈沖基值Im2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子焊槍的等離子弧電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Ipl，利用等離子弧在工件上生成“匙孔”進行深熔焊，即進行等離子焊； (4)經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tp時間后，當檢測到熔化極焊槍的熔化極電弧電流處于脈沖峰值Iml時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將等離子弧的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖基值Ip2，此時TIG弧焊電源電流脈沖信號仍處于基值維弧電流It2，進行熔化極電弧焊，實現(xiàn)工件的“陰極清理”和高效填絲焊接； (5)再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tm時間后，當檢測熔化極電弧的電流處于脈沖基值Im2、等離子弧的電流處于脈沖基值Ip2時，采用脈沖協(xié)調(diào)控制器將TIG弧焊電源的電流脈沖調(diào)節(jié)為脈沖峰值Itl，此時形成等離子熔化極間接耦合電弧，進行等離子-熔化極間接電弧焊； (6)再經(jīng)過設(shè)定的同步脈沖頻率tg時間后，重復(fù)步驟(3)、(4)和(5)的焊接過程，即進行等離子弧焊、等離子-熔化極間接電弧焊、熔化極電弧焊的動態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時通過分別改變等離子弧、熔化極電弧、TIG間接復(fù)合電弧的電流信號的峰值脈沖時間與幅值來控制焊縫成形，直至焊接結(jié)束。
【文檔編號】B23K28/02GK104493368SQ201410691347
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】苗玉剛, 吳斌濤, 韓端鋒 申請人:哈爾濱工程大學(xué)