同軸分布的等離子-冷金屬過渡復(fù)合電弧焊接方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種焊接方法，特別是同軸分布的等離子-冷金屬過渡復(fù)合電弧焊接方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]冷金屬過渡(CMT)技術(shù)是奧地利Fronius公司在鋼與鋁焊接、無飛濺引弧(SFI)技術(shù)和微連接技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來一種焊接方法，此工藝最重要的特點(diǎn)是將熔滴過渡與送絲運(yùn)動(dòng)結(jié)合，大大降低了焊接過程的熱輸入量，真正實(shí)現(xiàn)了無飛濺的焊接過程，滿足超薄板的高質(zhì)量焊接。CMT是一種特殊的短路焊接過程，主要順序是:首先焊絲與工件接觸電弧引燃，熔滴在焊絲端部形成，控制和送絲速度電流減小，焊絲和熔滴一起送進(jìn)直到重新短路，焊機(jī)處理器監(jiān)測到短路信號，會(huì)反饋給送絲機(jī)，送絲機(jī)做出回應(yīng)回抽焊絲，從而使得焊絲與熔滴分離，使熔滴在無電流狀態(tài)下過渡，而后，焊絲運(yùn)動(dòng)方向改變，又重新起弧進(jìn)行焊接，如此循環(huán)。焊絲的送進(jìn)和回抽過程通過焊機(jī)電源協(xié)調(diào)控制，短路過程的焊接電流僅為20安培左右，大大小于傳統(tǒng)熔化極保護(hù)焊的短路電流，改善了熔滴過熱現(xiàn)象，保證了焊接過程沒有飛濺產(chǎn)生。
[0003]正是由于焊機(jī)高速控制器對輸出參數(shù)的精密控制，使得CMT焊接電弧穩(wěn)定、對工件的熱輸入績效，在薄板焊接時(shí)可以減少焊接變形，同時(shí)CMT焊接時(shí)采用Ar氣進(jìn)行保護(hù)，可以防止空氣環(huán)境中的氧氣、氫氣對焊縫組織造成污染，減少缺陷的產(chǎn)生。于此同時(shí)，CMT焊接技術(shù)還存在一定缺陷，當(dāng)焊接中厚板及導(dǎo)熱性較好的材料時(shí)，一方面極低的熱輸入量不能充分加熱母材，熔滴的鋪展效果，多道焊時(shí)存在大量焊縫缺陷，另一方面CMT焊接時(shí)電弧燃燒的陰極斑點(diǎn)難以穩(wěn)定，存在電弧漂移現(xiàn)象，影響焊縫的均一性。
[0004]CMT焊接技術(shù)已經(jīng)推出便受到了工業(yè)界的重視，為了更大的發(fā)揮該技術(shù)的潛力，克服上述的缺點(diǎn)，國內(nèi)外相關(guān)研宄機(jī)構(gòu)廣泛采用添加復(fù)合熱源的方法，如中國專利申請“一種激光-冷金屬過渡電弧復(fù)合熱源焊接方法”，提出，采用前導(dǎo)高激光產(chǎn)生高密度等離子體的方式擴(kuò)大焊縫熔深，顯著提高CMT電弧穩(wěn)定性，但是該方法只適合板材及管材的焊接，同時(shí)對于鋁合金等金屬，由于激光的沖擊力較大，焊縫中存在氣孔缺陷。研宄表明利用高能束對CMT電弧增強(qiáng)是能夠充分發(fā)揮高能束焊接和CMT焊接的特點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)差互補(bǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是針對了冷技術(shù)過渡技術(shù)存在的熔深較淺、電弧漂移等問題提出了一種同軸布置的等離子電弧-冷金屬過渡的復(fù)合電弧焊接方法。本發(fā)明提出利用拘束程度可調(diào)的等離子電弧與CMT電弧進(jìn)行復(fù)合，利用等離子電弧的穿透性和挺直度對CMT電弧進(jìn)行增強(qiáng)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明提供的一種同軸分布的等離子-冷金屬過渡復(fù)合電弧焊接裝置，包括復(fù)合焊槍、等離子電源、CMT電源，復(fù)合焊槍包括環(huán)形等離子陽極和導(dǎo)電嘴；
[0007]等離子電源正極端連接環(huán)形等離子陽極，CMT電源正極端連接焊絲，等離子電源與CMT電源的負(fù)極相接并用于連接工件；
[0008]環(huán)形等離子陽極為中空的環(huán)形結(jié)構(gòu)；
[0009]焊絲的行進(jìn)路徑沿復(fù)合焊槍的軸線穿過環(huán)形等離子陽極和導(dǎo)電嘴，導(dǎo)電嘴的外側(cè)設(shè)置有絕緣環(huán)以將等離子電弧與冷金屬過渡電弧之間進(jìn)行隔離絕緣，絕緣環(huán)位于環(huán)形等離子陽極的內(nèi)側(cè)。
[0010]優(yōu)選地:還包括控制單元、送絲機(jī)，控制單元用于控制等離子電源、CMT電源、送絲機(jī)；
[0011]控制單元用于控制如下步驟:
[0012]步驟A:開始冷金屬過渡焊接過程，建立一個(gè)冷金屬過渡電弧，然后將送絲速度降為0，等待冷金屬過渡電弧沿焊絲爬升至環(huán)形等離子陽極下方，在等離子空載電壓的作用下，環(huán)形等離子陽極和復(fù)合焊槍的水冷噴嘴之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)移等離子弧，惰性離子氣將轉(zhuǎn)移等離子弧吹到工件表面，在環(huán)形等離子陽極和工件之間產(chǎn)生非轉(zhuǎn)移??；
[0013]步驟B:控制單元接收到非轉(zhuǎn)移弧信號后，控制CMT電源輸出正常脈動(dòng)推/拉絲過程，開始焊接。
[0014]優(yōu)選地:復(fù)合焊槍的離子氣輸出方向和保護(hù)氣的輸出方向均沿復(fù)合焊槍的軸線方向，保護(hù)氣在離子氣外圍。
[0015]優(yōu)選地:在控制單元的控制下，等離子電流20-500A，送絲速度l-10m/min，離子氣流量l-15L/min，保護(hù)氣流量5_40L/min，冷卻水流量l-10L/min，復(fù)合焊槍與工件法向傾角60-90° ;環(huán)形等離子陽極孔徑為0.5-9mm可調(diào)；水冷噴嘴拘束孔道直徑1_9_可調(diào)；冷卻水流量l_20L/min可調(diào)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提供的一種同軸分布的等離子-冷金屬過渡復(fù)合電弧焊接方法，其特征在于:
[0017]令冷金屬過渡電弧利用較小的短路電流熔化焊絲形成液態(tài)熔滴，借助焊絲的周期性脈動(dòng)回抽/送進(jìn)過程實(shí)現(xiàn)熔化金屬的過渡，完成焊接過程。
[0018]優(yōu)選地:
[0019]I)冷金屬過渡電弧與焊接電流大于20A的等離子電弧復(fù)合形成復(fù)合熱源；
[0020]2)所述復(fù)合熱源采用同軸分布形式，其中冷金屬過渡電弧處于復(fù)合焊槍軸線的中心，等離子電弧位于冷金屬過渡電弧的外圍，冷金屬過渡電弧與等離子電弧通過絕緣環(huán)進(jìn)行絕緣；
[0021]3)等離子電弧在中空的環(huán)形等離子陽極上產(chǎn)生；
[0022]4)等離子電弧受到水冷噴嘴的拘束。
[0023]優(yōu)選地:復(fù)合熱源的產(chǎn)生按照先產(chǎn)生冷金屬過渡電弧后產(chǎn)生等離子電弧的順序。
[0024]優(yōu)選地:離子氣和保護(hù)氣均采用純Ar，能夠取代非熔化極等離子弧復(fù)合焊，完成鋁合金、不銹鋼、高強(qiáng)鋼及其他難焊金屬的焊接。
[0025]優(yōu)選地:焊接時(shí)等離子焊接和冷金屬過渡焊接均采用反極性接法。
[0026]優(yōu)選地:等離子電流10-500A可調(diào)，CMT電壓10-40V可調(diào)。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明同軸布置的復(fù)合電弧產(chǎn)生如下的有益效果:
[0028]1、產(chǎn)生等離子的陽極為中空環(huán)形結(jié)構(gòu)并強(qiáng)制水冷，采用反極性焊接方式，降低陽極的燒損，槍體緊湊，可進(jìn)行鋁合金的全位置焊接；
[0029]2、CMT電弧和等離子電弧同軸分布，并位于內(nèi)層，等離子電弧具有良好的挺直度，抑制了電弧漂移現(xiàn)象，增加熔深，同時(shí)對工件的加熱可清潔熔滴和母材表面，減少氧化膜的存在改善焊縫鋪展小股；
[0030]3、等離子電弧和CMT電弧的復(fù)合降低的向工件的熱輸入，減少焊接變形，形成“釘頭”狀焊縫。
【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0032]圖1為Plasma-CMT復(fù)合電弧焊接系統(tǒng)。
[0033]圖2為Plasma-CMT復(fù)合電弧同軸分布圖。
[0034]圖中標(biāo)號名稱:
[0035]1-等離子電弧，2-CMT電弧，3-復(fù)合焊槍，4-冷卻水A，5-冷卻水B，6-環(huán)形等離子陽極，7-CMT電源，8-送絲機(jī)，9-焊絲緩沖器，10-焊絲，11-推拉絲送絲輪，12-等離子電源，13-控制單元，14-絕緣環(huán)，15-導(dǎo)電嘴。
【具體實(shí)施方