等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種焊接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于成本低、操作簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)，鎢極氬弧焊(TIG)、熔化極氣體保護(hù)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(duì)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(jìn)與發(fā)展至關(guān)重要。近年來(lái)，將兩種或兩種以上的熱源結(jié)合起來(lái)形成一種復(fù)合焊接工藝，使熱源間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，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(hù)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(shí)帶來(lái)的成本高、工件尺寸易受限制等缺點(diǎn)，顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。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(gè)電弧同時(shí)被同一保護(hù)氣氛所保護(hù)，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(hào)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(shí)采用等離子弧在前方對(duì)工件進(jìn)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(shì)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(shí)在焊槍內(nèi)燃燒，對(duì)焊槍的設(shè)計(jì)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(shí)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(huì)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型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(yán)重等問題的等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接裝置。
[0004]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本實(shí)用新型等離子-熔化極電弧動(dòng)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(jī)構(gòu)、第一電流信號(hào)檢測(cè)裝置、第二電流信號(hào)檢測(cè)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(fù)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(fù)極和等離子焊槍之間設(shè)置高頻引弧器以及檢測(cè)流經(jīng)等離子焊槍電流脈沖的第一電流信號(hào)檢測(cè)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(fù)極連接待測(cè)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(cè)流經(jīng)熔化極焊槍電流脈沖的第二電流信號(hào)檢測(cè)裝置；TIG弧焊電源的正極連接焊絲導(dǎo)電嘴，負(fù)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(hào)檢測(cè)裝置和第二電流信號(hào)檢測(cè)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]本實(shí)用新型還可以包括:
[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(hào)檢測(cè)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(hào)檢測(cè)裝置。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:
[0009]1、采用本實(shí)用新型等離子-熔化極電弧動(dòng)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(qiáng)度及延伸率。
[0010]2、焊接中采用脈沖協(xié)調(diào)控制的方法，減小了焊接時(shí)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(duì)熔化極電弧與等離子弧電流脈沖波形的調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)入x子弧電流處于峰值時(shí)，TIG弧焊電源對(duì)焊絲進(jìn)行預(yù)熱，提高了焊絲的熔敷率，當(dāng)熔化極電弧電流處于峰值時(shí)，等離子弧對(duì)熔化極電弧進(jìn)行分流減小了母材熱輸入，同時(shí)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。
[0011]3、焊接過程中，等離子電源為直流電源，避免了電流負(fù)半波期間對(duì)電極壽命帶來(lái)的損害，以及對(duì)等離子焊槍的鎢極燒損，也避免了焊接設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。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(dòng)化程度高。
[0012]4、焊接過程中，對(duì)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(shí)節(jié)省了材料。同時(shí)等離子-熔化極電弧動(dòng)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(shí)也降低了生產(chǎn)成本。
[0013]5、該系統(tǒng)焊接適應(yīng)性強(qiáng)，可適應(yīng)于搭接焊、熔透焊、連續(xù)焊或斷續(xù)焊/點(diǎn)焊等過程，尤其對(duì)于中厚板的焊接優(yōu)勢(shì)最為明顯。且焊接操作方便，維護(hù)運(yùn)行費(fèi)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。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1a是等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接裝置示意圖；
[0015]圖1b是等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接脈沖電流信號(hào)示意圖；
[0016]圖1c是等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接不同脈沖電流信號(hào)時(shí)間段內(nèi)的電弧形態(tài)不意圖；
[0017]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(dòng)態(tài)復(fù)合焊接裝置示意圖；
[0018]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(dòng)態(tài)復(fù)合焊接脈沖電流信號(hào)示意圖；
[0019]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(dòng)態(tài)復(fù)合焊接不同脈沖電流信號(hào)時(shí)間段內(nèi)的電弧形態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述:
[0021]【具體實(shí)施方式】一:
[0022]圖la、圖lb、圖1c是等離子-熔化極動(dòng)態(tài)電弧復(fù)合焊接裝置實(shí)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(jī)構(gòu)3、電流信號(hào)檢測(cè)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(shí)，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(fù)極連接電流信號(hào)檢測(cè)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(hào)檢測(cè)裝置2并連接熔化極焊槍13的焊絲導(dǎo)電嘴，負(fù)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(fù)極連接等離子焊10槍構(gòu)成電弧熱絲或分流旁路，來(lái)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(hào)檢測(cè)裝置2和6分別檢測(cè)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(duì)兩電弧的電流脈沖信號(hào)波形進(jìn)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(hào)脈沖輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)等離子-熱絲焊、旁路分流熔化極電弧焊之間的動(dòng)態(tài)電弧復(fù)合焊接，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的焊接過程。
[0023]基于本實(shí)施方式的等離子-熔化極電弧動(dòng)態(tài)復(fù)合焊接方法步驟如下:
[0024]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la、圖lb、圖1c所示方法連接焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置。
[0025]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(hù)氣體流量、脈沖頻率、焊接速度等各項(xiàng)焊接工藝參數(shù)。焊接前，分別打開三個(gè)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(wú)脈沖，啟動(dòng)高頻引弧器7引燃等離子電弧。
[0026]步驟3:焊接過程中，利用電流信號(hào)檢測(cè)器2測(cè)量熔化極焊槍13的電弧脈沖波形，當(dāng)檢測(cè)到熔化極電弧的電流處于脈沖基值時(shí)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(jìn)行深熔焊，通過TIG弧焊電源5形成熱絲電弧12對(duì)填充焊絲預(yù)熱從而進(jìn)行高效填充，即等離子-熱絲焊。
[0027]步驟4:經(jīng)過設(shè)定的同步電流脈沖時(shí)間tp，當(dāng)檢測(cè)到熔化極電弧的電流處于脈沖峰值Iml時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)可降低熱影響區(qū)提高焊接質(zhì)量。
[0028]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(shí)間，可重復(fù)步驟3和4的焊接過程，即進(jìn)行等離子弧-熱絲焊、等離子分流熔化極電弧焊之間的動(dòng)態(tài)電弧復(fù)合焊接之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)可通過分別改變等離子弧與熔化極電弧電流信號(hào)的峰值脈沖時(shí)間與幅值來(lái)控制焊縫成形，實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)的焊接過程，直至焊接結(jié)束。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:
[0030]圖2a、圖2b、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(dòng)態(tài)復(fù)合焊接裝置實(shí)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(jī)構(gòu)3、電流脈沖信號(hào)檢測(cè)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