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是將熔滴過渡與送絲運動結(jié)合,大大降低了焊接過程的熱輸入量,真正實現(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直到重新短路,焊機處理器監(jiān)測到短路信號,會反饋給送絲機,送絲機做出回應(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,焊絲運動方向改變,又重新起弧進行焊接,如此循環(huán)。焊絲的送進和回抽過程通過焊機電源協(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,在薄板焊接時可以減少焊接變形,同時CMT焊接時采用Ar氣進行保護,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,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,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,多道焊時存在大量焊縫缺陷,另一方面CMT焊接時電弧燃燒的陰極斑點難以穩(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,國內(nèi)外相關(guān)研宄機構(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電弧增強是能夠充分發(fā)揮高能束焊接和CMT焊接的特點,進行優(yōu)差互補。
【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電弧進行復(fù)合,利用等離子電弧的穿透性和挺直度對CMT電弧進行增強。
[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,控制單元用于控制等離子電源、CMT電源、送絲機;
[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)移弧;
[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氣的輸出方向均沿復(fù)合焊槍的軸線方向,保護氣在離子氣外圍。
[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回抽/送進過程實現(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、高強鋼及其他難焊金屬的焊接。
[0025]優(yōu)選地:焊接時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)點將會變得更明顯:
[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,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。
【具體實施方