旁路熱絲等離子弧焊接裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接裝置，尤其涉及一種旁路熱絲等離子弧焊接裝置及焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]開發(fā)和推廣高效、高可靠性和低能耗的焊接技術(shù)是制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，也是先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)電弧焊工藝(手工電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等)由于成本低、操作簡單、適應(yīng)性強，仍然是制造大型金屬結(jié)構(gòu)，如船殼和壓力容器的最常用工藝手段。但是，由于電弧的熔透能力所限，對于中厚壁金屬結(jié)構(gòu)件的連接，母材往往需要單面或雙面開坡口進(jìn)行多道多層焊，由此帶來了成本增加、生產(chǎn)效率降低、熱影響區(qū)擴大以及焊接變形等問題。因此，如何提高電弧的熔透能力與能量利用率成為解決上述問題的關(guān)鍵。
[0003]1957年，美國人Robert Gage發(fā)明了等離子弧焊(美國專利號:2806124)，通過噴嘴造成的氣體集中和機械壓縮的聯(lián)合作用使自由電弧的弧柱被強烈壓縮，從而顯著提高了電弧的溫度、能量密度和等離子流速。由于等離子射流可以直接穿透被焊工件，形成貫穿工件厚度方向的小孔，因而，穿孔等離子弧焊與激光焊、電子束焊同被歸入到高能密度焊。而且，與激光和電子束相比，穿孔等離子弧焊在設(shè)備造價、維護(hù)費用、設(shè)備操作復(fù)雜程度及焊槍運動靈活性等方面具有明顯優(yōu)勢。對于中厚度12_)金屬材料，穿孔等離子弧焊可以在不開坡口、不需背面強制成形保護(hù)條件下，實現(xiàn)單面一次焊雙面良好成形，從而極大地提高了焊接生產(chǎn)率，尤其適用于密閉容器、小直徑管焊縫等背面難于施焊的結(jié)構(gòu)件。填充焊絲可以保證穿孔等離子弧焊接過程的穩(wěn)定性，降低對工件裝配精度的要求，防止焊穿并形成一定的焊縫余高，在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)等離子填絲焊過程中，焊絲與電極幾乎成90角，焊槍端部體積大、定位可靠性差，且送絲裝置決定了焊槍只能朝一個方向焊接。
[0004]在一種旁路分流雙面電弧焊裝置及焊接方法(專利號101530943)中公布了一種以一個焊接電源、主焊槍、副焊槍、旁路焊槍、引弧器、電流傳感器、旁路電阻器及控制系統(tǒng)等組成，將主、副焊槍對稱置于工件兩側(cè)，并分別與焊接電源的兩極相連，所述的旁路焊槍是鎢極氬弧焊槍、施加于主焊槍的一側(cè)作為旁路來分流一部分流經(jīng)母材的焊接電流得焊接方法。這種方法雖然也能有效地控制對母材的熱輸入量，但是該方法通過使用雙面焊的方式增加熔深，提高熔敷效率，導(dǎo)致該方法對工件的裝配固定與焊接位置的要求較高，且焊接裝置的安裝與調(diào)節(jié)較為復(fù)雜，同時由于TIG與MIG電弧的熔深能力有限，可以焊接的鋼板板厚也有一定的限制，板厚較大時使用上述方法難得得到理想效果。
[0005]基于上述研究現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種旁路熱絲等離子弧焊接新方法，在進(jìn)行穿孔等離子弧焊時，采用更為高效的送絲方式(將焊絲直接送入到等離子弧的中心)和旁路電弧熱絲技術(shù)來獲得很高的焊絲熔化效率，以對等離子弧產(chǎn)生的空隙進(jìn)行高效填充，并利用旁路分流精確控制母材的熱輸入，以獲得理想的熔滴過渡模式和焊縫成形，減少焊接缺陷。該焊接技術(shù)很好地結(jié)合了旁路分流的熱輸入低、等離子的穿透能力強、旁路電弧熱絲的熔化效率高等優(yōu)勢，既能實現(xiàn)對填充焊絲的高效、穩(wěn)定加熱，又能保證對焊接工件的有效熔透，可在保證工件低熱輸入焊接的同時，實現(xiàn)中厚壁金屬的一次單面焊雙面成形。由于旁路熱絲等離子弧焊接的熱輸入較小，因此它所引起結(jié)構(gòu)的焊后變形量遠(yuǎn)低于常規(guī)埋弧焊的，是一種低變形、高質(zhì)量的焊接方法。此外，該工藝本質(zhì)上屬于電弧焊的改型，具備電弧焊的成本低、適應(yīng)性強等特點，這為實現(xiàn)船殼、鋼結(jié)構(gòu)、壓力容器等大型金屬結(jié)構(gòu)件的低成本和高效率焊接生產(chǎn)提供了一種新的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)中厚壁金屬結(jié)構(gòu)件的單面焊雙面成形，降低焊接成本，簡化坡口形式，提高焊接效率，改善焊接質(zhì)量，而提供一種旁路熱絲等離子弧焊接裝置及焊接方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:旁路熱絲等離子弧焊接裝置，包括等離子焊接電源、旁路熱絲等離子焊槍、高頻引弧器、電流傳感器、旁路分流控制模塊和控制系統(tǒng)，所述旁路熱絲等離子焊槍包括復(fù)合外殼、設(shè)置在復(fù)合外殼內(nèi)的熔化極焊槍和等離子焊槍以及設(shè)置在復(fù)合外殼末端的焊槍保護(hù)氣噴嘴，所述熔化極焊槍包括焊槍導(dǎo)管、與焊槍導(dǎo)管末端連接的旁路導(dǎo)電嘴和設(shè)置在焊槍導(dǎo)管內(nèi)的焊絲，且所述焊絲的一端與送絲機構(gòu)連接、另一端經(jīng)旁路導(dǎo)電嘴伸出，所述等離子焊槍包括絕緣層、設(shè)置在絕緣層末端的等離子焊槍噴嘴和設(shè)置在絕緣層內(nèi)的鎢極，且所述鎢極的末端在等離子焊槍噴嘴內(nèi)部，所述焊絲與鎢極之間的夾角在15° -30°之間，所述等離子焊接電源的正極通過電流傳感器與工件連接，等離子焊接電源的負(fù)極與等離子焊槍連接，電流傳感器還通過控制系統(tǒng)與旁路分流控制模塊連接，所述熔化極焊槍通過旁路分流控制模塊與等離子焊接電源的正極連接。
[0008]一種旁路熱絲等離子弧焊接方法，包括如下步驟:
[0009]步驟一:將工件的待焊部位根據(jù)需要進(jìn)行表面處理和坡口加工，坡口的形狀是I型或Y型或V型，且接頭留根8mm-10mm、坡口角度是45° -60°，并將工件固定在夾具上；
[0010]步驟二:焊接前，保持工件與耦合電弧的軸線垂直；
[0011]步驟三:調(diào)整焊槍保護(hù)氣噴嘴距離工件的高速在2mm-10mm之間，調(diào)整等離子鎢極內(nèi)縮量在0.8mm-3.5mm之間，調(diào)整焊絲伸出量在10mm-30mm之間；
[0012]步驟四:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，等離子電流在50A-500A之間，旁路電流在0A-300A之間，焊絲直徑在0.8mm-1.6mm之間，離子氣流量在1.0L/min-2.0L/min之間，保護(hù)氣流量在10L/min_25L/min 之間，送絲速度在 0.5m/min_10.0m/min 之間，焊接速度在 0m/min_2.0m/min之間；
[0013]步驟五:開啟等離子焊接電源和旁路分流控制模塊，啟動高頻引弧器，引燃等離子弧，啟動送絲機構(gòu)進(jìn)行焊接，焊接過程中，通過電流傳感器檢測流經(jīng)工件的焊接電流，利用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)旁路焊接電流的大小；
[0014]步驟六:焊接過程中，等離子弧在工件上形成“穿孔效應(yīng)”進(jìn)行深熔焊，通過移動旁路熱絲等離子焊槍或者工件進(jìn)行焊接，直至焊接過程結(jié)束。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、特殊設(shè)計的送絲方式，一方面可減小焊槍的總體尺寸，使得焊接過程中不再需要考慮送絲的朝向問題，操作更加方便、靈活，可以像MIG焊一樣適用于所有焊接位置，增強了機器人焊接的可達(dá)性；另一方面可保證填充焊絲直接送入到等離子弧的中心，可利用電弧最熱部分熔化填充焊絲，從而提高了焊絲的熔化效率。
[0016]2、旁路的焊絲的分流作用，既可減少作用于工件的焊接熱輸入，又可利用旁路電流來預(yù)熱、熔化填充焊絲，在保持母材低熱輸入焊接的同時獲得很高的焊絲熔化效率，進(jìn)而減小熱影響區(qū)寬度和焊接變形，改善焊接質(zhì)量。
[0017]3、送絲速度和旁路熱絲電流獨立可調(diào)，可有效控制焊絲填充量，且通過調(diào)整二者的大小和比例，可實現(xiàn)焊絲的短路液橋、射滴和射流等過渡方式的轉(zhuǎn)變，獲得理想的熔滴過渡和良好的焊縫成形。
[0018]4、該工藝采用了一個負(fù)的等離子電弧和一個正的旁路熱絲電弧，形成的電磁力使得等離子弧向熔池前部偏移，因此補償了高速焊接時等離子弧自然拖后于焊矩軸向的傾向，從而達(dá)到最快的焊接速度。
[0019]5、焊接時，對于中厚壁金屬結(jié)構(gòu)采用不開坡口或簡化坡口的措施，無須預(yù)留工件根部間隙就可進(jìn)行對接焊，可減少了焊絲填充量，簡化焊接工序，在降低生產(chǎn)成本的同時節(jié)省了焊接材料。此外，由于焊接熱輸入的減小，因此它所引起的焊后變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于埋弧焊的，可減少矯正變形的工序，降低生產(chǎn)成本。
[0020]6、該工藝綜合利用了旁路分流的熱輸入低、等離子弧的穿透能力強、電弧熱絲的熔化效率高等優(yōu)勢，相比常規(guī)等離子焊更易實現(xiàn)中厚壁金屬結(jié)構(gòu)的焊接，焊絲填充效率大大提高，焊接質(zhì)量明顯改善，且焊前無須預(yù)留工件根部間隙就可進(jìn)行焊接，焊接時熱輸入較小(防止焊后變形)和焊接速度較高，是一種高質(zhì)量、高效的焊接工藝。
[0021]7、該工藝本質(zhì)上屬于電弧焊的改型，具備電弧焊的成本低、適應(yīng)性強等特點，這為實現(xiàn)船殼、鋼結(jié)構(gòu)、壓力容器等大型金屬結(jié)構(gòu)件的低成本和高效率焊接生產(chǎn)提供了一種新的手段。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的旁路熱絲等離子焊槍的主視圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的