專(zhuān)利名稱(chēng):推拉短路過(guò)渡焊接方法及其脈動(dòng)送絲機(jī)的制作方法
本發(fā)明用于各種電弧焊接，特別是CO2氣體保護(hù)焊中。
CO2氣體保護(hù)焊有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在著較嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即飛濺大，成形差。為了降低飛濺，需要采用較低的電弧電壓，使熔滴經(jīng)常與熔池短路而過(guò)渡。為限制短路飛濺，一般需在焊接回路中加合適的感抗L。提高電弧電壓能改善焊縫成形，但這樣熔滴就不易與熔池短路，形成自由過(guò)渡，使飛濺大為增加。
大量的科研工作結(jié)果已證明在短路過(guò)渡時(shí)，飛濺的主要來(lái)源是短路后期跨連熔池與焊絲之間的液態(tài)金屬小橋爆炸所引起的。此外也有在熔滴剛接觸熔池的最初瞬間，接觸處電流突然猛增，產(chǎn)生爆炸，使整個(gè)熔滴從熔池表面彈走，飛離熔池而引起的，文獻(xiàn)〔1、2〕，專(zhuān)利〔3〕通過(guò)測(cè)量短路階段液橋電壓降，在液橋即將爆炸前瞬間，使電流迅速降低，可使飛濺明顯減少。但因一般焊接方法中，熔滴過(guò)渡的無(wú)規(guī)律性，仍有相當(dāng)比例(15%)的熔滴未被控制住。文獻(xiàn)〔4〕又增加了在剛開(kāi)始接觸瞬間電流也下降的辦法，降低飛濺效果更為顯著，但設(shè)備也更為復(fù)雜。專(zhuān)利〔5〕限制整個(gè)短路期間的電流值，使比電弧正常燃燒電流還低，降低了飛濺。但這樣做使熔滴過(guò)渡失去了作為推動(dòng)力的電磁收縮作用，短路時(shí)間延長(zhǎng)，燃弧能量不足，引起過(guò)程不穩(wěn)定，難以在生產(chǎn)中應(yīng)用。
為了使熔滴能順利有力地過(guò)渡到熔池中去，近年來(lái)出現(xiàn)了一種脈動(dòng)送絲的方法〔6〕，脈動(dòng)的焊絲使熔滴得到前沖的能量。容易過(guò)渡到熔池中去。但單純依靠前沖，除非焊絲脈動(dòng)的瞬間速度相當(dāng)高，否則是很難使熔滴脫離焊絲的。在短路過(guò)渡的情況下，短路電流不能下降過(guò)多，否則短路時(shí)間仍會(huì)顯著延長(zhǎng)，過(guò)程惡化。
提高CO2焊接中電弧電壓能使焊縫加寬，成形改善，但如何降低隨著弧長(zhǎng)增加而迅速增加的飛濺，沒(méi)有有效的辦法。
本發(fā)明的目的在于使任何焊接條件下，熔滴都以一種特殊的短路過(guò)渡方式進(jìn)行。在這種短路過(guò)渡中，熔滴在焊絲端部成長(zhǎng)到一定尺寸后，靠焊絲突然的急速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)被送向熔池，與熔池接觸，造成短路。然后，焊絲又立即快速后退。這樣由于熔池的表面張力作用，熔滴液態(tài)金屬大部份被留在熔池中，短路破壞，電弧重新引燃。在以后較長(zhǎng)的時(shí)間里，焊絲靜止不動(dòng)，直到熔滴又逐漸長(zhǎng)大到一定尺寸后，焊絲又突然急速前進(jìn)，過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。在這種焊接方法中，熔滴過(guò)渡是靠焊絲的機(jī)械運(yùn)動(dòng)被迫地送到熔池中并脫離焊絲的。不管焊接規(guī)范如電弧電壓、電流、極性、空間位置如何，熔滴都能按所規(guī)定的頻率穩(wěn)定可靠有規(guī)律地過(guò)渡。這樣做使焊接規(guī)范的選擇擺脫了因熔滴過(guò)渡所受到的限制，允許范圍大為加寬，從而能達(dá)到降低飛濺，改善成形，改進(jìn)空間位置焊接性能，提高熔敷效率的目的。
本方法的工作原理如圖1所示。當(dāng)焊絲頭上的熔滴長(zhǎng)大到一定尺寸，如與焊絲直徑相接近時(shí)②，焊絲開(kāi)始迅速前進(jìn)，熔滴與熔池接觸，電弧被短路③，由于熔池的表面張力作用，熔滴液態(tài)金屬涌向熔池。短路后焊絲立即快速回退，熔滴在與焊絲連結(jié)處被拉斷，電弧重新引燃④，當(dāng)焊絲退到一定程度后，就仃止不動(dòng)⑤。以后焊絲不斷熔化，熔滴長(zhǎng)大，電弧也被拉長(zhǎng)⑥，當(dāng)熔滴長(zhǎng)大到又接近焊絲直徑時(shí)，⑦及①，過(guò)程又重復(fù)開(kāi)始。焊絲前進(jìn)量δf與焊絲后退量δb之差為每個(gè)脈動(dòng)周期中實(shí)際的送絲步距δ。為保證熔滴過(guò)渡迅速有力。減少短路時(shí)間，增加燃弧時(shí)間，焊絲運(yùn)動(dòng)時(shí)間(包括前進(jìn)及后退)應(yīng)盡可能地短，如占整個(gè)周期的 1/4 左右。
這種方式的短路過(guò)渡與一般等速送絲中由于熔滴長(zhǎng)大而與熔池接觸的隨機(jī)性短路過(guò)渡不同，與一般焊絲只是脈動(dòng)地前進(jìn)使熔滴與熔池強(qiáng)制地短路過(guò)渡也不同。這里熔滴是被焊絲推到熔池中去，然后又是被焊絲后退所拉斷的，因此這種短路過(guò)渡叫做推拉短路過(guò)渡，這種方法叫做推拉短路過(guò)渡焊接法。
推拉短路過(guò)渡要求特殊的送絲機(jī)，這種送絲機(jī)的工作原理如圖2所示。
由馬達(dá)(1)和圓柱突輪(2)所帶動(dòng)的三組“斜面一楔”夾頭A、B、C各由自己的錐套和三個(gè)鋼球組成。B、C兩個(gè)錐套是合在一起的，A、C夾頭的錐套和自己的鋼球通過(guò)錐蓋(3)和彈簧(4)保持在一起。B的鋼球卻是與A的鋼球由聯(lián)接套(5)聯(lián)在一起運(yùn)動(dòng)的。夾頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖3所示。當(dāng)夾頭A沿著導(dǎo)桿(6)在圖2上向左移動(dòng)時(shí)，“斜面一楔”所產(chǎn)生的對(duì)焊絲的壓力使A鋼球夾持著焊絲(7)也向左以同一速度前進(jìn)、夾頭C這時(shí)也開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。但如圖3所示，速度較A小，因此相對(duì)于焊絲是在焊絲上倒退，倒退的夾頭不妨礙焊絲通過(guò)前進(jìn)、A夾頭前進(jìn)經(jīng)過(guò)一定距離后，逐漸接近夾頭B、C，使B夾頭的錐套與鋼球相接觸。夾頭運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)使這一瞬間各夾頭相對(duì)速度為零(圖3上a點(diǎn))。這樣可避免沖擊，減少磨損及噪音。此后三個(gè)夾頭及焊絲都以同一速度前進(jìn)，直到最前方，這時(shí)焊絲前進(jìn)了δf-焊絲前進(jìn)量的長(zhǎng)度。
夾頭已運(yùn)動(dòng)到最前方后，由于夾頭B的反方向夾持作用，焊絲不能繼續(xù)前沖，被迫與夾頭一起就地仃下來(lái)，這樣做保證了焊絲前進(jìn)量的恒定性。
然后，三個(gè)夾頭又一起后退。退到一定位置，又重新仃下來(lái)。焊絲被夾頭B夾持著一起后退。所退的這一段距離叫做焊絲后退量δb。
當(dāng)夾頭后退而仃止時(shí)，由于夾頭A、C的反方向夾持作用，焊絲也不能繼續(xù)后沖，被迫與夾頭一起就地仃下來(lái)，這樣做保證了焊絲后退量的恒定性。
等各夾頭及焊絲全部仃穩(wěn)以后，再過(guò)一段時(shí)間，夾頭A才繼續(xù)后退，回到原來(lái)出發(fā)位置，為下一個(gè)推拉脈動(dòng)送絲作好準(zhǔn)備。由于夾頭C的反方向夾持作用，焊絲這時(shí)靜止不動(dòng)。而鋼球B卻被聯(lián)結(jié)管(5)從錐套中拔出，跟著A一起回到出發(fā)位置。
然后，整個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。
馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一周，夾頭來(lái)回一次，過(guò)渡一個(gè)熔滴。焊絲每次前進(jìn)δf，后退δb，實(shí)際送絲步距δ＝δf-δb。δ決定了熔滴的體積及尺寸。
改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，可改變?nèi)鄣芜^(guò)渡的頻率。改變突輪的形狀，可改變?chǔ)膄，δb及δ。
當(dāng)不希望焊絲與鋼球直接相接觸，以免焊絲上的銹污或鍍層剝落影響夾頭工作的可靠性，也可采用如圖4所示的方案。
馬達(dá)(1)通過(guò)圓柱突輪(2)，連桿(3)，帶動(dòng)可以在軸(4)上自由旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)(5)及(6)作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)圓盤(pán)外圍都有三個(gè)突出物，(5)上每個(gè)突出物帶一個(gè)斜面A，(6)上帶二個(gè)斜面B及C。A及C斜面上固定地裝著一個(gè)滾柱，B斜面的滾柱是通過(guò)聯(lián)結(jié)套(7)與A滾柱聯(lián)在一起運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)圓盤(pán)(5)及(6)被帶動(dòng)作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，外套(8)也被帶動(dòng)作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只是一個(gè)方向上旋轉(zhuǎn)角度較大，另一個(gè)方向上角度較小，其原理與前面焊絲被直接帶動(dòng)時(shí)完全相同。唯一不同的是一個(gè)直接帶動(dòng)焊絲，一個(gè)間接帶動(dòng)了外套(8)而已。送絲滾輪(9)與外套聯(lián)結(jié)在一起，使焊絲(10)產(chǎn)生推拉脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
改變突輪形狀及送絲滾輪直徑都可以改變?chǔ)膄、δb及δ。
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用各種電弧焊接，特別是CO2氣體保護(hù)焊的方法及其裝置，焊絲被送絲機(jī)的“斜面一楔”夾頭所夾持，送向熔池，熔滴與熔池接觸而短路，短路過(guò)后電弧重新引燃，本方法的特征是熔滴靠焊絲的急速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)被送向熔池，與熔池接觸，造成短路。然后又立即通過(guò)焊絲的快速后退動(dòng)作，與焊絲脫離，完成熔滴過(guò)渡。在其余大部分時(shí)間中，焊絲仃頓不動(dòng)。這種焊絲的運(yùn)動(dòng)由特殊的送絲機(jī)實(shí)現(xiàn)。其特征是1、有三個(gè)“斜面一楔”夾頭A、B、C。其中夾頭A、C向著焊絲前進(jìn)方向夾持焊絲，夾頭B向著焊絲后退方向夾持焊絲。夾頭B、C的斜面是聯(lián)在一起的，夾頭A的斜面是單獨(dú)的。夾頭A、C的斜面和楔聯(lián)在一起，夾頭B與A的楔用聯(lián)結(jié)套聯(lián)在一起。2、夾頭和焊絲運(yùn)動(dòng)的程序是夾頭A夾持焊絲前進(jìn)，在中途與夾頭B、C重合，一起前進(jìn)到頭，然后又一起后退。退到一定距離后，各夾頭都仃止運(yùn)動(dòng)。然后夾頭A才自行回到原出發(fā)位置上去。3、夾頭A在前進(jìn)途中與B、C重合瞬間相對(duì)速度為零。
專(zhuān)利摘要
推拉短路過(guò)渡焊接方法及其脈動(dòng)送絲機(jī)用于各種電弧焊接，特別是CO
文檔編號(hào)B23K9/12GK85100690SQ85100690
公開(kāi)日1985年12月20日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者孫子建, 劉澤勇 申請(qǐng)人:機(jī)械工業(yè)部鄭州機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan