氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，屬于焊接方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著全球氣候變暖和能源問題的日益突出，各國政府均對產(chǎn)品的輕量化提出了新的要求，鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)結(jié)構(gòu)合金在機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)以及3C領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，有效的解決其焊接問題、開發(fā)更適于焊接輕質(zhì)合金的焊接方法顯得尤為重要和迫切。
[0003]鎢極氬弧焊作為非熔化極焊接的一種，因其高質(zhì)量的焊接而得到廣泛的應(yīng)用，具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)氬氣能有效的隔絕周圍空氣而它本身卻不溶于金屬，也不與金屬反應(yīng)；焊接過程中電弧還有去除表面氧化膜的作用，可以適用于各種金屬，特別是有色、易氧化金屬如鋁、鎂等的焊接。⑵鎢極氬弧焊的電弧是最穩(wěn)定的電弧焊接方法。即使在很小的焊接電流(〈10A)下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板，超薄板焊接。但是鎢極氬弧焊(TIG)自身也有很多不足。熔深淺，熔敷速度小，生產(chǎn)率較低，僅適用于較薄板的焊接。這些成為了這種焊接方法的最大瓶頸。
[0004]等離子弧焊作為非熔化極焊接的一種，由于其電弧的形成過程中受到了機(jī)械壓縮、熱壓縮、電磁收縮三大效應(yīng)，其電弧成為高能量密度熱源，使其能夠滿足新的特殊工藝要求，所以在焊接過程中得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。穿孔型等離子弧焊接因其焊接熔深大、焊接效率高、氣孔率低等潛在的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、火箭、太空飛船等的焊接，成為21世紀(jì)最具發(fā)展前景和最有效的加工技術(shù)之一。但是為了進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，改善其焊接過程中的焊縫成形和提升接頭性能，需要不斷對其進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有焊接方法的上述不足，進(jìn)一步改善焊縫成形、提高街頭性能，提供了一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法。
[0006]一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:該方法是按照如下步驟進(jìn)行:1)由非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)輸出焊接過程中的脈沖電流波形；2)氣流波形控制器(10)檢測由非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)輸出的電流波形，獲得單個電流波形周期中包括上升沿時間t2和下降沿時間t4的特征時間點(diǎn)，作為氣流波形控制器(10)進(jìn)行氣流波形控制的依據(jù)；3)由氣流波形控制器(10)根據(jù)獲得的單個電流波形周期中的特征時間點(diǎn)產(chǎn)生氣體流量控制信號供給安裝在非熔化極焊槍內(nèi)部氣體通路中的氣流控制執(zhí)行單元(11)，實(shí)現(xiàn)對非熔化極焊接過程中不同階段的氣體流量控制。
[0007]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)能夠模擬輸出與實(shí)際焊接過程一致的電流波形或等比例的縮小的數(shù)字信號供氣流波形控制器(10)檢測。
[0008]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:氣流波形控制器(10)具有顯示氣流流量波形、當(dāng)前氣體流量和預(yù)設(shè)氣體流量的功能，能夠輸出信號供給安裝在非熔化極焊槍上的氣流控制執(zhí)行單元(11)，來實(shí)現(xiàn)非熔化極焊接過程中不同階段的氣體流量控制。
[0009]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:在非熔化極焊槍上并聯(lián)安裝兩組氣體流量控制執(zhí)行單元(11)，每組氣體流量控制執(zhí)行單元分別由串聯(lián)安裝的氣體質(zhì)量流量控制器(9)和高頻電磁閥(12)組成。
[0010]進(jìn)一步，所述氣體質(zhì)量流量控制器(13)的氣體流量調(diào)節(jié)范圍為
[0011]0.5?20L/min，高頻電磁閥(14)的響應(yīng)時間為0.01?2ms，切換頻率為
[0012]50 ?100Hz。
[0013]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:兩個氣體質(zhì)量流量控制器分別將各自氣體通路的氣體流量設(shè)置為0.5?20L/min，并在焊接過程中保持不變。
[0014]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:在單個電流周期中，根據(jù)電流波形的上升時間t2和下降時間14選取時間節(jié)點(diǎn)t 13，其中&超前于12位置0.1?5ms，t3超前于14位置0.1?5ms并保證13時間節(jié)點(diǎn)位于12之后。
[0015]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:對氣體流量的同步控制包含以下步驟:1)在t山段通過氣流波形控制器(10)控制一組氣體流量控制執(zhí)行單元將一條氣路開通；2)在^時間點(diǎn)通過氣流波形控制器(10)控制氣體流量控制執(zhí)行單元將兩條氣路開通，并保持^t3段時間內(nèi)兩條氣路均為開通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)氣流波形峰值與電流波形峰值的同步控制，令電流和氣體流量同步增大，避免因電流增大導(dǎo)致的電弧發(fā)散，維持焊接電弧的能量密度；3)在〖3時間點(diǎn)通過氣流波形控制器(10)控制一組氣體流量控制執(zhí)行單元將一條氣路關(guān)閉；4)重復(fù)步驟I)至3)，直至收弧結(jié)束焊接過程。
[0016]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:對氣體流量的異步控制包含以下步驟:1)在t山段通過氣流波形控制器(10)控制氣體流量控制執(zhí)行單元將兩條氣路開通；2)在^時間點(diǎn)通過氣流波形控制器(10)控制一組氣體流量控制執(zhí)行單元將一條氣路關(guān)閉，并保持At3段時間內(nèi)被關(guān)閉的氣路均為關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)氣流波形峰值與電流波形峰值的異步控制，在電流波形輸出脈沖的同時減小氣體流量，實(shí)現(xiàn)電弧整體力輸出的平衡，維持熔池的穩(wěn)定；3)在&時間點(diǎn)通過氣流波形控制器(10)控制兩組氣體流量控制執(zhí)行單元將兩條氣路開通；4)重復(fù)步驟I)至3)，直至收弧結(jié)束焊接過程。
[0017]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述非熔化極焊接電源為等離子弧電源或鎢極氬弧焊接電源。
[0018]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述非熔化極焊槍為等離子弧焊槍或鎢極氬弧焊槍。
[0019]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述氣體通路當(dāng)所使用焊槍為等離子弧焊槍時，該氣體通路為離子氣通路；當(dāng)所使用焊槍為鎢極氬弧焊槍時，該氣體通路為保護(hù)氣通路。
[0020]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述氣體為惰性氣體。
[0021]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述氣體質(zhì)量流量控制器(11)的氣體流量調(diào)節(jié)范圍為0.5?20L/min。
[0022]所述的一種氣電脈沖聯(lián)合作用的非熔化極焊接方法，其特征在于:所述高頻電磁閥(12)的響應(yīng)時間為0.01?2ms，切換頻率為50?100Hz0
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明正對非熔化極焊接過程中單個電流波形周期中電弧在電流基值和峰值時的不同特性，對焊接過程中必須的氣體流量進(jìn)行控制，從而使焊接過程更加可控。對氣體流量所實(shí)施的控制包括同步控制和異步控制。
[0024]焊接過程中對氣體流量實(shí)施同步控制，通過在電流上升階段加大氣流輸出，抑制了因電流增加導(dǎo)致的電弧發(fā)散，維持電弧熱源寬度的一致性，減少因熱源邊界變化導(dǎo)致的焊縫成形缺陷。
[0025]焊接過程中對氣體流量實(shí)施異步控制，在電流上升階段減小氣流輸出，可平衡因電流增大導(dǎo)致的電弧力輸出增大，維持了電弧力輸出的一致性，減少因熱源深度變化導(dǎo)致的焊縫成形缺陷。
【附圖說明】
[0026]圖1本焊接法中鎢極氬弧焊系統(tǒng)的實(shí)施裝置示意圖
[0027]圖2本焊接法中等離子弧焊系統(tǒng)的實(shí)施裝置示意圖
[0028]圖3本焊接法中氣電脈沖聯(lián)合作用的波形圖
[0029]圖中:1、鎢極氬弧焊焊接電源及控制系統(tǒng)，2、焊接電纜A，3、TIG焊槍，4、保護(hù)氣管路，5、保護(hù)氣瓶，6、TIG電弧，7、工件，8、焊接電纜B，9、氣體質(zhì)量流量控制器，10、氣流波形控制器，11、氣流控制執(zhí)行單元，12、高頻電磁閥。
[0030]13、尚子焊接電源及控制系統(tǒng)，14、等尚子焊槍，15、尚子氣管路，16、尚子氣瓶，17、等離子電弧。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下參考附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1所示為本焊接法中鎢極氬弧焊系統(tǒng)的實(shí)施裝置示意圖，圖2為本焊接法中等離子弧焊系統(tǒng)的實(shí)施裝置示意圖，圖3為本焊接法中氣電脈沖聯(lián)合作用的波形圖。其中在等離子弧焊中，焊槍的保護(hù)氣路和水路都與普通變極性等離子焊接相同，所以不再進(jìn)行說明。
[0032]結(jié)合圖1和圖3、圖2和圖3對此焊法的具體實(shí)施步驟進(jìn)行詳細(xì)的說明:
[0033]圖1和圖3為此焊法的實(shí)施方式之一:氣電脈沖聯(lián)合作用非熔化極氣體保護(hù)焊的鎢極氬弧焊部分，對具體實(shí)施步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0034]步驟一:焊接前，將待焊工件的待焊部位打磨、清洗后，將其固定于焊