一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，特別涉及一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流TIG焊是目前薄壁鋼管生產(chǎn)過程中使用的主要焊接方法之一，是鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其決定了鋼管生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。但是受TIG焊本身熔敷率低、熔深淺等缺點(diǎn)的限制，普通TIG焊很難實(shí)現(xiàn)高速焊接。同時(shí)大量的實(shí)際生產(chǎn)和理論研究均表明隨著焊接電流和焊接速度的同步提高，焊接過程逐漸變得不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)咬邊、駝峰焊道等成形缺陷，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。所以焊接速度已經(jīng)成為當(dāng)前薄壁鋼管生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高的瓶頸。
[0003]直流雙TIG電弧高速焊接工藝是近幾年出現(xiàn)的一種用于薄壁鋼管生產(chǎn)的新型焊接工藝。該工藝通過沿焊接方向前后列置兩個(gè)TIG電弧，前置TIG電弧(主電弧)主要用來獲得足夠的熔深，后置TIG電弧(輔助電弧)采用較小的電流用以阻止熔池金屬向熔池尾部的堆積以及延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，有效地消除咬邊和駝峰焊道，保證焊縫表面成形，大幅度提高焊接速度。
[0004]但是直流雙TIG電弧焊接工藝在焊接過程中熱輸入較大以及兩電弧的列置排列，使得焊縫及熱影響區(qū)金屬高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，造成焊接接頭晶粒的長(zhǎng)大較為嚴(yán)重，會(huì)造成接頭力學(xué)性能的下降。如對(duì)于鐵素體不銹鋼管，焊縫及焊接熱影響區(qū)晶粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大不僅會(huì)降低焊縫的力學(xué)性能，還會(huì)造成其抗腐蝕能力的下降。所以目前最大的問題在于如何在提高焊接速度保持其焊接速度快、成形良好的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)之上，大幅度降低焊接熱輸入來有效地防止接頭晶粒的長(zhǎng)大，保證焊縫金屬的力學(xué)性能，同時(shí)還可以降低焊接生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)薄壁金屬管的高效節(jié)能焊接生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法，該方法不但可以實(shí)現(xiàn)高速焊接，獲得良好的焊縫成形，還可以大幅度降低焊接熱輸入，抑制焊接接頭的晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，同時(shí)降低焊接生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)低熱輸入焊接生產(chǎn)。
[0006]為了解決以上問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置，包括第一直流脈沖電源、第二直流脈沖電源、主焊槍、輔助焊槍以及相位控制器，第一直流脈沖電源的兩極分別與主焊槍和工件連接，第二直流脈沖電源的兩極分別與輔助焊槍和工件連接，相位控制器分別與第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源連接。
[0008]所述的低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置在金屬管焊接中的應(yīng)用。
[0009]上述焊接裝置的焊接方法，包括如下步驟:焊接時(shí)，沿焊接方向前后分別設(shè)置主焊槍和輔助焊槍，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源保持設(shè)定的相位差，使得當(dāng)主焊槍的電弧處于峰值階段時(shí)，輔助焊槍的電弧處于基值維弧階段。
[0010]該方法采用兩臺(tái)獨(dú)立的直流脈沖TIG電源、兩把TIG焊槍及其夾持裝置和控制兩焊接電流脈沖相位差的相位控制器。焊接過程中前后兩電弧的脈沖相位差根據(jù)工件厚度、焊接速度可以在0?180°范圍內(nèi)設(shè)定。主電弧處于峰值階段時(shí)，輔助電弧處于基值維弧階段，這樣既可以使主電弧產(chǎn)生足夠的熔深，保證背面成形，又減小了此時(shí)輔助電弧不必要的熱輸入，避免增大焊接熱輸入。而當(dāng)熔池金屬在主電弧壓力的作用下向熔池尾部流動(dòng)堆積過程中，主電弧迅速降低至基值維弧階段，輔助電弧隨著電流的急速上升達(dá)到峰值階段。一方面持續(xù)對(duì)堆積的熔池金屬持續(xù)加熱，延長(zhǎng)其處于液態(tài)時(shí)間，為其回流填充熔池下塌提供時(shí)間；另一方面峰值電流下的電弧具有較大的電弧力，對(duì)堆積的熔池金屬具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用，促使其快速回流，從而有效地阻止熔池金屬向尾部的堆積和延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間。因此，分別采用直流脈沖焊接電流來代替直流恒流焊接電流可以大幅度降低了主輔電弧對(duì)工件的焊接熱輸入。
[0011]優(yōu)選的，所述相位差為0-180°。
[0012]優(yōu)選的，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源的直流脈沖為矩形波、鋸齒波、尖脈波或階梯波。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，直流脈沖的波形為方波，脈沖占空比為50%，相位差為180°。
[0014]優(yōu)選的，所述第一直流脈沖電源的平均電流為200-400A，第二直流脈沖電源的平均電流為100-200A。第二直流脈沖電流應(yīng)當(dāng)小于第一直流脈沖電流，較大的第一直流脈沖電流可以確保獲得足夠的熔深，而合適的第二直流脈沖電流則可以在保證對(duì)熔池足夠的調(diào)控前提下，降低熱輸入。
[0015]優(yōu)選的，焊接時(shí)，所述主焊槍與工件之間的夾角為70-85°，輔助焊槍與工件之間的夾角為60-75°。70-85°的主焊槍傾角有利于產(chǎn)生較大的熔深，60-75°的輔助焊槍傾角有利于產(chǎn)生足夠的電弧推力。
[0016]優(yōu)選的，焊接時(shí)，所述主焊槍的鎢極尖端距工件的距離為l_3mm，輔助焊槍的鎢極尖端距工件的距離為2-5mm。輔助焊槍鎢極高度應(yīng)當(dāng)大于主焊槍鎢極高度，較低的主焊槍鎢極有利于產(chǎn)生較大熔深，較高的輔助焊槍鎢極可以避免熔池尾部堆積與輔助鎢極接觸。
[0017]優(yōu)選的，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源的脈沖頻率相等。
[0018]上述焊接方法在薄壁金屬管焊接中的應(yīng)用。薄壁是指壁厚不大于5_。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]該焊接方法采用直流脈沖代替直流恒流，較之普通雙TIG焊接具有如下顯著優(yōu)勢(shì):主電弧處于峰值階段時(shí)輔助電弧處于基值維弧階段，輔助電弧處于峰值階段時(shí)主電弧處于基值維弧階段，既保證了主電弧產(chǎn)生足夠的熔深和輔助電弧調(diào)控熔池金屬流動(dòng)、延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，又減小了不必要的焊接熱輸入，降低了焊接生產(chǎn)能耗；可以有效抑制焊縫及熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，提高焊縫的力學(xué)性能，還可以降低不銹鋼管在焊接熱過程對(duì)焊縫及焊接熱影響區(qū)耐腐蝕能力的影響；在熔池金屬向熔池尾部堆積過程中，主電弧迅速降低至基值，減小了熔池金屬向后流動(dòng)的趨勢(shì)，有利于抑制咬邊、駝峰焊道等成形缺陷的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步提高了焊接速度。
【附圖說明】
[0021]圖1為直流脈沖雙TIG高速焊接原理圖；
[0022]圖2為焊接電流的脈沖波形為方形時(shí)的示意圖。
[0023]其中，1、第一直流脈沖電源，2、主焊槍，3、輔助焊槍，4、第二直流脈沖電源，5、工件，6、相位控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0025]如圖1所示，一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置，包括第一直流脈沖電源1、第二直流脈沖電源4、主焊槍2以及輔助焊槍3，第一直流脈沖電源1的兩極分別與主焊槍2和工件5連接，第二直流脈沖電源4的兩極分別與輔助焊槍3和工件5連接。該焊接裝置還包括相位控制器6，相位控制器