熔化極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔化極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，屬于焊接方法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)中一項(xiàng)重要的加工工藝，通過焊接可以實(shí)現(xiàn)不同工件之間分子間的永久性連接，焊接連接的密封性好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，因此焊接也被稱為“工業(yè)裁縫” ο自1907年瑞典人發(fā)明焊條電弧焊以來，經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，焊接技術(shù)得到了極大程度的提升，但隨著現(xiàn)代工業(yè)的逐步發(fā)展，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已無法滿足人們的需求，所以研發(fā)快速高效的焊接技術(shù)成為推動(dòng)工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
[0003]焊接被分為壓力焊、弧焊和釬焊三大部分，而其中弧焊占有絕對(duì)的主導(dǎo)地位，弧焊又被分為熔化極電弧焊和非熔化極電弧焊。焊條或焊絲作為電極時(shí)，為熔化極電弧焊，焊接過程中，電極熔化，熔化的液態(tài)金屬進(jìn)入熔池，與熔化的母材融合、凝固，最終形成焊縫。調(diào)整焊接參數(shù)，使送絲速度等于熔化速度，焊絲端部與熔池之間的電弧長度可保持不變。熔化極電弧焊可以焊接碳素鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫鋼、不銹鋼等材料，并常用于焊接鋁及其合金。熔化極電弧焊的焊絲可以采用實(shí)心焊絲或藥心焊絲，不僅可以增加焊接過程熔敷效率而且可以實(shí)現(xiàn)焊接過程自保護(hù)效果。因此熔化極電弧焊適用范圍廣，生產(chǎn)效率高，易進(jìn)行全位置焊及實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。非熔化極電弧是電弧的另一種基本形式，在焊接過程中電極不熔化，不會(huì)通過電弧向熔池過渡金屬，利用這種方法幾乎可以焊接所有金屬。非熔化極電弧可以在電流小至IA時(shí)維持穩(wěn)定燃燒，最大電流也可以達(dá)到300A。這種方法在焊接時(shí)，焊接熱輸入容易控制，適用于不同板厚不同位置的焊接，并且可以實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型。
[0004]如今，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展催生了大批新型焊接加工工藝，其中復(fù)合焊接方法稱為近些年的研究熱點(diǎn)，在復(fù)合焊接工藝中包括上述兩種焊接工藝，并且較成熟的方法主要有:激光+GMAW復(fù)合焊，等離子+MIG復(fù)合焊，間接電弧焊接等，但這些方法都不同程度的存在著各自的缺陷，如:設(shè)備昂貴、不易起弧、電弧不穩(wěn)定及熔滴過渡難以控制等。
[0005]本發(fā)明通過簡單抽氣工藝，實(shí)現(xiàn)了壓縮非熔化極電弧與熔化極電弧的復(fù)合，該焊接方法不僅結(jié)合了非熔化極電弧的良好穩(wěn)定性和等離子弧的高能量密度，而且將熔化極焊接耦合進(jìn)這一焊接過程。既改善了傳統(tǒng)非熔化極焊的焊接熔深淺、焊接效率低的缺陷，又提高了電弧拘束程度，增加了電弧能量，解決了高能束焊接過程中咬邊和熔池塌陷等焊接缺陷。從而可以極大地提尚焊接速度和生廣效率，實(shí)現(xiàn)尚質(zhì)、尚效焊接的統(tǒng)一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有焊接方法的缺陷及不足，提出了一種融合了熔化極、非熔化極和氣壓控制電弧的環(huán)形負(fù)壓電弧焊接方法。該焊接方法利用傳統(tǒng)的熔化極與非熔化極焊接電源，及一定的抽氣裝置，無需外加昂貴設(shè)備，能夠適應(yīng)多種工作環(huán)境，兼具了非熔化極電弧的穩(wěn)定性和熔化極電弧的熔敷蓋面效果，實(shí)現(xiàn)了非熔化極拘束高能電弧與熔化極電弧焊的復(fù)合焊接過程。
[0007]熔化極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，在焊接過程中，非熔化極與工件間形成的外層電弧與熔化極與工件間形成的內(nèi)層電弧同時(shí)存在，通過抽氣裝置使環(huán)狀非熔化極與熔化極電弧之間形成穩(wěn)定的負(fù)壓狀態(tài)，在大氣壓力的作用下，產(chǎn)生壓縮作用，形成穩(wěn)定的拘束電弧。
[0008]所述非熔化極為環(huán)狀空心電極，熔化極為MIG電弧焊接用熔化極。所述熔化極嵌套在非熔化極之中。
[0009]焊接過程為非熔化極環(huán)狀電弧與熔化極電弧的同軸復(fù)合焊接。
[0010]由抽氣裝置至空心環(huán)狀電極的氣體管路，通過抽氣裝置，使非熔化極與熔化極之間形成環(huán)狀負(fù)壓區(qū)域，使其下方形成的嵌套電弧受大氣壓力作用成為高能量密度拘束電弧。
[0011]焊接過程中，通過調(diào)節(jié)電弧中心的壓強(qiáng)值，可以調(diào)節(jié)和控制電弧的拘束度、能量密度和電弧電壓，從而調(diào)節(jié)熔化極的熔滴過渡、焊接熱輸入和控制焊縫的成型。
[0012]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種熔化極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法。該熔化極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接裝置主要包括熔化極焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)、非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)(I)、非熔化空心環(huán)狀電極(3)、焊接工件(4)、焊絲(20)、抽氣裝置(5)、壓力釋放裝置(7)、壓強(qiáng)顯示裝置(8)、閥門(10)、送絲裝置(22)、導(dǎo)電嘴(19)、密封絕緣套
(18)、保護(hù)氣噴嘴(17)，導(dǎo)電嘴(19)為一空心管狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電嘴(19)同軸固定于非熔化空心管狀電極的空心管內(nèi)，導(dǎo)電嘴(19)與非熔化空心管狀電極之間采用密封絕緣套(18)固定；在電弧端，非熔化空心管狀電極與導(dǎo)電嘴(19)齊平;非熔化空心環(huán)狀電極(3)外為一空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)的保護(hù)氣噴嘴(17);焊絲(20)通過送絲裝置(22)送入導(dǎo)電嘴(19)管內(nèi)；熔化極焊接電源及其控制系統(tǒng)(2)分別與導(dǎo)電嘴(19)和工件(4)連接，非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)(I)分別與非熔化空心環(huán)狀電極(3)和工件(4)連接;其中抽氣裝置一一壓力釋放裝置一一閥門一一非熔化空心管狀電極的空心管之間通過管路連接，組成一路氣體通路，壓力釋放裝置上設(shè)有壓強(qiáng)顯示裝置(8);當(dāng)抽氣裝置啟動(dòng)、閥門處于開通狀態(tài)時(shí)，使得空心管狀電極內(nèi)部和其下方電弧中心處的壓強(qiáng)等于壓力釋放裝置內(nèi)的壓強(qiáng)，處于負(fù)壓狀態(tài);熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)——導(dǎo)電嘴——焊絲——焊接工件——熔化極焊接電源及其控制系統(tǒng)，構(gòu)成一路電氣系統(tǒng);非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)——環(huán)狀電極——焊接工件——非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)，構(gòu)成另一路電氣系統(tǒng)。該焊接方法有關(guān)焊槍必須的氣路和水路連接法都是常規(guī)接法。
[0013]該焊接方法包括以下步驟:
[0014](I)焊前準(zhǔn)備工作。首先，將焊接工件及相匹配的焊絲準(zhǔn)備就緒，如果板厚較大時(shí)，需要適當(dāng)?shù)拈_破口，但要求并不嚴(yán)格。之后，將熔化極焊接電源及其控制系統(tǒng)、非熔化極焊接電源及控制系統(tǒng)、非熔化極焊槍、焊接工件、焊絲及送絲裝置都連接到相應(yīng)的回路中，焊槍處于焊接工件的正上方合適的位置，焊絲從焊槍的導(dǎo)電嘴(19)正上方垂直送入，焊槍必需的氣路和水路按照常規(guī)方法連接，確保抽氣裝置壓力釋放裝置閥門空心環(huán)狀電極這一路正確連接；
[0015](2)抽氣，啟動(dòng)抽氣裝置，對(duì)壓力釋放裝置進(jìn)行抽氣處理;觀察壓強(qiáng)顯示裝置，直到壓力釋放裝置內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到預(yù)設(shè)值；
[0016](3)起弧，高頻引燃非熔化空心環(huán)狀電極(3)與工件之間的電弧，隨后引燃熔化極電弧，在上述操作之前，確保閥門處在關(guān)閉狀態(tài)，待熔化極電弧和非熔化極電弧穩(wěn)定建立后，打開閥門，使抽氣裝置一一壓力釋放裝置一一閥門一一空心環(huán)狀電極這一路接通，幾秒之后非熔化空心環(huán)狀電極負(fù)壓電弧和熔化極電弧穩(wěn)定建立在電極與工件之間；
[0017](4)正常焊接。在此過程中除了實(shí)時(shí)調(diào)整焊接電源的參數(shù)外，還獨(dú)立的調(diào)整壓力釋放裝置內(nèi)的負(fù)壓值，改變電弧中心處的負(fù)壓值，從而改變電弧的拘束度、能量密度和電弧電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接熱輸入、焊縫成性系數(shù)的精確調(diào)節(jié)與控制。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)如下。
[0019]1、與傳統(tǒng)非熔化極焊接相比，本發(fā)明使電弧中心處形成負(fù)壓，在大氣壓力的作用下，形成拘束電弧，增加了電弧的能量密度，提高了電弧對(duì)焊接工件的穿透能力，增加了焊縫的深寬比，熱影響區(qū)范圍減小，焊后變形小。
[0020]2、與等離子弧焊接相比，本發(fā)明無需等離子發(fā)生裝置及壓縮噴嘴，充分利用電弧內(nèi)外壓力梯度，使電弧產(chǎn)生拘束效果，而且焊接參數(shù)調(diào)節(jié)簡單方便，適應(yīng)性更強(qiáng)。大電流