CN102615391A

CN102615391A - 多丝旋转电弧焊

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Publication number: CN102615391A
Application number: CN2012101064872A
Authority: CN
Inventors: 时振
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明涉及一种电弧焊，特别是一种多丝旋转电弧焊。其是利用以一定螺旋角旋绕的焊丝，在焊接过程中自动形成对熔池具有搅拌作用的旋转电弧，不仅提高焊接熔敷效率，而且使焊缝金属合金成分均匀，晶粒细化。

Description

多丝旋转电弧焊

技术领域

本发明涉及一种电弧焊，特别是一种多丝旋转电弧焊。其是利用以一定螺旋角旋绕的焊丝，在电弧焊的过程中自动形成对熔池具有搅拌作用的旋转电弧，不仅提高焊接熔敷效率，而且使焊缝金属合金成分均匀，晶粒细化。

背景技术

现有的旋转电弧焊有两种，一种是上世纪50年代前苏联提出的旋弧焊，是指在两个接头端面之间形成电弧，该电弧在磁场的作用下高速旋转，使接头端面被加热，再通过顶锻实现连接的一种高效率焊接方法。这种旋弧焊属于接触焊中的闪光对焊，并不属于电弧焊的范畴，主要用来焊接各种形状与尺寸的管件，生产效率高，有良好的经济效果。

另一种是上世纪80年代开发的高速旋转电弧焊接法，属于电弧焊的范畴，主要用于角接头的平角焊接。其原理与原先的旋弧焊截然不同。焊接时，焊丝送进送丝咀的中心，而导电端则偏离中心一定的距离，借助马达使送丝咀旋转，焊丝端部的电弧亦相应以同一方向按预定的旋转直径作旋转运动。如中国专利号87103245所公开的“高速旋转电弧焊设备”，这种方法的优点是：1.焊道平滑，这是由于电弧高速旋转使电弧力和电弧热等向周围平均分散造成的结果；2.焊速高，试验表明，用原来的方法焊接时，焊速达80cm/min时，即产生凸形的不良焊道，而用本方法，即使焊速至120cm/min时仍能获得良好的焊道；3.焊丝熔滴过渡与焊道熔深的情况与老方法不相上下；4.可采用电弧传感器进行高精度自动跟踪。本发明所述的旋转电弧焊属于后者。

上述的高速旋转电弧焊，虽具有上述诸多功效，确实具有进步性，但是为实现电弧旋转在送丝设备上需增加使焊丝端绕一定半径旋转的装置，如图1所示，其中20是电极，21是焊丝，22是旋转马达，23是马达22的轴，24是安装在轴23上。由马达带动的高速旋转齿轮；25是由齿轮24带动的高速旋转齿轮，26是支承电极21，的自定心轴承；使电极21离齿轮25中心至少一定的距离偏心地安装在齿轮25上，并可由齿轮25的旋转使电极21高速旋转，27是作为旋转电极21的支点的自定心，轴承28是安装在焊接设备座(图中未示)上的齿轮减速箱，29是向电极供电的馈电电缆，30是焊丝，31是被焊接物体，32是旋转直径调节器，33是馈电电缆接头的安装孔.34是支承齿轮25的轴承。工作时，电极21的下端部，由旋转马达22通过齿轮24和25传动，以自定心轴承27为支点绕圆周运动，于是，由电极下端.送出的焊丝21尖端和熔接电弧30一起，在被焊接物体31上绕圆周运动。用调节器32改变距离L的大小，就能够调节回转焊丝21尖端的回转直径D。电极20的下端部绕圆周运动的时候，电极20自身并不旋转，因此，就能象图示那样，用馈电电缆29直接馈电给电极20。因而难以大量推广使用，只在自动电弧焊方面得到应用，无法用于半自动电弧焊。

由此可见，上述现有的旋转电弧焊在方法、设备的结构及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，有待进一步改进。

本发明人基于从事焊接工作多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的旋转电弧焊接方法，能够取代现有的高频旋转电弧焊，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的高频旋转电焊所存在的设备机构复杂的缺陷，而提供一种新的多丝旋转电弧焊，所要解决的技术问题是采用现有设备可实现多丝旋转电弧焊，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多丝旋转电弧焊，包括焊接电源、焊丝、送丝设备，其中所述焊丝为多股焊丝，其中至少有一股焊丝以螺旋方式紧密缠绕于其余焊丝的外层，或称中心焊丝的外层，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的螺旋焊丝与工件之间的则形成旋转电弧。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的多丝旋转电弧焊，其中所述多股焊丝中至少一股焊丝为中心焊丝，其余焊丝为螺旋焊丝，以螺旋方式紧密缠绕于所述中心焊丝的外层，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的多股螺旋焊丝与工件之间的则形成多个同步旋转电弧。

前述的多丝旋转电弧焊，其中对于每一个旋转电弧的旋转频率f与螺旋焊丝的螺旋升角α，螺旋焊丝的中心的旋绕半径r，焊接时的送丝速度v有关，可由公式f＝v/2πrSinα求出，对于多股螺旋焊丝与工件之间形成的多个同步旋转电弧的旋转频率fn＝nv/2πrSinα。

前述的多丝旋转电弧焊，其中所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径相同。

前述的多丝旋转电弧焊，其中所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径不同。

前述的多丝旋转电弧焊，其中所述多股焊丝为七股直径相同的焊丝，其中一股为中心焊丝，其余六股为螺旋焊丝。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明多丝旋转电弧焊可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本发明的多丝旋转电弧焊具有高效节能(熔敷效率高、焊接熔深大、节省电能)、焊接设备简单、操作方便和接头质量稳定可靠等突出优点，极具推广应用价值。

2、本发明的多丝旋转电弧焊的电弧形态对熔池内流体产生强烈的搅动作用，增加流体流速，有助于熔融金属中气体溢出和有益元素在熔池内的均匀分布，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量。在大电流气保焊过程中，焊丝熔滴过渡呈现稳定的细颗粒自由过渡或沿渣壁过渡，因此焊接过程稳定、飞溅很小。

3、通过实验发现，本发明的多丝旋转电弧焊在大电流气保焊过程中，能以稳定可靠的潜弧进行焊接。潜弧后，电弧深入到熔池弧坑内，并被熔池的熔融金属包围，能更有效加热母材，提高了电弧热效率和焊丝熔化系数，同时降低了飞溅。

4、实验发现，本发明的多丝旋转电弧焊在大电流气保焊过程中，熔池液态金属存在涡流型流动，液态金属的涡流运动使熔池中部凹陷，带动高温液态金属向熔池底部流动，有利于增加熔深。多丝旋转电弧气保焊与单丝埋弧焊相比，焊接熔池形状不同，前者熔池较宽，熔深较深，呈盆底状熔深。

5、采用相同的焊接电压和焊接电流规范，本发明的多丝旋转电弧气保焊和单丝埋弧焊的焊丝熔化速度、熔敷速度及电能效率进行了测试，其结果表明：多丝旋转电弧气保焊的焊丝熔化速度高约45％；熔敷速度高约35％；电能效率高约10％～30％。

6、本发明的七丝旋转电弧气保焊与单丝气保焊相比，其生产效率是单丝的10倍以上。

7、本发明多丝旋转电弧焊，有专业焊丝生产厂生产旋绕焊丝，可用现有的自动焊接设备，包括自动埋弧焊设备和自动气体保护焊设备来实现，而且可用半自动电弧焊设备实现，用户对设备的投资少，或仅对送丝部分稍作改进即可实现。而生产效率、节电等方面可取得极大效益，制造成本相对减少，从而可以大幅降低成本，提高经济效益，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业发展所需，相当具有产业利用价值。

综上所述，本发明新颖的多丝旋转电弧焊，具有上述诸多优点及实用价值，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的旋转电弧焊具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新发明。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有旋转电弧焊的送丝装置的结构示意图。

图2是本发明多丝旋转电弧焊的示意图。

图3是本发明多丝旋转电弧焊所用焊丝实施例一的结构图。

图4是图3的侧视图。

图5是本发明多丝旋转电弧焊所用焊丝实施例二的结构外观立体图。

图6是本发明多丝旋转电弧焊所用焊丝实施例三的截面示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多丝旋转电弧焊其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2所示，本发明较佳实施例的多丝旋转电弧焊，包括焊接电源1、焊丝2、送丝设备3，所述焊丝2为多股焊丝，其中至少有一股焊丝以螺旋方式紧密缠绕于其余焊丝的外层(如图3、图4所示)，或称中心焊丝的外层，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的螺旋焊丝与工件之间的则形成旋转电弧。该旋转电弧对熔池内熔融金属流体产生强烈的搅动作用，增加流体流速，有助于熔融金属中气体溢出和有益元素在熔池内的均匀分布，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量。在大电流气保焊过程中，焊丝熔滴过渡呈现稳定的细颗粒自由过渡或沿渣壁过渡，因此焊接过程稳定、飞溅很小。本发明的方法可用于自动或半自动气体保护焊、自动或半自动埋弧焊、自动或半自动自保护焊。

如图3、图4所示，所述多股焊丝中至少一股焊丝为中心焊丝，其余焊丝以螺旋方式紧密缠绕于所述中心焊丝的外层，在图示具体实施例中，所述中心焊丝21是3股，所述以螺旋方式紧密缠绕于所述中心焊丝21外层的螺旋焊丝22为2股，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的多股螺旋焊丝22与工件之间的则形成多个同步旋转电弧。

对于每一个旋转电弧的旋转频率f与螺旋焊丝的螺旋升角α，螺旋焊丝的中心的旋绕半径r，焊接时的送丝速度v有关，可由公式f＝v/2πrSinα求出，对于多股螺旋焊丝与工件之间形成的多个同步旋转电弧的旋转频率fn＝nv/2πrSinα。

如图3、图4所示，所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径相同。

对于图3所示的五股直径相同的焊丝，其中两股为螺旋焊丝缠绕于三股中心焊丝上，若每股焊丝的直径为1.2，绕制后的螺旋升角α＝23°，焊接的送丝速度为130mm/秒，则每股焊丝的旋转电弧的频率f＝26赫兹。2股焊丝同步旋转，其旋转频率为52赫兹。

如图5所示所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径不同。

如图6所示所述多股焊丝为七股直径相同的焊丝，其中一股为中心焊丝，其余六股为螺旋焊丝。

对于图6所示的七股直径相同的焊丝，若螺旋升角α为60°，每股焊丝的直径为1.6mm，焊接的送丝速度为130mm/秒，则每股焊丝的旋转电弧的频率f＝13赫兹。6股焊丝同步旋转，其旋转频率为78赫兹。

有上述实施例可知，通过调节螺旋升角和焊丝送进速度可调节旋转电弧的旋转频率。螺旋升角的大小取决于中心焊丝与螺旋焊丝直径及螺旋焊丝的数量。

上述焊丝为实心焊丝，或药芯焊丝。

表1是多丝旋转电弧焊气保焊与单丝埋弧焊熔敷性能与能耗比较

表1

注：表1中，①为缆式焊丝，中心丝为实芯焊丝，***丝为药芯焊丝，其余全为药芯焊丝。

对单丝(直径1.2mm药芯焊丝)CO₂气保焊和缆式焊丝CO₂气保焊(7股1.2mm药芯焊丝)进行焊接实验，单丝气保焊的焊接电流270A，电压26V，焊接速度35cm/min；七丝旋弧焊的焊接电流650A，电压37V，焊接速度45cm/min。七丝旋弧CO₂气保焊的功率为24050W仅为单丝焊丝CO₂气保焊电弧功率7020W的3.4倍，却可熔化相同直径的7股焊丝，且熔深大、熔敷金属多、焊接速度快。

焊接过程中，电流分布模式、熔滴过渡方式和熔池内的流体流动对焊接质量具有关键影响，而电弧形态又决定了电弧压力和电流密度的分布模式，对熔滴过渡方式、熔池液态金属流动方式及熔池形态产生决定性影响，从而对接头焊缝形貌、化学成分、组织和性能造成重要影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种多丝旋转电弧焊，包括焊接电源、焊丝、送丝设备，其特征在于所述焊丝为多股焊丝，其中至少有一股焊丝以螺旋方式紧密缠绕于其余焊丝的外层，或称中心焊丝的外层，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的螺旋焊丝与工件之间的则形成旋转电弧。

2.根据权利要求1所述的多丝旋转电弧焊，其特征在于所述多股焊丝中至少一股焊丝为中心焊丝，其余焊丝其余焊丝为螺旋焊丝，以螺旋方式紧密缠绕于所述中心焊丝的外层，在焊接电源的作用下，所有焊丝与工件之间形成电弧，焊丝熔化向焊缝过度，所述缠绕于外层的多股螺旋焊丝与工件之间的则形成多个同步旋转电弧。

3.根据权利要求1所述的多丝旋转电弧焊，其特征在于对于每一个旋转电弧的旋转频率f与螺旋焊丝的螺旋升角α，螺旋焊丝的中心的旋绕半径r，焊接时的送丝速度v有关，可由公式f＝v/2πrSinα求出，对于多股螺旋焊丝与工件之间形成的多个同步旋转电弧的旋转频率fn＝nv/2πrSinα。

4.根据权利要求1所述的多丝旋转电弧焊，其特征在于所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径相同。

5.根据权利要求1所述的多丝旋转电弧焊，其特征在于所述多股焊丝中的中心焊丝与螺旋焊丝的直径不同。

6.根据权利要求1所述的多丝旋转电弧焊，其特征在于所述多股焊丝为七股直径相同的焊丝，其中一股为中心焊丝，其余六股为螺旋焊丝。