CN105904109A - 等离子-tig电弧耦合复合焊接装置及方法 - Google Patents

等离子-tig电弧耦合复合焊接装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及等离子‑TIG电弧耦合复合焊接装置及方法，属于焊接设备技术领域。等离子‑TIG电弧耦合复合焊接装置，包括等离子焊炬、TIG焊炬、焊枪底座、保护气罩、焊***架、送丝装置、送丝嘴；焊枪底座固定在焊***架上，保护气罩与焊枪底座连接，通过螺钉固定；等离子焊炬固定在焊枪底座上；送丝嘴固定在焊***架上，送丝嘴与送丝装置连接；等离子焊炬和TIG焊炬贯穿焊枪底座。本发明的焊接装置，可以将等离子弧与TIG电弧耦合在一起，实现共熔池焊接。焊接过程中，等离子弧提供大的熔深，TIG电弧包裹等离子弧，在增加熔深的同时，可以压住被等离子弧吹起的熔池，得到质量高、成型美观的焊缝，有效提高中厚板材的焊接效率，保证焊接质量。

Description

等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置及方法
技术领域
本发明属于焊接设备技术领域，涉及一种等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置及方法。
背景技术
钨极氩弧焊（TIG）是一种应用范围很广的焊接方法，由于其具有很高的电弧稳定性和较强的焊接适应能力，所以很容易得到高质量焊缝。在TIG焊接方法的基础之上，通过借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，可以实现等离子焊接方法，该方法由于电弧受到机械压缩、热收缩及磁收缩，导致电弧的横截面减小，电流密度增大，电弧温度增高，具有很高的熔透能力。
近年来，复合焊接装置的优势越来越突出，应用范围也得到了很大的扩展。在等离子焊接及其复合焊接领域，目前比较常见的装置为：等离子-MIG复合焊接装置。此装置是最近新出现的等离子复合焊接装置，具有熔深大、效率高的优势。但是由于MIG焊接方法存在着熔滴在电弧区域的过渡，所以整个焊接过程还是会出现飞溅、喷嘴粘连受损以及烟尘等现象，另外只有在外置磁场的作用下才能实现两个电弧共熔池，整个设备很复杂，当然价格也十分昂贵。
众所周知，等离子弧焊接在具有熔透能力强等优点的同时，也伴随着参数匹配难以及容易出现咬边缺陷等缺点。TIG焊接方法虽然效率很低，但是其电弧稳定，具有良好的焊缝盖面能力。近年来，围绕这两种方法的技术改进主要包括以下两种：
1998年，美国肯塔基大学的张裕明教授首先提出了双面双弧焊（DSAW），即等离子弧和TIG电弧分别处于工件的正、背面，两个电弧同时焊接，可以获得较大深宽比的焊缝，具有成本低、效率高的特点。
焊接生产过程中，存在一种先用等离子弧焊打底，然后TIG填丝盖面的传统工艺。为了提高这个传统工艺的效率，昆山华恒焊接股份有限公司将等离子焊枪和TIG焊枪通过可移动滑架组合在一起，提出“P+T”焊接方法（中国专利200720039986.9）。该焊接方法对应装置中等离子焊枪和TIG焊枪之间的间距约为200~500 mm，具有双道焊的特征。
从以上方法介绍中可以看出，这两种方法都在一定程度上综合了等离子弧焊接和TIG焊接方法的优势，提高了焊接质量和效率。但是，PAW+TIG双面双弧焊在实际应用中很受限制，而P+T属于焊枪组合焊接，相当于是传统工艺的机械整合，其等离子弧和TIG电弧完全独立，另外该焊接方法的设备体积庞大、应用十分不便。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术存在的问题，提供一种等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置及方法，该复合焊接装置可以将等离子弧与TIG电弧耦合在一起，实现共熔池焊接。焊接过程中，等离子弧提供大的熔深，TIG电弧包裹等离子弧，在增加熔深的同时，可以压住被等离子弧吹起的熔池，得到质量高、成型美观的焊缝，有效提高中厚板材的焊接效率，保证焊接质量，满足生产发展的需求。
本发明解决上述问题采用的其中一种技术方案为：等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，包括：等离子焊炬、TIG焊炬、焊枪底座、保护气罩、焊***架、送丝装置、送丝嘴；焊枪底座固定在焊***架上，保护气罩与焊枪底座连接，通过螺钉固定；等离子焊炬固定在焊枪底座上；送丝嘴固定在焊***架上，送丝嘴与送丝装置连接；所述的等离子焊炬和TIG焊炬贯穿焊枪底座。
所述的TIG焊炬固定在焊***架或焊枪底座上。
等离子焊炬的中心线与焊枪底座中心线夹角范围为0°～15°，TIG焊炬的中心线与焊枪座中心线夹角范围为0°～30°；等离子焊炬的喷嘴小孔与TIG焊炬的钨针末端之间的距离范围为1mm～10mm。
所述保护气罩的下端面为呈一定角度倾斜的斜面，斜面的角度范围值为0°～15°。
本发明为解决其技术问题，采用的另一种技术方案是：等离子-TIG电弧耦合复合焊接方法，包括以下步骤：
（1）打开气阀以及气体供给装置，打开水冷装置，开启焊接电源；
（2）设定参数，起非转移弧；TIG焊炬的钨针尖端与等离子焊炬喷嘴边缘之间的距离范围为1~5mm，等离子焊炬和TIG焊炬之间的夹角范围为0°~45°，在焊接过程中，等离子焊枪中心线与工件之间夹角范围为70°~90°；
（3）将焊接装置移至距离工件4mm高度的位置，引燃转移弧，待转移弧稳定后，引燃TIG电弧，同时开启送丝装置，焊枪开始匀速移动；
（4）焊接完成后，先关闭等离子弧，再关闭TIG电弧和送丝装置。
所述的焊接电源分为两个模块，等离子电源模块和TIG电源模块，等离子电源模块为直流脉冲模式，TIG电源模块为交直流脉冲模式，等离子焊炬以及TIG焊炬中的钨针均连接两个电源模块的负极，工件连接两个电源模块的正极。
本发明的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，真正实现了等离子与TIG焊的复合，实现了等离子大熔深和TIG焊高稳定性填丝盖面的整合。该复合焊接方法相比于现有技术，具有以下几个优势：（1）在共熔池模式下，等离子弧和TIG电弧可以相互辅助，提高电弧能量利用率，增加焊缝的熔深；（2）由于同时存在两个电弧，所以熔池存在的时间相对更长，这样易于一些气体的溢出，可以减少气孔；（3）相比于单独等离子焊接，TIG焊炬的存在有助于改善焊缝成型；（4）等离子-填丝TIG复合焊接可以避免在某些焊接参数下等离子填丝焊接容易出现的气孔或者大的孔洞；（5）等离子电弧存在的时候，在周围会产生等离子体，这样可以为TIG电弧提供导电通道，TIG电弧很容易起弧，这样可以避免钨针的过快烧损。该方法具有大熔深、成型好以及能量利用率高的优势，能够有效提高中厚板材的焊接效率，保证焊接质量，满足生产发展的需求。
附图说明
图1是本发明的等离子-填丝TIG复合焊接装置结构示意图；
图2是本发明的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置应用示意图；
图3是焊枪底座示意图；
图4是保护气罩示意图；
图5是等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置焊接过程示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，包括等离子焊炬1、TIG焊炬2、焊枪底座3、保护气罩4、焊***架5、送丝装置6、送丝嘴7、焊接电源、气体供给装置以及焊接控制装置；其中焊枪底座3固定在焊***架5上，保护气罩4与焊枪底座3连接，通过螺钉固定；等离子焊炬1和TIG焊炬2贯穿焊枪底座，并固定在焊枪底座3上；送丝嘴7固定在焊***架5上，送丝嘴7与送丝装置6连接。
焊接电源包括等离子焊接电源和TIG焊接电源，分别给等离子焊炬和TIG焊炬供电；保护气供给装置可以分别提供等离子气、TIG保护气以及整体焊枪保护气；焊接控制装置可以与机器人控制柜通信，实现等离子-TIG复合焊炬的自动化操作。
等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置中，等离子焊炬部分的尺寸应尽量小，焊炬末端直径范围为10mm～30mm，焊炬的喷嘴应呈细长锥形，焊炬内钨针与喷嘴的同心度应尽量高，焊接过程中，等离子气流量的范围为0L/min～15L/min。
等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置中，TIG焊炬部分尺寸也应尽量小，保留自带的保护气罩，焊炬气罩直径范围为10mm～30mm，钨针伸出长度根据焊枪姿态可以任意调节，调节范围为5mm～50mm。
如图3所示，为了减小底座的尺寸，两个焊炬的中心线需要偏斜一个角度。等离子焊炬的中心线与底座中心线夹角范围为0°～15°，TIG焊炬的中心线与底座中心线夹角范围为0°～30°。等离子焊炬的喷嘴小孔与TIG焊炬的钨针末端之间的距离范围为1mm～10mm。
由于在焊接过程中，等离子焊炬的中心线尽量与工件表面垂直，如图4所示，为了避免气罩的边缘刮蹭到焊缝，需要将气罩边缘切去一个斜角，角度范围值为0°～15°。
本发明的等离子-TIG电弧耦合复合焊接方法，焊接过程操作步骤如下：
（1）打开气阀以及气体供给装置，打开水冷装置，开启焊接电源。
（2）设定参数，起非转移弧。等离子焊炬与焊枪底座中心线之间的夹角为8°，TIG焊炬与焊枪底座中心线之间的夹角为15°，等离子焊炬中心线与工件垂直，等离子焊炬的喷嘴小孔与TIG焊炬的钨针末端之间的距离为5mm。
（3）焊枪移至距离工件4mm高度的位置，引燃转移弧，待转移弧稳定后，引燃TIG电弧，同时开启送丝装置，焊枪开始匀速移动。
（4）焊接完成后，先关闭等离子弧，再关闭TIG电弧和送丝装置。
焊接过程中，等离子气选用纯Ar，气流量为4L/min，TIG保护气选用纯Ar，气流量为7L/min，复合焊枪的保护气选用纯Ar，流量为20L/min。
焊接过程中选用填丝共熔池模式，等离子弧在前，TIG电弧在后，填丝位置在两个电弧的前端，填丝角度为20°，焊丝与工件的接触点与等离子弧边缘的距离为0.5mm。
等离子电源模块选用LORCH V50 AC/DC，TIG电源模块选用雷姆INVERTIG.PROdigital 240 AC/DC，等离子电流设定为120A，TIG电流设定为140A。
焊丝选用普通低碳钢焊丝，直径为1.2mm，送丝速度设定为0.6m/min。
本发明的等离子-TIG电弧耦合复合焊接方法，焊接过程中，两电弧的工作过程可用图5来表示，即等离子弧扎进母材，提供大熔深，同时排挤出部分液态金属，该部分金属包括母材以及填丝成分，液态金属被排挤至TIG电弧下方，在TIG电弧压力的作用下变得平缓，然后冷却，形成均匀一致的焊缝。

Claims (6)

1.等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，包括：等离子焊炬、TIG焊炬、焊枪底座、保护气罩、焊***架、送丝装置、送丝嘴；焊枪底座固定在焊***架上，保护气罩与焊枪底座连接，通过螺钉固定；等离子焊炬固定在焊枪底座上；送丝嘴固定在焊***架上，送丝嘴与送丝装置连接；所述的等离子焊炬和TIG焊炬贯穿焊枪底座。
2.根据权利要求1所述的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，其特征在于：所述的TIG焊炬固定在焊***架或焊枪底座上。
3.根据权利要求2所述的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，其特征在于：等离子焊炬的中心线与焊枪底座中心线夹角范围为0°～15°，TIG焊炬的中心线与焊枪座中心线夹角范围为0°～30°；等离子焊炬的喷嘴小孔与TIG焊炬的钨针末端之间的距离范围为1mm～10mm。
4.根据权利要求1、2或3所述的等离子-TIG电弧耦合复合焊接装置，其特征在于：所述保护气罩的下端面为呈一定角度倾斜的斜面，斜面的角度范围值为0°～15°。
5.等离子-TIG电弧耦合复合焊接方法，包括以下步骤：
（1）打开气阀以及气体供给装置，打开水冷装置，开启焊接电源；
（2）设定参数，起非转移弧；TIG焊炬的钨针尖端与等离子焊炬喷嘴边缘之间的距离范围为1~5mm，等离子焊炬和TIG焊炬之间的夹角范围为0°~45°，在焊接过程中，等离子焊枪中心线与工件之间夹角范围为70°~90°；
（3）将焊接装置移至距离工件4mm高度的位置，引燃转移弧，待转移弧稳定后，引燃TIG电弧，同时开启送丝装置，焊枪开始匀速移动；
（4）焊接完成后，先关闭等离子弧，再关闭TIG电弧和送丝装置。
6.根据权利要求5所述的等离子-TIG电弧耦合复合焊接方法，其特征在于：所述的焊接电源分为两个模块，等离子电源模块和TIG电源模块，等离子电源模块为直流脉冲模式，TIG电源模块为交直流脉冲模式，等离子焊炬以及TIG焊炬中的钨针均连接两个电源模块的负极，工件连接两个电源模块的正极。
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