CN109848519B - 一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法，所述机器人包括控制部件、送丝部件、相互通讯的两个脉冲焊接电源以及焊枪，所述方法包括，送丝部件将两根焊丝以一定角度前后排列伸向焊接部位；所述控制部件控制所述两个脉冲焊接电源以使得向前丝提供的电流大于向后丝提供的电流；且所述所述控制部件还控制所述送丝部件以提供前丝和后丝相同或不同的送丝速度，以及控制所述脉冲焊接电源使用四个独立的脉冲以向所述焊丝提供焊接电流。本发明的方法控制范围广，焊接效果美观质量高。

Description

一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法

技术领域

本发明涉及双丝焊接技术领域，具体而言，涉及一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法。

背景技术

现有技术包括在熔化电极(以下称为焊接焊丝)与母材之间产生电弧并形成熔池，并且将填充焊丝***到该熔池进行焊接的双丝焊接方法。在该双丝焊接方法中， 由于向焊接焊丝的熔融金属施加填充焊丝的熔融金属，因而增加熔融金属量，故 可进行高熔敷且高速的焊接。尤其是，在利用双丝焊接方法进行高速焊接之时， 为了防止成为驼峰焊道(humpingbead)，重要的是使填充焊丝在熔化电极电弧之 后与熔池短路地进行进给。这是因为，若将填充焊丝进给至熔化电极电弧中进行 熔融，则熔池几乎未冷却、且由于也无法利用填充焊丝压抑熔池后半部的***， 故达不到抑制驼峰焊道的效果。与之相对，若使填充焊丝与电弧周缘部的熔池的 后半部短路地进行进给，并利用熔池的热来进行熔融，则熔池被冷却、且利用填 充焊丝抑制了熔池后半部，从而能够抑制驼峰焊道的形成。因而，在现有技术的 双丝焊接方法中，通过对填充焊丝不通电电流而以冷却的状态与熔池短路，因而可以冷却熔池。在双丝焊接方法中，作为在焊接焊丝与母材之间产生电弧的方法， 能够使用二氧化碳电弧焊接法、活性气体保护电弧焊接法 (metalactivegaswelding)、金属惰性气体保护电弧焊接法 (metalinertgaswelding)、脉冲电弧焊接法、交流电弧焊接法等的各种熔化电极 式电弧焊接法。一般的脉冲电弧焊接法为单脉冲双丝耦合控制技术，将两根焊丝 按一定角度放在一个特别设计的焊枪里，两根焊丝分别由相互通讯的两台电源供 电。单脉冲双丝耦合焊接的两台焊机通常设定为主从模式，采用脉冲电弧，以降 低电弧对熔滴过渡的影响，通过两台焊接电源之间的协调控制，可以实现如下三 种焊接模式(图2)。同步模式，两个电弧同时达到最大值，有利于形成较大的 熔深，但飞溅较大，一般很少采用；交替模式，电弧的相互作用力只有普通焊接 时的四分之一甚至更低，对熔滴过渡的影响较小，特别适合于轻金属的焊接，能 显著减少焊接飞溅；随机模式，既能显著降低电弧的作用力，减少飞溅，又能 实现较大的熔深，焊接钢材等较重的金属时可以获得更快的焊接速度，但由于两 个脉冲信号随机发生，因此焊接过程没有交替模式稳定。

而本发明意图提供一种改进的脉冲电弧焊接工艺，即一种新型的机器人双丝四脉冲新型焊接方法。

背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种在本申请的优先权日是或曾经是公共常识的一部分。

发明内容

本发明提出了一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法，所述机器人包括控制部件、送丝部件、相互通讯的两个脉冲焊接电源以及焊枪，所述方法包括，

送丝部件将两根焊丝以一定角度前后排列伸向焊接部位；

所述控制部件控制所述两个脉冲焊接电源以使得向前丝提供的电流大于向后丝提 供的电流；

并且所述所述控制部件还控制所述送丝部件以提供前丝和后丝相同或不同的送丝 速度，以及控制所述脉冲焊接电源使用四个独立的脉冲以向所述焊丝提供焊接电流。

优选的，其中所述控制部件为单片机***。

优选的，所述两根焊丝的材质、直径、送丝速度相同或者不同。

优选的，所述两根焊丝的送丝速度变化以使得所述两根焊丝交替进入焊接熔池。

优选的，所述四个独立的脉冲至少包括一个高频脉冲。

优选的，所述四个独立的脉冲至少包括一个低频脉冲和/或一个中频脉冲。

优选的，所述四个独立的脉冲的频率随送丝速度改变。

本发明的技术效果至少在于：

①扩大了电流使用范围；

②可控制熔滴过渡和熔池尺寸，有利于全位置焊接；

③可有效控制热输入量，改善接头性能；

④焊缝成形美观；

⑤增大焊接接头间隙；

⑥降低裂纹敏感性；

⑦增大熔透能力。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的 部分。

图1是本发明的机器人双丝四脉冲新型焊接结构示意图。

图2是现有技术的脉冲电流示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例和图1，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本 发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后， 本实施例的其它***、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的***、方 法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求 书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据 以下将详细描述将是显而易见的。

实施例一

本实施例提出了一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法，所述机器人包括控制部件、 送丝部件、相互通讯的两个脉冲焊接电源以及焊枪，所述方法包括，送丝部件将两根焊丝以一定角度前后排列伸向焊接部位；所述控制部件控制所述两个脉冲焊接电源以 使得向前丝提供的电流大于向后丝提供的电流；并且所述所述控制部件还控制所述送 丝部件以提供前丝和后丝相同或不同的送丝速度，以及控制所述脉冲焊接电源使用四 个独立的脉冲以向所述焊丝提供焊接电流。

其中所述控制部件为单片机***。本实施例中所述两根焊丝的材质、直径、送丝速度相同或者不同。所述两根焊丝的送丝速度变化以使得所述两根焊丝交替进入焊接 熔池。所述四个独立的脉冲至少包括一个高频脉冲。所述四个独立的脉冲至少包括一 个低频脉冲和/或一个中频脉冲。所述四个独立的脉冲的频率随送丝速度改变。

实施例二

本实施例提出了一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法，所述机器人包括控制部件、 送丝部件、相互通讯的两个脉冲焊接电源以及焊枪，所述方法包括，送丝部件将两根焊丝以一定角度前后排列伸向焊接部位；所述控制部件控制所述两个脉冲焊接电源以 使得向前丝提供的电流大于向后丝提供的电流；并且所述所述控制部件还控制所述送 丝部件以提供前丝和后丝相同或不同的送丝速度，以及控制所述脉冲焊接电源使用四 个独立的脉冲以向所述焊丝提供焊接电流。

其中所述控制部件为单片机***。本实施例中所述两根焊丝的材质、直径、送丝速度可以不同。所述两根焊丝的送丝速度变化以使得所述两根焊丝交替进入焊接熔池。 所述四个独立的脉冲至少包括两个高频脉冲、一个低频脉冲、一个中频脉冲。所述四 个独立的脉冲的频率随送丝速度改变。

本双丝耦合四脉冲焊接工艺方法主要是在如下方面对焊接参数进行优化：

①扩大了电流使用范围

对于一定直径的焊丝，传统MIG焊接，无论是采用射流还是采用短路过渡，所使用的电流都是有限制的，而四脉冲MIG焊通过脉冲参数的配合，可以在更大的范围内选择 脉冲电流，使焊接电流范围进一步扩大，同时可以在较小的电流(平均电流小于连续电 流焊接时的临界电流)下实现稳定的射流过渡，只要保证脉冲电流高于临界射流电流即 可，这样既可以焊接厚板，也可以焊接薄板，而焊接薄板时的母材熔透情况比短路过 渡焊接好。更有意义的是，可以使用较粗的焊丝来焊接薄板，这给焊接工艺带来很大 方便，首先粗丝送丝相对更为容易，对软质焊丝(铝、铜等)最为有利，其次，粗丝挺 直性好，焊丝指向不易偏摆，容易保持在焊缝中心线上，此外，粗丝的售价比细丝低， 可降低生产成本，并且比表面积小，可使产生气孔的倾向降低；

②可控制熔滴过渡和熔池尺寸，有利于全位置焊接

在平焊位置通过脉冲参数的调整，使熔滴过渡按照所希望的方式进行，在进行空间位置焊缝焊接时，由于脉冲电流大，使熔滴过渡具有更强的方向性，有利于熔滴沿 电弧轴线顺利过渡到熔池中，由于脉冲平均电流小，所形成的熔池体积也会小一些， 再加上脉冲加热和熔滴过渡是间断性发生的，所以熔池金属即使处于立焊位置也不至 于流淌，保持了熔池状态的稳定性；

③可有效控制热输入量，改善接头性能

对于热敏感性较大的材料，如铝合金、镁合金等，通过平均电流调节对母材的热输入或焊接线能量，使焊缝金属和热影响区的过热现象降低，从而提高接头的性能， 降低裂纹倾向性，此外，四脉冲强烈的熔池搅拌效果可以防止熔池出现单向吐结晶和 晶粒粗大，以及焊缝成分的偏析，有利于提高焊缝性能；

④焊缝成形美观

利用低频脉冲TIG焊虽也可以得到漂亮的鱼鳞状焊缝外观，但其生产率低，往往难于满足大规模生产的要求，使用四脉冲MIG焊接方法，根据焊接速度调整四脉冲频率， 在得到漂亮的鱼鳞状焊缝外观的同时，还能保证较高的焊接生产效率；

⑤增大焊接接头间隙

与一般的脉冲MIG焊接相比，四脉冲MIG焊接的可焊接头间隙范围更大，适用范围更广；

⑥降低裂纹敏感性

一般脉冲MIG焊接的平均晶粒尺寸较大，易产生凝固裂纹，裂纹敏感性高达70％左右，采用四脉冲MIG焊接时，裂纹敏感性明显降低；

⑦增大熔透能力

直流四脉冲MIG焊与传统脉冲MIG相比，通过调节四脉冲电流可以获得比传统脉冲MIG焊更大的熔透能力，这极大地方便了中厚板材的焊接。

综合上述分析，采用双丝四脉冲直流耦合MIG焊接工艺方法，可以在如下两方面对传统焊接工艺进行改进：

①进行精确的热输入控制。由于低脉冲的加入，四脉冲MIG焊可调节的工艺参数增多，范围增大，在一定的平均焊接电流下，通过调节脉冲参数可以获得不同熔滴过 渡形式的焊接效果，而整体热输入仍处于较低水平，这对热敏感性较强的材料，尤其 是铝、镁等材料的焊接特别重要；

②具有强烈的熔池搅拌效果。熔池的搅拌作用主要是由于电弧力的变化和熔滴对熔池的冲击造成的。在传统脉冲MIG焊中，电弧力随着电流的脉动只有一种变化，即当 电流处于较低的基值期间时，电弧力较小，当电流处于过渡熔滴的脉冲峰值期间时， 电弧力较大，这种脉冲的电弧力作用在熔池上便产生搅拌效果。此外,传统MIG焊过程 中的熔滴过渡也是以一个固定的频率冲击熔池，而四脉冲MIG焊过程中，由于低脉冲的 加入，电流的脉动比传统脉冲MIG焊多了一种变化，即电流有了基值、低脉冲峰、高脉 冲峰三种变化，因而体现在电弧力上其变化也多了一种，在高脉冲期间的电弧力比低 脉冲期间要大，对熔池的搅拌作用也要强。采用四脉冲MIG焊方法进行铝镁合金的焊接 时，在高低脉冲期间内其熔滴过渡都保证在射流过渡的范围内，在高脉冲期间熔滴过 渡频率比低脉冲期间要快，对熔池的冲击作用更强，更有意义的是，高镁合金MIG焊焊 接工艺研究，低脉冲的各种作用的综合结果就是会产生协同强化的作用，四脉冲强烈 的熔池搅拌效果，对获得大的焊缝熔深，减少气孔，细化晶粒，降低裂纹敏感性， 减小成分偏析，提高接头力学性能起到非常关键的作用。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，***或设备等 均是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配 置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合 各种阶段。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合。可以以类似的 方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术的发展许多元素仅是示例而不限制 本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、 算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置， 并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技 术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况 下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

此外，尽管每个操作可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的顺序。一个过程可能有其他步骤。此外，可以通过 硬件、软件、固件、中间件、代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。 当在软件、固件、中间件或代码中实现时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可 以存储在诸如存储介质的非暂时性计算机可读介质中，并通过处理器执行所描述的任 务。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，所述权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解 为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容 之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发 明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种机器人双丝四脉冲新型焊接方法，所述机器人包括控制部件、送丝部件、相互通讯的两个脉冲焊接电源以及焊枪，其特征在于，所述方法包括，送丝部件将两根焊丝以一定角度前后排列伸向焊接部位；

所述控制部件控制所述两个脉冲焊接电源以使得向前丝提供的电流大于向后丝提供的电流；

并且所述控制部件还控制所述送丝部件以提供前丝和后丝相同或不同的送丝速度，以及控制所述脉冲焊接电源使用四个独立的脉冲以向所述焊丝提供焊接电流；

所述两根焊丝的送丝速度变化以使得所述两根焊丝交替进入焊接熔池；

所述四个独立的脉冲至少包括两个高频脉冲、一个低频脉冲、一个中频脉冲；

所述四个独立的脉冲的频率随送丝速度改变。

2.如权利要求1所述的机器人双丝四脉冲新型焊接方法，其特征在于，其中所述控制部件为单片机***。

3.如权利要求1所述的机器人双丝四脉冲新型焊接方法，其特征在于，所述两根焊丝的材质、直径、送丝速度相同或者不同。

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