熔化極環狀負壓電弧焊接方法技術

熔化極環狀負壓電弧焊接方法，屬于焊接方法領域。通過抽氣裝置，使環狀電極內腔形成負壓狀態，并將負壓區域傳遞到電弧中心區，在電弧的徑向上形成一定的壓力差值，通過大氣壓的作用，使電弧產生拘束效果，形成高能量密度的拘束電弧。通過調節電弧中心處壓強的大小，可以調節電弧的拘束度、能量密度和電弧電壓的大小，從而實現對焊接熱輸入和焊縫成形的良好控制。另外，利用送絲裝置將焊絲通過環狀電極內腔垂直送入環狀電極與工件間形成的電弧區域，使焊絲與工件連接成回路并形成第二個電弧，實現熔化極環狀負壓的雙弧焊接。該焊接方法不僅結合了非熔化極電弧的良好穩定性和等離子弧的高能量密度，而且將熔化極焊接耦合進這一焊接過程。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種熔化極環狀負壓電弧焊接方法，屬于焊接方法領域。
技術介紹
焊接技術是現代工業中一項重要的加工工藝，通過焊接可以實現不同工件之間分子間的永久性連接，焊接連接的密封性好、結構強度高，因此焊接也被稱為“工業裁縫”。自1907年瑞典人專利技術焊條電弧焊以來，經過一個多世紀的發展，焊接技術得到了極大程度的提升，但隨著現代工業的逐步發展，傳統的焊接技術已無法滿足人們的需求，所以研發快速高效的焊接技術成為推動工業發展的一項重要內容。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的主導地位，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，為熔化極電弧焊，焊接過程中，電極熔化，熔化的液態金屬進入熔池，與熔化的母材融合、凝固，最終形成焊縫。調整焊接參數，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現焊接過程自保護效果。因此熔化極電弧焊適用范圍廣，生產效率高，易進行全位置焊及實現機械化和自動化。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1A時維持穩定燃燒，最大電流也可以達到300A。這種方法在焊接時，焊接熱輸入容易控制，適用于不同板厚不同位置的焊接，并且可以實現單面焊雙面成型。如今，現代工業的快速發展催生了大批新型焊接加工工藝，其中復合焊接方法稱為近些年的研究熱點，在復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復合焊，等離子+MIG復合焊，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：設備昂貴、不易起弧、電弧不穩定及熔滴過渡難以控制等。本專利技術通過簡單抽氣工藝，實現了壓縮非熔化極電弧與熔化極電弧的復合，該焊接方法不僅結合了非熔化極電弧的良好穩定性和等離子弧的高能量密度，而且將熔化極焊接耦合進這一焊接過程。既改善了傳統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。從而可以極大地提高焊接速度和生產效率，實現高質、高效焊接的統一。
技術實現思路
本專利技術目的在于克服現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形負壓電弧焊接方法。該焊接方法利用傳統的熔化極與非熔化極焊接電源，及一定的抽氣裝置，無需外加昂貴設備，能夠適應多種工作環境，兼具了非熔化極電弧的穩定性和熔化極電弧的熔敷蓋面效果，實現了非熔化極拘束高能電弧與熔化極電弧焊的復合焊接過程。熔化極環狀負壓電弧焊接方法，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層電弧同時存在，通過抽氣裝置使環狀非熔化極與熔化極電弧之間形成穩定的負壓狀態，在大氣壓力的作用下，產生壓縮作用，形成穩定的拘束電弧。所述非熔化極為環狀空心電極，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。焊接過程為非熔化極環狀電弧與熔化極電弧的同軸復合焊接。由抽氣裝置至空心環狀電極的氣體管路，通過抽氣裝置，使非熔化極與熔化極之間形成環狀負壓區域，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。焊接過程中，通過調節電弧中心的壓強值，可以調節和控制電弧的拘束度、能量密度和電弧電壓，從而調節熔化極的熔滴過渡、焊接熱輸入和控制焊縫的成型。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為一種熔化極環狀負壓電弧焊接方法。該熔化極環狀負壓電弧焊接裝置主要包括熔化極焊接電源及其控制系統(2)、非熔化極焊接電源及控制系統(1)、非熔化空心環狀電極(3)、焊接工件(4)、焊絲(20)、抽氣裝置(5)、壓力釋放裝置(7)、壓強顯示裝置(8)、閥門(10)、送絲裝置(22)、導電嘴(19)、密封絕緣套(18)、保護氣噴嘴(17)，導電嘴(19)為一空心管狀結構，導電嘴(19)同軸固定于非熔化空心管狀電極的空心管內，導電嘴(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電嘴(19)齊平；非熔化空心環狀電極(3)外為一空心環狀結構的保護氣噴嘴(17)；焊絲(20)通過送絲裝置(22)送入導電嘴(19)管內；熔化極焊接電源及其控制系統(2)分別與導電嘴(19)和工件(4)連接，非熔化極焊接電源及控制系統(1)分別與非熔化空心環狀電極(3)和工件(4)連接；其中抽氣裝置——壓力釋放裝置——閥門——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，壓力釋放裝置上設有壓強顯示裝置(8)；當抽氣裝置啟動、閥門處于開通狀態時，使得空心管狀電極內部和其下方電弧中心處的壓強等于壓力釋放裝置內的壓強，處于負壓狀態；熔化極焊接電源及控制系統——導電嘴——焊絲——焊接工件——熔化極焊接電源及其控制系統，構成一路電氣系統；非熔化極焊接電源及控制系統——環狀電極——焊接工件——非熔化極焊接電源及控制系統，構成另一路電氣系統。該焊接方法有關焊槍必須的氣路和水路連接法都是常規接法。該焊接方法包括以下步驟：(1)焊前準備工作。首先，將焊接工件及相匹配的焊絲準備就緒，如果板厚較大時，需要適當的開破口，但要求并不嚴格。之后，將熔化極焊接電源及其控制系統、非熔化極焊接電源及控制系統、非熔化極焊槍、焊接工件、焊絲及送絲裝置都連接到相應的回路中，焊槍處于焊接工件的正上方合適的位置，焊絲從焊槍的導電嘴(19)正上方垂直送入，焊槍必需的氣路和水路按照常規方法連接，確保抽氣裝置——壓力釋放裝置——閥門——空心環狀電極這一路正確連接；(2)抽氣，啟動抽氣裝置，對壓力釋放裝置進行抽氣處理；觀察壓強顯示裝置，直到壓力釋放裝置內的壓強達到預設值；(3)起弧，高頻引燃非熔化空心環狀電極(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，確保閥門處在關閉狀態，待熔化極電弧和非熔化極電弧穩定建立后，打開閥門，使抽氣裝置——壓力釋放裝置——閥門——空心環狀電極這一路接通，幾秒之后非熔化空心環狀電極負壓電弧和熔化極電弧穩定建立在電極與工件之間；(本文檔來自技高網...

【技術保護點】
熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于，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層電弧同時存在，通過抽氣裝置使環狀非熔化極與熔化極電弧之間形成穩定的負壓狀態，在大氣壓力的作用下，產生壓縮作用，形成穩定的拘束電弧。

【技術特征摘要】
1.熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于，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層電弧同時存在，通過抽
氣裝置使環狀非熔化極與熔化極電弧之間形成穩定的負壓狀態，在大氣壓力
的作用下，產生壓縮作用，形成穩定的拘束電弧。
2.根據權利要求1所述的熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于：所述
非熔化極為環狀空心電極，熔化極為MIG電弧焊接用熔化極。
3.根據權利要求1所述的熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于：所述
熔化極嵌套在非熔化極之中。
4.根據權利要求1所述的熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于：焊接
過程為非熔化極環狀電弧與熔化極電弧的同軸復合焊接。
5.根據權利要求1所述的熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于：由抽
氣裝置至空心環狀電極的氣體管路，通過抽氣裝置，使非熔化極與熔化極之
間形成環狀負壓區域，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。
6.根據權利要求1所述的熔化極環狀負壓電弧焊接方法，其特征在于：焊接
過程中，通過調節電弧中心的壓強值，可以調節和控制電弧的拘束度、能量
密度和電弧電壓，從而調節熔化極的熔滴過渡、焊接熱輸入和控制焊縫的成
型。
7.進行權利要求1-6任一項方法采用的裝置，其特征在于，主要包括熔化極
焊接電源及其控制系統(2)、非熔化極焊接電源及控制系統(1)、非...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣凡，徐斌，陳樹君，張瑞英，李曉旭，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京;11