双丝间接电弧交替旁路的焊接方法
【专利摘要】双丝间接电弧交替旁路的焊接方法，属于焊接【技术领域】。该方法打破传统弧焊的限制，在提高熔敷量的同时降低焊接热输入，可以实现熔敷量和热输入分开调节。两根焊丝以一定的夹角由两个送丝机送进并位于工件的上方，两根焊丝与交流焊接电源的两个电极相连并建立间接电弧；换向开关与直流焊接电源正极连接，换向开关的另两端分别与两根焊丝连接，直流焊接电源负极连接工件，换向开关使两焊丝和被焊工件之间依次交替建立主电弧，换向开关交替换向工作调整焊丝上的电流方向，换向开关的换向频率和交流焊接电源的输出频率一致，并保证两个焊接电源同时在同一焊丝上的电流流向相同，间接电弧交替变化形成旁路电弧，间接电弧和主电弧共同工作完成焊接。
【专利说明】双丝间接电弧交替旁路的焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双丝间接电弧交替旁路的焊接方法，是一种多电极耦合电弧焊接方法，属于焊接【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在现代加工制造业和工业生产过程中，焊接技术已经成为一种重要的加工工艺。随着新材料的应用，对焊接技术提出了更高的要求，现代焊接技术向高效、优质、低耗方向发展，对焊接方法的生产率和热输入控制提出了越来越高的要求。高效化焊接的主要途径:一是提高焊接速度；二是提高熔敷速度，但是这两方面的提高最终要归结为焊接电流的大幅提高。传统的焊接工艺中，焊丝熔敷速度和热输入存在固有的局限，焊丝熔敷速度和热输入是不可解耦的，随着焊接电流的增大必然会增大焊接的热输入，造成焊接质量的下降。提高焊接生产效率和焊接质量，减少热输入减少缺陷是现代焊接界的研究热点。
[0003]近年来推出了大量的新型焊接工艺，例如:Tandem焊、CMT焊、多丝并联焊、Coldarc焊等等，虽然焊接热输入和焊接效率得到了提高，但是依旧没有从根本上改变传统的电弧模式:电弧的能量一部分用来熔化焊丝形成熔滴过渡到工件上，一部分在工件上产生很多热量，但工件产热量远大于用于熔化焊丝的热量，工件的产热就成为一种能量的浪费，这种能量增加了材料性能的变化。这些新型的焊接工艺的焊接电流减小使焊接电弧不稳定，过程控制难度增加，焊接设备成本增加。
[0004]现有的焊接电弧模式不能彻底改变固有的能量分配，美国肯塔基大学张裕明教授推出了 By-pass和Arcing-wire两种新型复合焊接方法，GTAff和GMAW两个电弧共同工作完成焊接，该焊接方法打破原有焊接电弧固有的搭配，实现热输入和金属熔敷分开调节。但是，上述两种焊接方法中GMAW的焊丝接电源输出的正极(DCEP)电弧稳定性好，焊丝熔化和熔滴过渡均匀，但焊丝熔化速度相对较低。而当焊丝接接电源输出的负极(DCEN)时，焊缝熔深浅，焊丝产热相对DCEP要高，焊丝的熔敷速度快，其熔化速度是DCEP的1.5倍。现有的焊接工艺中多是采用DCEP的接法，仅有交流MIG和CMTADVANCED等方法是可以充分利用电弧负极(DCEN)产热量多的优点来熔化更多的焊丝完成焊接过程，但是焊接设备成本很高。
[0005]本发明专利是一种增加焊丝的熔敷速度，同时能够提高能量利用效率的新型熔化极焊接方法，实现焊接过程热输入和熔敷速度的自由调节。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有电弧模式中提高焊丝熔敷速度和减少热输入二者之间的矛盾关系，提出一种增加焊接熔敷速度和减少电弧热输入的焊接方法。
[0007]本发明中采用直流焊接电源连接在焊丝和工件之间建立主电弧，交流焊接电源在两根焊丝之间建立一个间接电弧，主电弧交替出现在两根焊丝和工件之间，主电弧一方面加热焊丝和工件，控制热输入，另一方面提高熔滴过渡能力，间接电弧作用是熔化焊丝，可以单独调节熔敷速度。[0008]为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案:相同的两根焊丝以30-60°的夹角由两台送丝机分别送进，两根焊丝位于被焊工件的上方，交流焊接电源的两电极分别与两根焊丝的导电嘴相连，并在两根焊丝之间建立间接电弧，利用间接电弧的能量熔化送进的焊丝，直流焊接电源正极与换向开关连接，换向开关的另两端分别与两根焊丝连接，直流焊接电源负极连接被焊工件，通过换向开关使两焊丝和被焊工件之间依次交替建立主电弧，换向开关交替换向工作调整焊丝上的电流方向；换向开关的换向频率和交流焊接电源的输出电流频率要一致，保证直流焊接电源和交流焊接电源同时在同一焊丝上的电流流向相同。具体参见图1、2和3，当换向开关使焊丝I和直流焊接电源正极相连，直流焊接电源、焊丝1、工件形成电流回路，产生电弧I，交流焊接电源的正极连接焊丝I，负极连接焊丝II，两根焊丝之间形成间接电弧。当换向开关使焊丝II和直流焊接电源正极相连，直流焊接电源、焊丝I1、工件形成电流回路，产生电弧II，交流焊接电源的正极连接焊丝II，负极连接焊丝I，两根焊丝之间形成间接电弧。主电弧的交替换向与交流焊接电源的频率要一致。主电弧和间接电弧共同工作完成焊接。两个电弧的能量可以单独调节，实现了焊丝熔敷速度和工件热输入的分开调节。利用间接电弧的能量熔化送进的焊丝，通过调节间接电弧的电流和焊丝的送进速度来完成焊丝的熔敷速度的调节；主电弧不仅可以控制焊接热输入，同时还可以增大焊丝的等离子流力促使熔滴过渡到熔池中。换向开关交替换向工作调整焊丝上的电流方向，保证两根焊丝熔敷速度适当。
[0009]本发明的优点如下:
[0010]本发明所述的焊接方法区别于传统电弧焊接方法最显著的特征就是打破传统电弧熔敷速度和热输入固有的搭配，实现焊丝熔敷速度和焊接电弧的热输入分开调节，可以灵活的调整焊接过程中的传热和传质，这是一个对现有弧焊技术进行革新的发明，该方法可以利用一些现有的设备进行高效率、高质量以及经济的薄板及中厚板焊接。
【专利附图】
【附图说明】:
[0011]图1本发明的工作原理示意图；
[0012]图2焊丝I和电弧I工作示意图；
[0013]图3焊丝II和电弧II工作示意图；
[0014]图4电流波形时序图；
[0015]图中I为直流焊接电源，2为交流焊接电源，3为被焊工件，4为换向开关，5为焊丝I，6为焊丝II，7为间接电弧，8为电弧I，9为电弧II，10和11分别为两台送丝机。
【具体实施方式】:
[0016]以下具体地说明本发明的实施方式，附图中只是说明性质，只说明了该焊接方法有关电回路方面的连接方式，焊枪所必须的气路和水路接法都是使用常规接法，所以不再进行说明。
[0017]下面对该焊接方法的步骤进行详细说明:本发明的工作原理示意图见图1 ;焊丝I和电弧I工作示意图见图2 ;焊丝II和电弧II工作示意图见图3 ;直流焊接电源I的电流和交流焊接电源2的电流在焊丝I和焊丝II中的叠加关系见图4。
[0018](I)焊丝I和焊丝II分别由两台送丝机以一定角度自动送进，焊丝I和焊丝II分别与交流焊接电源的两个输出端连接；焊丝I和焊丝II同时与直流焊接电源的输出正极相连，在焊丝和直流焊接电源输出正极之间连有换向开关，换向开关控制两根焊丝与直流焊接电源正极导通。直流焊接电源为幅值可调的恒流或恒压电源。
[0019](2)焊丝I和焊丝II之间产生间接电弧(旁路电弧)，焊接过程中间接电弧(旁路电弧)始终存在。间接电弧(旁路电弧)热量主要来熔化焊丝，交流焊接电源正负半周的时间和幅值均可调的恒流或恒压电源。(3)焊丝I与直流焊接电源正极导通时，焊丝I和工件之间形成电弧I，焊丝I和焊丝II之间产生间接电弧，电弧I视为主电弧，焊丝II和焊丝I之间的间接电弧视为旁路电弧。
[0020](4)焊丝II与直流焊接电源正极导通时，焊丝II和工件之间形成电弧II，焊丝I和焊丝II之间产生间接电弧，电弧II视为主电弧，焊丝I和焊丝II之间的间接电弧视为旁路电弧。
[0021 ] (5)上述两个过程交替进行，主电弧和间接电弧共同工作实现焊接。换向开关导通频率和交流焊接电源的输出频率一致，同时保证焊接电流在焊丝上的方向一致。
[0022](6)图4的电流波形时序图中把焊丝I视为正极情况下的电流时序图，图中I1为直流焊接电源I的电流输出波形，I2为交流焊接电源2的电流输出波形，I3和I4分别为正常工作时焊丝I和焊丝II的电流波形图。
[0023](7)焊丝I与直流焊接电源正极导通时，流入焊丝I的电流为I3 (IJI2),间接电弧的电流为12，电弧I的电流为I115在这种工作方式下，焊丝I熔化的能量来自于电弧I和间接电弧，而电弧I同时增大焊丝I的熔滴过渡能力。在此状态中，焊丝II在间接电弧中处于DCEN状态，焊丝熔化速度快，间接电弧仅仅是对焊丝II进行加热熔化，不存在熔滴过渡，熔化的焊丝II为下个过程作准备。
[0024](8)焊丝II与直流焊接电源正极导通时，流入焊丝II的电流为I4 (IJI2),间接电弧的电流为I2，电弧II的电流为Ilt5在这种工作方式下，焊丝II熔化的能量来自于电弧II和间接电弧，而电弧II同时增大焊丝II的熔滴过渡能力。在此状态中，焊丝I在间接电弧中处于DCEN状态，焊丝熔化速度快，间接电弧仅仅是对焊丝II进行加热熔化，不存在熔滴过渡，熔化的焊丝I为下个过程作准备。
[0025](9)换向开关4控制两根焊丝的电流导通顺序，电弧I和电弧II相互导通，两个电弧互不干扰。
【权利要求】
1.双丝间接电弧交替旁路的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤:相同的两根焊丝以30-60°的夹角由两台送丝机分别送进，两根焊丝位于被焊工件的上方，交流焊接电源的两电极分别与两根焊丝的导电嘴相连，并在两根焊丝之间建立间接电弧，利用间接电弧的能量熔化送进的焊丝；直流焊接电源正极与换向开关连接，换向开关的另两端分别与两根焊丝连接，直流焊接电源负极连接被焊工件，通过换向开关使两焊丝和被焊工件之间依次交替建立主电弧，换向开关交替换向工作调整焊丝上的电流方向，换向开关的换向频率和交流焊接电源的输出电流频率要一致，并保证直流焊接电源和交流焊接电源同时在同一焊丝上的电流流向相同。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，换向开关的换向频率和交流焊接电源的输出电流频率要一致，保证直流焊接电源和交流焊接电源同时在同一焊丝上的电流流向相同，即为:当换向开关使焊丝I和直流焊接电源正极相连，直流焊接电源、焊丝1、工件形成电流回路，产生电弧I，交流焊接电源的正极连接焊丝I，负极连接焊丝II，两根焊丝之间形成间接电弧；当换向开关使焊丝II和直流焊接电源正极相连，直流焊接电源、焊丝I1、工件形成电流回路，产生电弧II，交流焊接电源的正极连接焊丝II，负极连接焊丝I，两根焊丝之间形成间接电弧；主电弧的交替换向与交流焊接电源的频率要一致，主电弧和间接电弧共同工作完成焊接。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，通过调节间接电弧的电流和焊丝的送进速度来完成焊丝的熔敷速度的调节，主电弧控制焊接热输入，同时增大焊丝的等离子流力促使熔滴过渡到熔池中；换向开关交替换向工作调整焊丝上的电流方向，保证两根焊丝熔敷速度适当。
【文档编号】B23K9/00GK103521885SQ201310456520
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】陈树军, 张亮, 白立来, 门广强, 盛珊, 龚金龙 申请人:北京工业大学