脉冲MIG焊与TIG焊的复合焊炬及其焊接方法与流程

本发明属于焊接技术领域，是新型复合电弧及焊接工艺技术，具体涉及焊炬构造和焊接电弧控制技术，将双脉冲MIG焊和TIG焊集成一体的工艺方法。

背景技术：

在焊接领域，脉冲电弧焊和TIG焊都具有显著特点。TIG具有电弧稳定，电弧加热集中的优点，同时存在着效率低的缺点。熔化极电弧焊在保护气体和电弧长度以及熔化电极材料不同的情况下，出现特征显著不同的熔滴过渡形式，并由此产生不同的焊缝成形和焊缝性能。脉冲MIG焊接以在很大的电流范围内获得射流过渡，轴向性好，飞溅小，适应于全位置焊接，焊缝成形美观的优点，大大促进了高质量，高效率焊接工艺的发展。随着机器人的快速发展与大量应用，熔化极弧焊在机器人焊接上应用越来越多，而非熔化极弧焊应用则相对较少，原因是非熔化极弧焊在焊接过程中需要有专门的焊丝送进机构，这势必会使机器人操作灵活性降低，且使执行机构的负荷加大影响其运行精度。为克服这一问题，法国液空焊接集团SAF开发一种新型TIG焊枪TopeTIG，其特征是将TIG焊的送丝位置进行了改变，形成如图1所示。这种模式虽然解决了一定的问题，但是焊接效率还存在有提高的空间。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题，基于TopeTIG焊枪的结构特点，为进一步提高钨极氩弧焊的焊接效率，提出一种将脉冲MIG电弧和TIG电弧结合在一起形成复合焊炬。

本发明的另一个目的在于提供一种脉冲复合电弧焊接的焊接方法。

本发明的技术方案如下：

复合焊炬，包括TIG焊枪主体、钨电极及保护气体喷嘴，钨电极的两侧对称设置焊丝导电嘴，焊丝穿过焊丝导电嘴，焊丝及焊丝导电嘴的外部套装有焊丝导电体，焊丝导电体与焊枪主体之间设有绝缘隔离层，焊丝导电嘴的中心线与钨电极中心线相交于一点，且焊丝中心线与钨电极尖端轮廓线相平行。

所述的钨电极外侧套装有高温绝缘套。

本发明的焊接方法包括下述步骤：

在焊接件准备就绪及对准钨极起弧位置后，开启TIG焊电源引燃电弧；在引弧前，需要通过保护气路提前给焊接区域通入保护气体；在排除焊接区域的空气后，在钨极与工件之间施加高频高压引燃TIG电弧，当TIG电弧燃烧并形成熔池后，开始送进双焊丝并启动脉冲MIG焊接电源；在双焊丝进入TIG电弧区域后，双焊丝将被TIG电弧加热熔化，同时在焊丝端部与工件间将产生MIG脉冲电弧；在焊接过程中，因TIG和MIG电弧电流为同一方向电流产生电磁收缩效应而使电弧聚集为一个整体电弧，而该整体电弧将同时加热母材金属和送进的焊丝熔化形成焊接熔池金属；在焊接停止时，先关断MIG焊枪，焊丝停止送进，MIG焊接电流进入收弧阶段，这时双焊丝在TIG电弧的加热下继续熔化并使焊丝干伸长度变小，而TIG电弧会继续燃烧；当进一步关断TIG焊枪开关后，TIG电弧电流衰减使熔池缓慢冷却直至最终熄灭。

本发明的优点效果如下：

采用复合电弧加热，加速了焊丝的熔化，提高了焊接效率，同时减小了复合电弧的枪体结构，增加了灵活性，因此很适合于机器人焊接。

附图说明

图1为现有技术中Tope TIG焊枪结构示意图。

图2为本发明复合电弧枪结构示意图。

图2中，1-焊丝导电体；2-绝缘隔离层；3-高温绝缘套；4-复合电弧；5-焊丝；6-焊丝导电嘴；7-保护气体喷嘴；8-钨电极；9-TIG焊枪主体；10-钨极导电夹；11-母材；12-保护气体；13-传统送丝位置。

具体实施方式

实施例

如图2所示，复合焊炬，包括TIG焊枪主体9、钨电极8及保护气体喷嘴7，钨电极8外侧套装有高温绝缘套3；钨电极8的两侧对称设置焊丝导电嘴6，焊丝5穿过焊丝导电嘴6，焊丝及焊丝导电嘴的外部套装有焊丝导电体1，焊丝导电体1与TIG焊枪主体9之间设有绝缘隔离层2，焊丝导电嘴的中心线与钨电极中心线相交于一点，且焊丝中心线与钨电极尖端轮廓线相平行；保证了两焊丝MIG电弧和TIG电弧形成一个整体复合电弧4。

所述的焊枪主体设有保护气体氩气管路及枪体的水冷结构，以保证焊接过程的良好保护和枪体自身的冷却。为实现不同直径的焊丝输送，需要相应地能进行焊丝导电嘴6的更换。

本发明的焊接方法包括下述步骤：

在焊接件准备就绪及对准钨极起弧位置后，开启TIG焊电源引燃电弧；在引弧前，需要通过保护气路提前给焊接区域通入保护气体；在排除焊接区域的空气后，在钨极与工件之间施加高频高压引燃TIG电弧，当TIG电弧燃烧并形成熔池后，开始送进双焊丝并启动脉冲MIG焊接电源；在双焊丝进入TIG电弧区域后，双焊丝将被TIG电弧加热熔化，同时在焊丝端部与工件间将产生MIG电弧；在焊接过程中，因TIG和MIG电弧电流为同一方向电流产生电磁收缩效应而使电弧聚集为一个整体电弧，而该整体电弧将同时加热母材金属和送进的焊丝熔化形成焊接熔池金属。在焊接停止时，先关断MIG焊枪，焊丝停止送进，MIG焊接电流进入收弧阶段，这时双焊丝会在TIG电弧的加热下继续熔化并使焊丝干伸长度变小，而TIG电弧会继续燃烧；当进一步关断TIG焊枪后，TIG电弧电流衰减使熔池缓慢冷却直至最终熄灭。

复合电弧的维弧是TIG电弧，其供电需采用适合TIG焊接特性的焊接电源；焊丝电弧是脉冲MIG焊，采用适合脉冲的焊接电源。需要两个焊接电源的控制都具有4T操作功能，即具有引弧、焊接电流、收弧和停止四个环节及相应调节。

焊接工艺实施过程：

（1）接好焊接电源连线，钨极接负极，焊丝接负极，焊件接正极，形成直流正接法。

（2）接通循环冷却水，保证水流正常。

（3）连接好保护气体管路，保证气路密封性良好。

（4）并根据焊丝直径选择导电嘴并正确安装。

（5）调整焊丝机构使双焊丝端部接近钨极端部。

（6）焊件准备与组装，调整钨极位置和双丝的走向及高度，使钨极端部距离工件表面2～3mm，双丝可以根据焊缝的宽度和高度要求确定横排或纵排。

（7）引燃钨极电弧后，提升电弧高度到4～6mm左右，然后启动送丝电机送进焊丝，同时开启脉冲MIG焊接电源进行设定焊接规范参数的焊接。

（8）焊接结束时，关断MIG焊枪开关，焊丝停止送进，同时MIG电弧进入收弧衰减阶段，当焊丝在收弧电流及TIG电弧加热下干伸长度变短进入熄灭状态。在继续维持一定时间后，关断TIG焊枪开关，TIG电弧燃烧进入收弧阶段直至最后电弧熄灭。

复合电弧焊枪是在TIG焊枪的主体结构上增设两个以钨极为对称中心的送丝导电嘴及相应附件，如图2所示。在焊接时，高熔点的纯钨材料或钨合金（铈物或钍钨等）和工件产生一个维弧电弧；两个对称的导电嘴中则送进一定速度的填充焊丝，焊丝与工件间产生熔化极电弧。本发明的复合电弧除采用专门的特制焊枪外，还可以采用普通TIG与两个MIG焊枪组合实施，这需要专门夹具将三个焊枪按照一定角度组合在一起，为实现组合后的焊枪能够实现三个电弧集合在一起形成共同电弧和熔池，需要TIG和MIG焊枪的喷嘴采用较大长径比。

复合电弧焊接工艺过程是在焊接件准备就绪及对准钨极起弧位置后，开启TIG焊电源引燃电弧。在引弧前，需要通过保护气路提前给焊接区域通入保护气体。在排除焊接区域的空气后，在钨极与工件之间施加高频高压引燃TIG电弧，当TIG电弧燃烧一定时间并形成熔池后，开始送进双焊丝并启动脉冲MIG焊接电源。在双焊丝进入TIG电弧区域后，双焊丝将被TIG电弧加热熔化，同时在焊丝端部与工件间将产生MIG电弧。在焊接过程中，因TIG和MIG电弧电流为同一方向电流产生电磁收缩效应而使电弧聚集为一个整体电弧，而该整体电弧将同时加热母材金属和送进的焊丝熔化形成焊接熔池金属。在焊接停止时，先关断MIG焊枪，焊丝停止送进，MIG焊接电流进入收弧阶段，这时双焊丝会在TIG电弧的加热下继续熔化并使焊丝干伸长度变小，而TIG电弧会继续燃烧。当进一步松开TIG焊枪开关后，TIG电弧电流衰减使熔池缓慢冷却直至最终熄灭。

在电弧燃烧时，钨极和双焊丝间互相绝缘且由不同电源供电，双焊丝是采用可调参数的脉冲电源供电，因此焊丝端头的电位将进行着不同变化，在焊丝电弧休止期间，仅有钨极和工件间产生的TIG电弧；脉冲期间，TIG电弧会引燃脉冲电弧，焊丝由脉冲电弧和TIG电弧共同加热后熔化，这样TIG电弧变为维弧，焊丝产生电弧为脉冲电弧。在焊接过程中，因TIG和MIG电弧电流为同一方向电流产生电磁收缩效应而使电弧聚集为一个整体电弧，而该整体电弧将同时加热母材金属和送进的焊丝熔化形成焊接熔池金属。由于钨极和焊丝分别由独立电源供电，两个MIG电弧间的电流分配是根据焊丝的熔化情况所决定的电弧长度进行自身协调，三个电弧（两个MIG电弧+一个TIG电弧）产生的热量则是叠加在一起共同影响焊丝的熔化和熔池的形成。同时为避免焊丝与钨极间形成串联电弧，在钨极干伸长度上加装耐高温绝缘套。而形成这种复合脉冲电弧的电极基本结构是熔化极+钨极+熔化极，因此，把这种焊接电弧称为P-MTM电弧。