一种InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明提出一种新的焊接方法，一种InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法，属于材料加工工程领域。
【背景技术】
[0002]在现代焊接技术中，质量、效率、低成本是焊接工业生产中的重要指标，并且随着航天、航空事业、交通运输、海洋工程等的快速发展，每年需要大量的焊接工作量。对于高质量高效低成本的焊接方法提出了更高的要求。采用复合热源的焊接方法成为了目前、解决这一问题的主要方法。
[0003]作为激光-电弧复合焊接的一种重要形式，对于薄板，一般应用激光-TIG电弧复合焊接，专利201410385202.2,03134043.1针对激光-TIG电弧复合提出了特点的焊接方案。但是，在激光-TIG电弧复合焊接过程中，由于装配不可避免的存在间隙、错边等问题，一般采用激光-TIG电弧复合填丝的焊接方法进行焊接，尤其是随着板厚增加，都必须采用激光-TIG电弧复合填丝的焊接方法。
[0004]在激光-TIG电弧复合填丝焊接过程中，存在以下问题:
[0005]1、TIG焊枪和送丝装置固定在激光头上，焊枪端部体积大、定位可靠性差，限制了机器人的灵活性和可达性；
[0006]2、钨极和送丝嘴的位置十分敏感，使得焊丝的送给角度和位置对熔滴形成和长大影响较大，从而影响焊件过程的稳定性；
[0007]3、当焊接方向改变时，焊枪方向需要借助机器人的第六轴来控制，对于复杂的工件，还得增加一个转轴(第七轴)。
[0008]专利201410255666.1提出了一种激光-TOPTIG复合焊接的方法，有效的解决了激光-TIG电弧复合填丝焊接过程中的上述问题，但是仍然存在以下问题:
[0009]1、焊接厚度超过4_的板时，则需要激光功率较大，对激光器功率要求较高，提高了焊接成本；
[0010]2、在激光-TOPTIG复合焊接中，虽然相比于激光-TIG电弧复合填丝降低了装配精度，但是由于采用了激光引导的焊接方式，其装配精度要求相比于电弧焊接仍然较高。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是针对上述存在的问题，提出一种InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法。
[0012]本发明的一种InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的:
[0013]一、焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0014]二、将InFocus焊枪与TOPTIG焊枪共同作用于被焊接区域，调整TOPTIG焊枪与竖直方向夹角至25°?55°，保持InFocus焊枪的轴线与待焊工件垂直设置，调整InFocus电极端部与TOPTIG钨极端部之间距离为2?3mm，设置InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接的焊接参数:焊丝与鹤极延长线的夹角在15°?30°，送丝速度为50?600mm/min，焊接速度为50?1000mm/min，保护气采用Ar气，流量为15?30L/min ；
[0015]三、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先InFocus高频起弧，在电弧稳定I?2S后，TOPTIG起弧，再向熔池区域送给焊丝，最后控制机器人使焊枪共同运动完成焊接过程。
[0016]InFocus技术是一种利用特殊材料设计制成的阴极，并且对阴极充分冷却，使电弧高度聚集于电极尖端，极大的提高了能量密度，电弧稳定性和电弧压力。InFocus技术与传统的TIG焊相比具有明显的优势，尤其在于:(1)低投入，相比等离子弧焊、激光焊接，其设备成本大幅降低；(2)对装配要求低；(3)应用广泛，可适用于各种材料焊接，焊接参数可识别性好；(3)焊接烟尘小，飞溅小；(4)保护需求与TIG —致；(5)加工稳定性和可重复性好。
[0017]InFocus电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，使其具有以下优点:(I)电弧能量高度集中，能量利用率提高，电流峰值高达1000A，可进行匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大，显著提高了生产效率；(2)电弧等离子体体积减小，气体保护效果更好；
(3)无磁偏吹(4) InFocus焊枪设计科学，经久耐用，耗材更换简单，且更易实现机械化和自动化。
[0018]InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法是利用InFocus焊接技术和TOPTIG焊接技术两种不同热源共同作用在同一区域形成熔池的新的焊接方法，其中，InFocus焊的核心特点是电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，电弧能量高度集中，能量利用率提高，电流峰值高达1000A，焊接效果类似激光匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大显著提高了生产效率，而成本相较于激光焊接有了大幅度降低；
[0019]其中，InFocus焊的核心特点是电弧受到机械压缩并优化了阴极冷却设计，电弧能量高度集中，能量利用率提高，电流峰值高达1000A，焊接效果类似激光匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大显著提高了生产效率，而成本相较于激光焊接有了大幅度降低；
[0020]TOPTIG焊的核心特点是送丝嘴和焊枪一体化集成设计并通过特制的夹具与InFocus焊枪固定在一起，焊丝以20°通过气体喷嘴送入到鹤极端部的下方，事实上，焊丝与电极锥体平行，这样焊丝穿过电弧中最热的区域从而获得很高的熔敷效率。InFocus电极端部、TOPTIG钨极端部和焊丝端部延长线相交于一点，共同作用形成熔池。
[0021]InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法相比于激光-TOPTIG复合焊的优点表现为以下几点:
[0022]1、InFocus焊枪设计小巧，InFocus-TOPTIG复合焊接头端部体积尺寸可进一步缩小，减少了定位变量，可以提高定位精确度和稳定性，保证焊接精度和稳定性，提高焊缝质量;
[0023]2、InFocus电弧能量高度集中，焊接效果类似激光匙孔焊接，焊接熔深显著增加，深宽比加大，显著提高了生产效率，在一定程度上可代替激光焊接，而成本相较于激光焊接有了大幅度降低；；
[0024]3、InFocus-TOPTIG复合焊接是一种双电弧的复合焊接方法，对于装配精度要求可以进一步放宽，降低了装配成本；
[0025]根据TOPTIG焊的焊丝熔化的熔滴过渡形式分为连续接触过渡和滴状过渡两种形式，InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接的熔滴过渡形式也可以根据送丝速度不同分为如下两种:
[0026]1、送丝速度较大时的连续接触过渡，这是送丝速度和熔化速度达到平衡时在焊丝熔化的金属和熔池之间形成的连续接触的熔滴过渡形式。其过程为，在双电弧稳定共同作用下焊丝端部的熔化金属和熔池接触，持续接触建立起金属桥，熔化的金属以金属桥的形式持续过渡，当送丝速度减小时，液态金属桥形成颈缩，当停止送丝时，液态金属桥发生断裂。此种过渡形式下，焊丝过程稳定，熔覆率高，焊接速度快且焊缝成形均匀一致，适合于所有的普通熔焊和钎焊焊丝的高速焊接。
[0027]2、送丝速度较小时的滴状过渡，这是与MIG焊接过程中的短弧长亚射流过渡类似。焊丝熔化形成熔滴，随着焊丝送进熔滴长大并与熔池接触，形成液态金属小桥颈缩，当颈缩断开焊丝继续熔化，形成一个个熔滴，当焊接过程结束后，熔滴停留在焊丝端部。此种过渡形式下的熔滴对熔池产生持续的冲击力使得熔池产生振荡，可以减少气孔的缺陷，焊缝较宽且均匀一致，可用于小电流和低送丝速度的焊接。
【附图说明】
[0028]图1为本发明的InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法示意图；
[0029]图2为激光-TOPTIG复合焊接铝合金焊缝表面形成图；
[0030]图3为激光-TOPTIG复合焊接铝合金焊缝纵截面金相图；
[0031]图4为激光-TOPTIG复合焊接铝合金焊缝纵截面图；
[0032]图5为InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接铝合金焊缝表面形成图；
[0033]图6为InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接铝合金焊缝纵截面金相图；
[0034]图7为InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接铝合金焊缝纵截面图。
【具体实施方式】
[0035]【具体实施方式】一:本实施方式的一种InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的:
[0036]一、焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0037]二、将InFocus焊枪与TOPTIG焊枪共同作用于被焊接区域，调整TOPTIG焊枪与竖直方向夹角至25°?55°，保持InFocus焊枪的轴线与待焊工件垂直设置，调整InFocus电极端部与TOPTIG钨极端部之间距离为2?3mm，设置InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接的焊接参数:焊丝与鹤极延长线的夹角在15°?30°，送丝速度为50?600mm/min，焊接速度为50?1000mm/min，保护气采用Ar气，流量为15?30L/min ；
[0038]三、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先InFocus高频起弧，在电弧稳定I?2S后，TOPTIG起弧，再向熔池区域送给焊丝，最后控制机器人使焊枪共同运动完成焊接过程。
[0039]本实施方式在InFocus-TOPTIG双电弧复合焊接时，InFocus焊枪采用Kjellberg公司生产的InFocuslOOOA型号的焊机，在焊接时可根据板的厚度调节焊接电流的大小；TOPTIG焊接采用SAF公司生产的TOPTIG焊机。
[0040]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的TOPTIG焊的焊丝熔化的熔滴过渡形式分为连续接触过渡和滴状过渡。其它与【具体实施方式】一相同。
[0041]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中的焊接参数:焊丝与钨极延长线的夹角在20°?30°，送丝速度为100?600mm/min，焊接速度为100?1000mm/min，保护气采用Ar气，流量为15?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0042]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中的焊接参数:焊丝与钨极延长线的夹角在20°?30°，送丝速度为200?600mm/min，焊接速度为300?1000mm/min，保护气采用Ar气，流量为15?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。<