TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法及装置与流程

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种TIG(Tungsten Inert Gas Welding，非熔化极惰性气体钨极保护焊)电弧辅助的MIG焊(Metal Inert-Gas Welding，熔化极惰性气体保护焊)非接触引弧方法及装置。

背景技术：

熔化极气体保护焊通常采用焊丝与工件接触的方式引燃电弧，这种引弧方式被称作接触引弧。接触引弧简单易行，但是，引弧过程中容易产生焊接飞溅，严重时还会出现焊丝爆断，尤其当焊丝末端带有较大直径的残留小球时。焊丝爆断时，若焊丝末端距离工件较远，就会造成引弧失败，需要二次或多次重新引弧，从而导致引弧可靠性较差。另外，焊接飞溅会黏着于焊枪喷嘴内壁降低其使用寿命，也会黏着于焊缝周围影响焊缝初始段的成形质量。

为了提高熔化极气体保护焊的引弧可靠性、减少引弧过程中产生的焊接飞溅，基于接触引弧方法已提出多种措施，比如，适当提高焊机的空载电压和短路电流上升率、焊前剪去焊丝末端的残留小球、收弧时采用低压小电流以避免焊丝末端残留较大尺寸的小球、引弧前慢速送丝、焊丝接触到工件时停止送丝或者反向回抽焊丝等。这些措施虽然可以不同程度地提高引弧可靠性、减少引弧阶段产生的焊接飞溅，但是很难保证从根本上避免焊接飞溅，因为引弧阶段产生的焊接飞溅与焊丝和工件的接触密切相关。

熔化极气体保护焊处于射滴或射流过渡模式时，焊接过程稳定且几乎无焊接飞溅产生，因而被广泛使用。但是在起初的引弧阶段，由于接触引弧的原因，不同程度的焊接飞溅总会产生。当焊接部位为短焊缝或者需要分段焊接时，由于焊接总时间比较短或者引弧次数比较多，此时引弧阶段产生的焊接飞溅对焊缝成形质量的影响就无法被忽略，有待解决。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法，该方法不仅引弧快速、可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅，确保了MIG焊的引弧性能。

本发明的另一个目的在于提出一种TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法，包括以下步骤：启动TIG焊，引燃TIG电弧；待所述TIG电弧建立后，启动采用直流反接的MIG焊，并且待所述MIG焊的空载电压加载后，随着所述MIG焊丝向工件送进或所述MIG焊丝还未开始送进，使得放电通道从MIG焊丝末端长出并发展到TIG电弧区，以将所述MIG焊丝末端与所述TIG电弧之间的间隙击穿；通过所述放电通道使得MIG电弧非接触引燃。

本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法，可以在当TIG焊的焊接参数和MIG焊的焊接参数分别在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在先引燃的TIG电弧辅助下均能够实现非接触引弧，即MIG焊均能够一次引弧成功，不仅引弧快速、可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅，确保了MIG焊的引弧性能。

另外，根据本发明上述实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，TIG钨极与MIG焊丝设置于预设距离内，使得先引燃的所述TIG电弧为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述MIG焊采用直流反接，使得所述MIG焊的空载电压加载后，所述MIG焊丝的电位高于所述TIG电弧的电位，且先引燃的所述TIG电弧的部分电子向高电位的所述MIG焊丝末端移动，以在移动的过程中使部分中性粒子电离，形成所述放电通道。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：根据MIG焊丝末端的直径D匹配合适的初始送丝速度v_s，使所述MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述MIG焊丝末端带有大于预设尺寸的残留小球时，降低所述MIG焊的初始送丝速度，确保所述残留小球在靠近所述工件的过程中能够通过非接触引燃的所述MIG电弧的加热作用获得足够的热量而熔化掉，且保证所述MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置，包括：启动模块，用于启动TIG焊，引燃TIG电弧；击穿模块，用于待所述TIG电弧建立后，启动MIG焊，并且待所述MIG焊的空载电压加载后，随着所述MIG焊丝向工件送进或所述MIG焊丝还未开始送进，使得放电通道从MIG焊丝末端长出并发展到TIG电弧区，以将所述MIG焊丝末端与所述TIG电弧之间的间隙击穿；引弧模块，用于通过所述放电通道使得MIG电弧非接触引燃。

本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置，可以在当TIG焊的焊接参数和MIG焊的焊接参数分别在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在先引燃的TIG电弧辅助下均能够实现非接触引弧，即MIG焊均能够一次引弧成功，不仅引弧快速、可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅，确保了MIG焊的引弧性能。

另外，根据本发明上述实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，TIG钨极与MIG焊丝设置于预设距离内，使得先引燃的所述TIG电弧为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

进一步地，在本发明的一个实施例中，TIG钨极与MIG焊丝设置于预设距离内，使得先引燃的所述TIG电弧为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述MIG焊采用直流反接，使得所述MIG焊的空载电压加载后，所述MIG焊丝的电位高于所述TIG电弧的电位，且先引燃的所述TIG电弧的部分电子向高电位的所述MIG焊丝末端移动，以在移动的过程中使部分中性粒子电离，形成所述放电通道。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：根据MIG焊丝末端的直径D匹配合适的初始送丝速度v_s，使所述MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述MIG焊丝末端带有大于预设尺寸的残留小球时，降低所述MIG焊的初始送丝速度，确保所述残留小球在靠近所述工件的过程中能够通过非接触引燃的所述MIG电弧的加热作用获得足够的热量而熔化掉，且保证所述MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的焊接系统原理示意图；

图3为根据本发明一个实施例的TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的时序控制示意图；

图4为根据本发明一个实施例的TIG焊采用直流正接-MIG焊采用直流反接时MIG焊非接触引弧过程的时序图像示意图；

图5为根据本发明一个实施例的TIG焊采用直流反接-MIG焊采用直流反接时MIG焊非接触引弧过程的时序图像示意图；

图6为根据本发明一个实施例的TIG焊接参数变化时的MIG焊非接触引弧时刻的电弧图像示意图；

图7为根据本发明一个实施例的MIG焊接参数变化时的MIG焊非接触引弧时刻的电弧图像示意图；

图8为根据本发明一个实施例的MIG焊在非接触引弧过程中不产生焊接飞溅的临界条件示意图；

图9为根据本发明一个实施例的焊丝末端带有较大尺寸的残留小球时MIG焊非接触引弧过程的时序图像示意图；

图10为根据本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法。

图1是本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法的流程图。

如图1所示，该TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法包括以下步骤：

在步骤S101中，启动TIG焊，引燃TIG电弧。

可以理解的是，如图2所示，本发明实施例的TIG焊和MIG焊均使用各自常规的焊接系统，MIG焊必须采用直流反接，TIG焊可以采用直流正接，亦可以采用直流反接或交流焊接。TIG焊机和MIG焊机的一个输出端都接到工件上，另一个输出端分别接到TIG焊枪和MIG焊枪上，通过一个夹持机构将TIG焊枪和MIG焊枪固定在一起，同时确保TIG钨极和MIG焊丝比较靠近；焊接开始时，先启动TIG焊，引燃TIG电弧。

在步骤S102中，待TIG电弧建立后，启动采用直流反接的MIG焊，并且待MIG焊的空载电压加载后，随着MIG焊丝向工件送进或MIG焊丝还未开始送进，使得放电通道从MIG焊丝末端长出并发展到TIG电弧区，以将MIG焊丝末端与TIG电弧之间的间隙击穿。

可以理解的是，如图3所示，本发明实施例待TIG电弧建立后，紧接着启动MIG焊，待MIG焊的空载电压加载后，随着MIG焊丝向工件送进或者MIG焊丝还未开始送进，一个细长的放电通道会从MIG焊丝末端长出并快速地发展到TIG电弧区，将MIG焊丝末端与TIG电弧之间的间隙击穿，随后借助此放电通道，MIG电弧实现非接触引燃。

在步骤S103中，通过放电通道使得MIG电弧非接触引燃。

可以理解的是，本发明实施例可以在将MIG焊丝末端与TIG电弧之间的间隙击穿之后，并借助此放电通道，MIG电弧实现非接触引燃，MIG电弧引燃后，MIG电弧与TIG电弧通过电磁作用相互耦合并最终趋于稳定状态。

进一步地，在本发明的一个实施例中，TIG钨极与MIG焊丝设置于预设距离内，使得先引燃的TIG电弧为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

可以理解的是，TIG钨极与MIG焊丝要比较靠近，这样先引燃的TIG电弧就可以为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

进一步地，在本发明的一个实施例中，MIG焊采用直流反接，使得MIG焊的空载电压加载后，MIG焊丝的电位高于TIG电弧的电位，且先引燃的TIG电弧的部分电子向高电位的MIG焊丝末端移动，以在移动的过程中使部分中性粒子电离，形成放电通道。

可以理解的是，如图4和图5所示，在焊接过程中，两种MIG电弧的非接触引燃过程。在实际焊接中，TIG焊通常采用直流正接，MIG焊通常采用直流反接，因此，本发明实施例以TIG焊采用直流正接-MIG焊采用直流反接的情况为例，对TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的性能加以具体说明。

具体地，保持MIG焊的焊接参数不变，单一变量地改变TIG焊的焊接参数(包括TIG焊接电流I₁、钨极与焊丝的水平间距d、TIG焊枪倾角θ₁、钨极高度h₁和TIG保护气体流量q₁)，如图6所示，可以看出：当TIG焊接电流I₁、钨极与焊丝的水平间距d、TIG焊枪倾角θ₁、钨极高度h₁和TIG保护气体流量q₁分别在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在先引燃的TIG电弧的辅助下均能够实现非接触引弧。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：根据MIG焊丝末端的直径D匹配合适的初始送丝速度v_s，使MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当MIG焊丝末端带有大于预设尺寸的残留小球时，降低MIG焊的初始送丝速度，确保残留小球在靠近工件的过程中能够通过非接触引燃的MIG电弧的加热作用获得足够的热量而熔化掉，且保证MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

可以理解的是，在TIG焊的焊接参数中，TIG焊接电流I₁和钨极与焊丝的水平间距d是影响TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧难易的关键因素；具体地，随着TIG焊接电流I₁的增加、钨极与焊丝的水平间距d的减小，TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧越容易，而TIG焊枪倾角θ₁、钨极高度h₁和TIG保护气体流量q₁对TIG电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的难易影响不是很大。

例如，以钨极与焊丝的水平间距d＝18mm为例，只要TIG焊接电流I₁≥50A，MIG焊在TIG电弧的辅助下均能实现非接触引弧。具体地，当50A≤I₁＜200A时，待MIG焊的空载电压加载后，MIG焊丝需要向工件送进一段距离(还未接触工件)后，一个细长的放电通道才能在MIG焊丝末端与TIG电弧之间形成，从而促使MIG电弧非接触引燃；而当I₁≥200A时，待MIG焊的空载电压加载后，MIG焊丝还未开始向工件送进，一个细长的放电通道就能在MIG焊丝末端与TIG电弧之间形成，从而促使MIG电弧非接触引燃。

例如，以TIG焊接电流I₁＝100A为例，只要钨极与焊丝的水平间距d＜22mm，MIG焊在TIG电弧的辅助下均能实现非接触引弧。实际焊接中，一般钨极高度h₁≥2mm，且h₁≤7mm，一般TIG焊枪倾角θ₁≤60°，一般MIG焊枪倾角θ₂≤60°，TIG焊和MIG焊的保护气体可以是Ar、He和Ar与He的混合气体。

另外，保持TIG焊的焊接参数不变，单一变量地改变MIG焊的焊接参数(包括初始送丝速度v_s、焊丝末端直径D、MIG焊枪倾角θ₂和MIG保护气体流量q₂)，如图7所示，可以看出：当初始送丝速度v_s、焊丝末端直径D、MIG焊枪倾角θ₂和MIG保护气体流量q₂在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在TIG电弧的辅助下均能够实现非接触引弧。

然而，要使MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅，需要根据焊丝末端直径D(即焊丝末端是否带有残留小球以及残留小球的大小)，匹配合适的初始送丝速度v_s，确保残留小球在向工件送进的过程中能够通过非接触引燃的MIG电弧的加热作用获得足够的热量而熔化掉，从而实现MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

进一步地，如图8所示，随着焊丝末端直径D的增加，为使MIG焊在非接触引弧过程中不产生焊接飞溅，所允许的最大初始送丝速度v_sm显著减小；比如，当焊丝末端无残留小球时，允许的最大初始送丝速度可达12m/min，而当焊丝末端带有直径达3.8mm的残留小球时，允许的最大初始送丝速度仅为0.2m/min。

如图9所示，焊丝末端带有直径D＝3.8mm的残留小球时，采用0.2m/min的初始送丝速度，获得的MIG焊非接触引弧过程的时序图像。从图中可知，MIG焊在非接触引弧过程中没有产生焊接飞溅。

根据本发明实施例提出的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法，可以在当TIG焊的焊接参数和MIG焊的焊接参数分别在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在先引燃的TIG电弧辅助下均能够实现非接触引弧，即MIG焊均能够一次引弧成功，不仅引弧快速可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置。

图10是本发明实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置的结构示意图。

如图10所示，该TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置10包括：启动模块100、击穿模块200和引弧模块300。

其中，启动模块100用于启动TIG焊，引燃TIG电弧。击穿模块200用于待TIG电弧建立后，启动采用直流反接的MIG焊，并且待MIG焊的空载电压加载后，随着MIG焊丝向工件送进或MIG焊丝还未开始送进，使得放电通道从MIG焊丝末端长出并发展到TIG电弧区，以将MIG焊丝末端与TIG电弧之间的间隙击穿。引弧模块300用于通过放电通道使得MIG电弧非接触引燃。本发明实施例的装置10不仅引弧快速、可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅，确保了MIG焊的引弧性能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，TIG钨极与MIG焊丝设置于预设距离内，使得先引燃的TIG电弧为MIG电极空间提供足够数量的带电粒子。

进一步地，在本发明的一个实施例中，MIG焊采用直流反接，使得MIG焊的空载电压加载后，MIG焊丝的电位高于TIG电弧的电位，且先引燃的TIG电弧的部分电子向高电位的MIG焊丝末端移动，以在移动的过程中使部分中性粒子电离，形成放电通道。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10还包括：根据MIG焊丝末端的直径D匹配合适的初始送丝速度v_s，使MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

进一步地，在本发明的一个实施例中，当MIG焊丝末端带有大于预设尺寸的残留小球时，降低MIG焊的初始送丝速度，确保残留小球在靠近工件的过程中能够通过非接触引燃的MIG电弧的加热作用获得足够的热量而熔化掉，且保证MIG焊在非接触引弧的过程中不产生焊接飞溅。

需要说明的是，前述对TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧方法实施例的解释说明也适用于该实施例的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的TIG电弧辅助的MIG焊非接触引弧装置，可以在当TIG焊的焊接参数和MIG焊的焊接参数分别在一个较宽泛的范围内变化时，MIG焊在先引燃的TIG电弧辅助下均能够实现非接触引弧，即MIG焊均能够一次引弧成功，不仅引弧快速、可靠，而且可以在整个引弧过程中不产生焊接飞溅，确保了MIG焊的引弧性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。