專利名稱：基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置及焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種焊接裝置，本發(fā)明也涉及一種焊接方法。
(二)
背景技術：
在常規(guī)電弧焊工藝中，電弧總是建立在電極和工件之間，焊接電流通過電弧 全部作用于工件，易導致焊縫的熔深淺、熱影響區(qū)寬和焊接變形大等問題。要提 高焊縫熔深或焊接效率(焊接速度或熔敷率)，就勢必要增加焊接電流；而隨著焊 接電流的增大，電弧對工件的熱輸入也相應增加，形成熔池的溫度高、熱影響區(qū) 寬、焊縫成形差。與常規(guī)電弧焊不同，單電源型雙面電弧焊工藝，工件不接焊接 電源，將兩把焊槍連接于同一電源的兩接線端形成一個回路，即兩把焊槍串聯(lián)起 來工作，焊接電流直接流過焊接區(qū)域，電流密度和電磁力分布集中，形成的焊縫 熔深大、熱影區(qū)較窄、焊接變形小。然而，由于電弧直接穿過焊接區(qū)域，易出現(xiàn) 焊縫過燒和焊穿、電極燒損嚴重等缺陷，表現(xiàn)出雙面焊的熔透焊接參數(shù)范圍比較 窄，即熔透對焊接參數(shù)的變化比較敏感，故成為限制其工業(yè)生產(chǎn)應用的重要因素。
目前，國內(nèi)外對雙弧焊、雙面焊工藝和旁路分流設備有一些研究和報道， 例如美國專利號為US7297900的專利文件中記載了一種旁路分流的電弧焊槍， 該裝置由電弧焊槍和熔化極焊絲組成；美國專利號為US0059卯446的專利文件 中記載了一種單電源雙面電弧焊的方法，該方法利用一個焊接電源連接兩把電 弧焊槍，進行雙面電弧焊；中國專利號為97108808.X的專利文件中記載了一種 直長型連續(xù)焊條焊接8-12mm中厚板I型坡口焊接工藝，采用連弧法雙面焊雙 面成型(或單面焊雙面成型焊8mm板)；焊接學報,2007,28(2)中刊登的基于有限 元分析對新型DE-G區(qū)W焊縫尺寸預測，記載了一種雙熔化極氣體保護焊工藝， 該工藝利用TIG焊槍構成旁路，分流一部分通過熔化極焊槍的電流，并對該工 藝進行有限元計算和定量分析。雖然這些技術內(nèi)容與本發(fā)明有一定的聯(lián)系，但 與本發(fā)明申請具有本質(zhì)的區(qū)別。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既可以解決常規(guī)電弧悍的熔深淺、熱影響區(qū)寬、
熔敷率低等問題，也可以解決雙面電弧焊易出現(xiàn)的焊縫過燒和焊穿、電極燒損 嚴重、焊接參數(shù)區(qū)間窄等缺陷的裝置及其焊接方法。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明的基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置的組成包括焊接電源、焊槍I 、 焊槍II 、送絲機和滑動變阻器，焊槍I和焊槍II中的至少一個是非熔化極焊槍， 焊槍I和焊槍II對稱置于工件的兩側，焊槍I和焊槍II的接電端分別與焊接電 源的正、負極相連，送絲機將填充焊絲送入到一個焊槍所形成的電弧或熔池中， 填充焊絲通過滑動變阻器與焊接電源相連。
基于本發(fā)明的基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置的焊接方法為
步驟l:將工件的待焊部位加工成I型、Y型或V型焊接坡口，并對制成的 雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；
步驟2:將工件固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持兩電弧焊槍的電極中心線在一條軸線上，其軸線與工件的夾
角a在80。 -100°之間，填充焊絲位于電弧焊槍的后部，其焊絲與電弧電極的 夾角為20° -80° ，填充焊絲的伸出長度為15mm-30mm;
步驟4:設定悍接工藝參數(shù)，總焊接電流/在20A-400A之間，分流電流Jp
在0A-350A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min ，填充焊絲直徑在 1. Omm-2. 0咖之間，送絲速度為1. Om/min-10m/min;
步驟5:開啟焊接電源，啟動引弧開關，在兩電極與工件之間形成兩個串 聯(lián)電弧或兩電極之間形成一個串聯(lián)電弧，送絲機將填充焊絲送入到電弧焊形成 的電弧或熔池中，經(jīng)過滑動變阻器與焊接電源的接線端相連；這樣來自焊接電
源的電流/ (即總焊接電流)，在電弧弧柱區(qū)分為兩部分， 一是主路電流乙(通 過被焊區(qū)域)，二是旁路電流/p (流經(jīng)填充焊絲)；通過改變滑動變阻器的電阻
值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲的電流/p，就可以調(diào)節(jié)穿過工件的電流乙，進而控制焊絲的
熔敷率和工件的熔透程度。
本發(fā)明在單電源雙面電弧焊的基礎上，利用填充焊絲和滑動變阻器與焊接 電源的接線端相連，在電弧弧柱區(qū)將焊接電源的電流分為主路和旁路兩部分，通 過改變滑動變阻器的電阻值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲的電流/,，就可以調(diào)節(jié)穿過工件的
電流乙，進而控制焊絲的熔敷率和工件的熔透程度。采用該發(fā)明既可以解決常
規(guī)電弧焊的熔深淺、熱影響區(qū)寬、熔敷率低等問題，也可以解決雙面電弧焊易 出現(xiàn)的焊縫過燒和焊穿、電極燒損嚴重、焊接參數(shù)區(qū)間窄等缺陷，在增加焊縫 熔深和熔敷率、穩(wěn)定焊接過程、改善焊縫質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢。 本發(fā)明的主要優(yōu)點體現(xiàn)在
1、 工件不接焊接電纜，焊接電流經(jīng)一側焊槍后，直接流過焊接區(qū)域，然后 由另一焊槍回到焊接電源，這樣在兩電極與工件之間形成兩個串聯(lián)電弧或兩電 極間形成一個串聯(lián)電弧，電流密度分布和電磁力分布集中，形成的焊縫熔深大、 熱影區(qū)窄、焊接變形小；
2、 利用填充焊絲和滑動變阻器與焊接電源的接線端相連，在電弧弧柱區(qū)將 焊接電流分為主路(通過被焊區(qū)域)和旁路(流經(jīng)填充焊絲)兩部分，通過改 變滑動變阻器的電阻值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲的電流/p，就可以調(diào)節(jié)穿過工件的電流
乙，進而控制焊絲的熔敷率和工件的熔透程度。
3、 旁路分流作用對解決單電源雙面電弧焊的兩側電弧焊槍對焊接參數(shù)的要 求不一致性問題也具有明顯優(yōu)勢，例如為防止焊縫下塌，考慮背面非熔化極電 弧焊(GTA或PAW)熔池的自保持能力，所采取的焊接電流又不能太大，而為了獲 得穩(wěn)定的熔化極電弧焊(GMA)焊接過程，需要采用較大的電流，利用填充焊絲對 來自熔化極焊槍的電流進行分流、減少流經(jīng)非熔化極焊槍的電流可解決這一矛 盾；
4、 由于通過填充焊絲和電弧電極的電流方向相反，由左手定律可知，電弧 內(nèi)產(chǎn)生斥力，電弧被壓向前方，即使填充焊絲與熔化極電極臨近，也不會熔化 后產(chǎn)生飛濺，且能順利地插入到電弧或熔池中。
5、 由于旁路電流對填充焊絲的預熱作用，可以大幅度提高填充焊絲的熔敷 率，提高焊接生產(chǎn)效率。
6、 該系統(tǒng)焊接工藝穩(wěn)定并具有很強的焊接適應性，可廣泛應用于中厚板或 薄板金屬結構中長直焊縫或環(huán)焊縫的焊接過程中，對提高焊接生產(chǎn)率、改善焊 接質(zhì)量、減少焊接變形和節(jié)約成本等具有明顯優(yōu)勢；
7、 本發(fā)明裝置可在傳統(tǒng)GMA或GTA焊接系統(tǒng)基礎上，進行適當?shù)暮附友b置
的改造來實現(xiàn)，制造簡單，工藝參數(shù)調(diào)節(jié)靈活快速，操作方便。

圖1是基于焊絲分流的熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置的示意圖； 圖2是基于焊絲分流的非熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述具體實施方式
一-
結合圖1，它是一種基于焊絲分流的熔化極-非熔化極雙面電弧焊的實施方 式，本實施方式由焊接電源1、熔化極焊槍I2、焊絲3、送絲機4、非熔化極 焊槍H5、鎢極6、送絲機7、填充焊絲8和滑動變阻器9等組成。它包括一個 熔化極焊槍I2，另一個是非熔化極焊槍I15，焊接前，將熔化極焯槍2和非熔 化極焊槍5分別對稱放置于工件10的上下兩側，將熔化極焊槍I 2的接電端與 焊接電源1的正極相連，非熔化極焊槍I15與焊接電源1的負極相連，利用送 絲機7將填充焊絲8送入到熔化極焊槍2所形成的電弧11和熔池中，填充焊絲 8通過滑動變阻器9與焊接電源1的負極相連，起到分流和預熱焊絲8的作用。
基于本實施方式的焊絲分流的熔化極-非熔化極雙面電弧焊裝置的焊接方 法步驟如下
步驟l:將工件10的待焊部位根據(jù)需要加工成I型、Y型或V型坡口，并 對制成的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗。
步驟2:焊接前，將工件10固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持熔化極焊槍2和非熔化極焊槍5的電極中心線在一條軸線上， 其軸線與工件10的夾角在80° -100°之間，熔化極焊絲3的伸出長度為 15mm-30mm，鎢極6尖角端點距工件距離為2ram-6mm，填充焊絲8位于熔化極焊 槍2的后部，填充焊絲8與熔化極焊絲3的夾角為20° -80° ，其焊絲8伸出 長度為15mm-30mm。
步驟4:設定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在50A-400A之間，分流電流/p在
0A-350A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min，熔化極焊絲3的直徑為
0. 8mm-1.6mra，熔化極的送絲速度為2. Om/min-10m/min，填充焊絲8的直徑為
1. 0mm-2. 4mm，填絲速度為1. Om/min-10m/min，鉤極6直徑為1. 6腿-4. Omm。
步驟5:開啟焊接電源l，啟動引弧開關，在兩電極與工件之間形成兩個串 聯(lián)電弧或兩電極之間形成一個串聯(lián)電弧，送絲機7將填充焊絲8送入到電弧焊 形成的電弧11或熔池中，經(jīng)過滑動變阻器9與焊接電源1的接線端相連；這樣 來自焊接電源1的電流/ (即總焊接電流)，在電弧11弧柱區(qū)分為兩部分，一 是主路電流/ (通過被焊區(qū)域)，二是旁路電流/,(流經(jīng)填充焊絲)；通過改變
滑動變阻器9的電阻值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲8的電流/p，就可以調(diào)節(jié)穿過工件10
的電流乙，進而控制焊絲8的熔敷率和工件10的熔透程度。
具體實施方式
二
結合圖3，它是基于焊絲分流的非熔化極-非熔化極雙面電弧焊的實施方式， 本實施方式由焊接電源l、非熔化極焊槍I22、鎢極1123、非熔化極焊槍I15、 鎢極6、送絲機7、填充焊絲8和滑動變阻器9等組成。它包括兩個非熔化極焊 槍，即非熔化極焊槍I22和非熔化極焊槍I15，焊接前，將非熔化極焊槍I22 和非熔化極焊槍I15對稱放置于工件10的兩側，將非熔化極焊槍I 22的接電端 與焊接電源1的負極相連，非熔化極焊槍I15的接電端與焊接電源1的正極相 連，利用送絲機7將填充焊絲8送入到非熔化極焊槍I 22所形成的電弧21或 熔池中，填充焊絲8經(jīng)過滑動變阻器9與焊接電源1的正極相連，起分流和預 熱悍絲8的作用。
基于本實施方式的焊絲分流的非熔化極-非熔化極雙面電弧焊的焊接方法 的焊接步驟如下
步驟l:將工件10的待焊部位根據(jù)需要加工成I型或Y型坡口，并對制成 的雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗。
步驟2:焊接前，將工件10固定在焊接工裝夾具上；
步驟3:保持非熔化極焊槍I 22和非熔化極焊槍I15的電極線在一條軸線 上，其軸線與工件10的夾角在80° -100°之間，鎢極的尖角端點距工件距離 為2mm-6mm，填充焊絲8位于非熔化極焊槍I 22的后部，填充焊絲8與鉤極n 23的夾角為20。 -80° ，其焊絲8伸出長度為15mm-30mm。
步驟4:設定焊接工藝參數(shù)，焊接電流/在20A-400A之間，分流電流/p在
0A-350A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min，鴇極直徑為1.6mm-4. Oram，
填充焊絲8的直徑為1. Omm-2. 0咖，送絲速度為1. Om/min-10m/min。
步驟5:開啟焊接電源l，啟動引弧開關，在兩電極與工件之間形成兩個串 聯(lián)電弧或兩電極之間形成一個串聯(lián)電弧，送絲機7將填充焊絲8送入到電弧焊 形成的電弧21或熔池中，經(jīng)過滑動變阻器9與焊接電源1的接線端相連；這樣 焊接電源1的電流/ (即總焊接電流)，在電弧21弧柱區(qū)分為兩部分， 一是主 路電流乙(通過被焊區(qū)域)，二是旁路電流/p (流經(jīng)填充焊絲)；通過改變滑動
變阻器9的電阻值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲8的電流々，就可以調(diào)節(jié)穿過工件10的電
流乙，進而控制焊絲8的熔敷率和工件10的熔透程度。
權利要求
1、一種基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置，包括焊接電源、焊槍I、焊槍II、送絲機和滑動變阻器，焊槍I和焊槍II中的至少一個是非熔化極焊槍，其特征是焊槍I和焊槍II對稱置于工件的上下兩側，焊槍I和焊槍II的接電端分別與焊接電源的正、負極相連，送絲機將填充焊絲送入到一個焊槍所形成的電弧或熔池中，填充焊絲通過滑動變阻器與焊接電源相連。
2、 根據(jù)權利要求l所述的基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置，其特征是它 包括一個熔化極焊槍I ，另一個是非熔化極焊槍II，將熔化極焊槍I的接電端 與焊接電源的正極相連，非熔化極焊槍II與焊接電源的負極相連。
3、 根據(jù)權利要求l所述的基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置，其特征是它包括兩個非熔化極焊槍， 一個非熔化極焊槍的接電端與焊接電源的負極相連， 另一個非熔化極焊槍的接電端與焊接電源的正極相連。
4、 一種基于本發(fā)明的基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置的焊接方法，其特征是步驟l:將工件的待焊部位加工成I型、Y型或V型焊接坡口，并對制成的 雙面焊接坡口及其兩側表面進行打磨和清洗； 步驟2:將工件固定在焊接工裝夾具上；步驟3:保持兩電弧焊槍的電極中心線在一條軸線上，其軸線與工件的夾角a在8(T -100°之間，填充焊絲位于電弧焊槍的后部，其焊絲與電弧電極的 夾角為20° -80° ，填充焊絲的伸出長度為15mm-30mm;步驟4:設定焊接工藝參數(shù)，總焊接電流/在20A-400A之間，分流電流/p在0A-350A之間，焊接速度為10cm/min-200cm/min ，填充焊絲直徑在 1.0mm-2. Omm之間，送絲速度為1. 0m/min-10m/min;步驟5:開啟焊接電源，啟動引弧開關，在兩電極與工件之間形成兩個串 聯(lián)電弧或兩電極之間形成一個串聯(lián)電弧，送絲機將填充焊絲送入到電弧焊形成 的電弧或熔池中，經(jīng)過滑動變阻器與焊接電源的接線端相連；這樣來自焊接電 源的電流/，在電弧弧柱區(qū)分為兩部分， 一是主路電流/ ， 二是旁路電流/p;通過改變滑動變阻器的電阻值可調(diào)節(jié)流經(jīng)焊絲的電流/p ，就可以調(diào)節(jié)穿過工件 的電流乙，進而控制焊絲的熔敷率和工件的熔透程度。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于焊絲分流的雙面電弧焊裝置及焊接方法。包括焊接電源、焊槍I、焊槍II、送絲機和滑動變阻器，焊槍I和焊槍II中的至少一個是非熔化極焊槍，焊槍I和焊槍II對稱置于工件的上下兩側，焊槍I和焊槍II的接電端分別與焊接電源的正、負極相連，送絲機將填充焊絲送入到一個焊槍所形成的電弧或熔池中，填充焊絲通過滑動變阻器與焊接電源相連。采用該發(fā)明既可以解決常規(guī)電弧焊的熔深淺、熱影響區(qū)寬、熔敷率低等問題，也可以解決雙面電弧焊易出現(xiàn)的焊縫過燒和焊穿、電極燒損嚴重、焊接參數(shù)區(qū)間窄等缺陷，在增加焊縫熔深和熔敷率、穩(wěn)定焊接過程、改善焊縫質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢。
文檔編號B23K9/02GK101391331SQ20081013746
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權日2008年11月6日
發(fā)明者姚競爭, 鋒 李, 苗玉剛 申請人:哈爾濱工程大學