基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置及焊接方法，在一把焊槍體內(nèi)以很小的夾角對(duì)稱地布置了兩根鎢極，通過(guò)IGBT控制模塊以形成旁路分流耦合電弧，填充焊絲直接從耦合電弧的中心送入，利用電弧最熱部分來(lái)提高焊絲熔化效率，并利用旁路分流來(lái)精確控制焊絲和母材的熱輸入。本實(shí)用新型既能實(shí)現(xiàn)對(duì)填充材料的高效、穩(wěn)定加熱，又能有效精確控制焊絲與母材的熔化量，從而在保證高效率焊接的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接熱輸入的精確控制。本實(shí)用新型既適合同種材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，又適合鎳基合金與不銹鋼、銅等對(duì)稀釋率控制有嚴(yán)格要求的異種材料的可靠連接。
【專利說(shuō)明】基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種焊接裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)TIG填絲焊工藝中，填充焊絲從焊槍的前端送入熔池，焊絲與鎢極幾乎成90°，依靠熔池和電弧邊緣的熱量熔化填充焊絲進(jìn)行焊接，而TIG電弧溫度最高區(qū)域位于電弧中心，因而傳統(tǒng)TIG填絲焊未能有效利用電弧熱量，導(dǎo)致其焊絲熔化效率低。此外，由于傳統(tǒng)TIG填絲焊的送絲角度和送絲位置的限制，不僅導(dǎo)致焊槍端部的體積大、定位可靠性差，且送絲裝置決定了焊槍只能朝一個(gè)方向焊接。當(dāng)焊接方向改變時(shí)，焊槍還需要借助機(jī)器人的第六軸來(lái)控制，對(duì)于復(fù)雜情況還需額外增加轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)控制。因此，如何提高TIG焊的焊絲熔化效率、減小焊槍的總體尺寸、提高其操作的靈活性和機(jī)器人焊接的可達(dá)性成為亟待解決的問(wèn)題。
[0003]法國(guó)液空公司的T.0pderbecke等人提出了一種TOPTIG焊接工藝，該工藝采用一種特殊的送絲方式，焊絲與鎢極錐體基本平行，焊絲被直接送入電弧溫度最高部分，并在各種熱、力作用下熔化成類似MIG焊的熔滴。專利號(hào)為EP1459831 BI的文件記錄了一種TOPTIG焊槍及其焊接方法，其焊絲熔化效率高、熔滴過(guò)渡可控、焊接無(wú)方向性，既保留了原有TIG焊的電弧穩(wěn)定和熱輸入低的特點(diǎn)，又極大提高了焊絲熔化效率。然而，與傳統(tǒng)TIG填絲焊一樣，在TOPTIG焊工藝中，為獲得更高的焊絲熔化效率，需采用更大的焊接電流，這必然導(dǎo)致焊接熱輸入增加，從而引起工件的焊接變形、熱影響區(qū)擴(kuò)大等問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供提高焊接效率、精確控制焊接熱輸入的基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置及焊接方法。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置，其特征是:包括焊槍、焊槍電源、IGBT控流模塊，所述的焊槍包括焊槍外殼、主路鎢極、旁路鎢極，焊槍外殼上設(shè)置主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽，焊絲槽位于主路鎢極槽和旁路鎢極槽之間，主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽的端部分別設(shè)置主路鎢極導(dǎo)電嘴、旁路鎢極導(dǎo)電嘴、送絲嘴，主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽里分別安裝主路鎢極、旁路鎢極以及焊絲，且主路鎢極、旁路鎢極、焊絲的端部分別穿出主路鎢極導(dǎo)電嘴、旁路鎢極導(dǎo)電嘴、送絲嘴至焊槍外殼的外部，焊接電源的負(fù)極連接主路鎢極，焊接電源的正極分出兩路，第一路連接母材，第二路連接IGBT控流模塊，IGBT控流模塊連接旁路鎢極。
[0007]本實(shí)用新型基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置還可以包括:
[0008]1、焊槍電源與母材之間的第一路上安裝電流傳感器，電流傳感器通過(guò)線路連接IGBT控流模塊，在電流傳感器和IGBT控流模塊之間的線路上安裝采集電流傳感器信號(hào)并控制IGBT控流模塊從而控制主路鎢極與旁路鎢極之間電流分配的控制系統(tǒng)。
[0009]2、主路鎢極與旁路鎢極之間的夾角為15° -30° ;水平間距為2mm-7mm，主路鎢極相對(duì)于主路鎢極導(dǎo)電嘴的伸出量為3_-10_，旁路鎢極相對(duì)于旁路鎢極導(dǎo)電嘴的伸出量為
焊絲相對(duì)于送絲嘴的伸出量為5mm-15mm。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于:
[0011]1、該焊槍及其焊接方法可以利用電弧溫度最高的區(qū)域熔化焊絲，提高電弧能量的利用率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高的焊絲熔化效率(是常規(guī)TIG填絲焊的2-5倍)。
[0012]2、采用主、旁路雙鎢極的設(shè)計(jì)，耦合電弧在兩個(gè)鎢極與工件之間燃燒，電弧穩(wěn)定性好，可以使焊接過(guò)程更加穩(wěn)定，并改善焊縫成形，利于形成非常有規(guī)則、平滑焊縫，這極大地提高了焊接質(zhì)量，是一種穩(wěn)定、實(shí)用的焊接工藝。
[0013]3、單電源雙鎢極設(shè)計(jì)，焊絲的送絲速度不再依賴于焊接電流，可有效獨(dú)立調(diào)控焊絲填充量，焊絲在耦合電弧作用下熔化過(guò)渡，可方便實(shí)現(xiàn)短路、射滴和射流過(guò)渡方式，獲得無(wú)飛濺的穩(wěn)定過(guò)渡過(guò)程。此外，因?yàn)楹附z熔化直接進(jìn)入焊縫，電極到工件的距離也不再特別敏感，利于改善焊接過(guò)程、提高焊縫質(zhì)量；
[0014]4、主、旁路鎢極和焊絲的獨(dú)特布局減小了焊槍的總體尺寸，同時(shí)中心填絲的送絲方式不再需要考慮送絲的朝向問(wèn)題，因而可以像MIG—樣適用于所有焊接位置，加強(qiáng)了機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的可達(dá)性，是一種高效、優(yōu)質(zhì)、可控的焊接新工藝；
[0015]5、該方法屬于電弧焊的改型，所以它也是一種低成本的高效焊接方法。應(yīng)用在焊接生廣中，將大大提聞生廣效率、降低焊接成本、提聞焊接質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)聞效、優(yōu)質(zhì)和低成本焊接，具有很大的工程實(shí)用價(jià)值；
[0016]6、由于該工藝本質(zhì)上屬于TIG填絲焊，且同時(shí)具備熱輸入低、焊絲熔化效率高、焊接變形小等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整主/旁路電流比與鎢極空間排布方式，可有效改變電弧形態(tài)與焊接熱輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)母材與焊絲的精準(zhǔn)加熱，以減少作用于工件的熱輸入和焊接變形，改善焊接質(zhì)量，可實(shí)現(xiàn)高熔敷率、低熱輸入焊接。因此，該方法既適用于同種材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，又適合鎳基合金與不銹鋼、銅/鋼等對(duì)稀釋率控制有嚴(yán)格要求的異種材料的可靠連接。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2a為焊槍主視圖，圖2b為焊槍首I]視圖，圖2c為焊槍俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本實(shí)用新型做更詳細(xì)地描述:
[0020]圖1為中心填絲可控分流雙鎢極耦合電弧焊接原理圖，主要由送絲輪3、中心填絲可控分流雙鎢極電弧焊槍6、IGBT控流模塊8、控制系統(tǒng)10、電流傳感器11和焊接電源12等組成。焊接過(guò)程中，通過(guò)電流傳感器11監(jiān)測(cè)流經(jīng)母材的焊接電流，并通過(guò)控制系統(tǒng)10和IGBT控流模塊8來(lái)改變主、旁路電流配比，實(shí)現(xiàn)對(duì)母材和焊絲的精準(zhǔn)加熱。
[0021]圖2a、圖2b、圖2c是中心填絲可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍結(jié)構(gòu)圖，主要由主路鎢極2、焊絲4、旁路鎢極5、主路鎢極夾12、旁路鎢極夾15、金屬送絲管15、絕緣層18、焊槍氣嘴16和焊槍外殼17等組成。其中主路鎢極2和旁路鎢極5在槍體內(nèi)以很小的夾角對(duì)稱地布置(15° -30° )，主路鎢極2與電源一極相連，旁路鎢極5分走一部分通過(guò)母材的焊接電流；同時(shí)，焊絲4不接電源從兩鎢極中間(焊絲與兩鎢針錐體基本平行)被送入耦合電弧中心溫度最高處。具體施焊步驟如下:
[0022]步驟1:將工件7的待焊部位根據(jù)需要進(jìn)行表面處理和坡口加工，將中心填絲可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍6固定在焊接平臺(tái)上方，保證槍體基本與焊接平臺(tái)垂直；
[0023]步驟2:將工件7置于焊接平臺(tái)上，調(diào)整接縫I的位置使之與中心填絲可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍6的焊絲4尖端的行走路線重合，并與主、旁路鎢極連線垂直，然后利用夾具將其固定；
[0024]步驟3:調(diào)整鎢極伸出量(3mm-10mm)，和焊絲4伸出量(焊絲尖端大致位于兩鎢極尖端中間)，確保兩側(cè)鎢極對(duì)稱地置于母材7接縫兩側(cè)且位于同一高度(2mm-8mm)；
[0025]步驟4:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流I在50A-300A之間，旁路電流Ip在20A-200A之間，焊接速度為0.4m/min-3m/min之間，送絲速度在2.0m/min?5.0m/min之間，主路保護(hù)氣體流量為5-15L/min之間,旁路保護(hù)氣體流量為2_10L/min之間；
[0026]步驟5:開(kāi)啟焊接電源12，啟動(dòng)IGBT控流模塊8，引燃電弧，啟動(dòng)送絲開(kāi)關(guān)3和焊接平臺(tái)行走開(kāi)關(guān)進(jìn)行焊接。一部分電流Im經(jīng)母材返回電源，另一部分Ip經(jīng)旁路流回電源，同時(shí)主、旁路鎢極之間形成耦合電弧9，確保焊絲被送入耦合電弧9中心溫度最高區(qū)域進(jìn)行焊接；
[0027]步驟6:焊接過(guò)程中，通過(guò)電流傳感器11檢測(cè)流經(jīng)工件的焊接電流，利用控制系統(tǒng)10調(diào)節(jié)旁路焊接電流的大小，改變耦合電弧9的形態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲4和母材7的精確加熱。
[0028]步驟7:焊接即將結(jié)束時(shí)，先關(guān)閉送絲開(kāi)關(guān)，再熄滅焊接電弧，待電弧熄滅之后再關(guān)閉焊接電源12、IGBT控制系統(tǒng)10以及焊接行走機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)。
[0029]本實(shí)用新型涉及一種基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍及其焊接方法，它由一個(gè)焊接電源、一把獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的中心填絲旁路分流雙鎢極耦合電弧焊槍、IGBT控流模塊和電流檢測(cè)系統(tǒng)等組成。該焊槍槍體由主、旁路鎢極及其導(dǎo)電嘴、中心填充焊絲及其送絲嘴、焊槍絕緣殼體等組成，其中主路鎢極與電源的一極(若電源為直流時(shí)接負(fù)極)相連，旁路鎢極通過(guò)IGBT控制系統(tǒng)與電源的另一極(若電源為直流時(shí)接正極)相連，兩鎢極之間的夾角很小(15° -30° )，焊絲從兩鎢極之間穿過(guò)。焊接時(shí)，主、旁路鎢極之間形成旁路分流耦合電弧，填充焊絲(不接電源)直接從耦合電弧的中心送入，利用電弧最熱部分來(lái)實(shí)現(xiàn)高的焊絲熔化效率，并利用旁路分流來(lái)精確控制母材的熱輸入。這樣的設(shè)計(jì)可以利用電弧溫度最高的區(qū)域熔化焊絲進(jìn)行焊接，提高電弧能量利用率和焊絲熔化效率(是常規(guī)TIG填絲焊的2-5倍)；同時(shí)，雙鎢極耦合電弧十分穩(wěn)定，焊縫成型非常有規(guī)則，平滑而沒(méi)有凝固波紋；焊絲不接電源可以實(shí)現(xiàn)送絲速度的獨(dú)立調(diào)節(jié)，消除焊接飛濺現(xiàn)象，改善焊接過(guò)程；旁路分流可以精確控制焊絲和母材的熔化量。該方法既適合同種材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，又適合鎳基合金與不銹鋼、銅/鋼等對(duì)稀釋率控制有嚴(yán)格要求的異種材料的可靠連接。此外，這樣的設(shè)計(jì)減小了焊槍的總體尺寸，焊接過(guò)程中不需再考慮送絲的方向性問(wèn)題，因而可以像常規(guī)MIG焊一樣適用于所有焊接位置，加強(qiáng)了機(jī)器人焊接時(shí)對(duì)于復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的可達(dá)性。
[0030]用上述裝置實(shí)施焊接的步驟如下:
[0031]步驟1:調(diào)整焊槍的幾何參數(shù)，調(diào)整主、旁路鎢極的伸出量(3mm-10mm)，調(diào)節(jié)兩鎢極之間的夾角(15° -30° )和水平間距(2mm-7mm),調(diào)整焊絲的伸出量(5mm-15mm),確保焊絲從兩鎢極中間穿過(guò)；
[0032]步驟2:對(duì)待焊工件進(jìn)行焊前處理(表面打磨和坡口加工等)，將調(diào)整好的電弧焊槍固定在調(diào)節(jié)支架或機(jī)械手臂上，確保焊槍軸線與焊接平臺(tái)基本垂直，保證焊槍中的焊絲尖端行走路線與焊縫位置重合；
[0033]步驟3:設(shè)定焊接工藝參數(shù)，焊接電流I在50?300A之間，旁路電流Ip在20?200A之間，焊接速度為0.4?3.0m/min,送絲速度在2.0?5.0m/min之間，主路保護(hù)氣體流量為5?15L/min之間，旁路保護(hù)氣體流量為2?10L/min之間；
[0034]步驟4:開(kāi)啟焊接電源和IGBT控制系統(tǒng),啟動(dòng)焊接打走機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng),引燃芳路分流耦合電弧，進(jìn)行中心填絲焊，確保焊絲被送入耦合電弧中心溫度最高區(qū)域進(jìn)行焊接；
[0035]步驟5:焊接過(guò)程中，一部分電流流經(jīng)母材返回電源，另一部分經(jīng)旁路流回電源，通過(guò)電流傳感器檢測(cè)流經(jīng)工件的焊接電流，利用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)旁路焊接電流的大小，改變率禹合電弧形態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊絲和母材的精確加熱。
[0036]步驟6:焊接即將結(jié)束時(shí)，先關(guān)閉送絲開(kāi)關(guān)，再熄滅焊接電弧，待電弧熄滅之后再關(guān)閉焊接電源、IGBT控制系統(tǒng)以及焊接行走機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)。
【權(quán)利要求】
1.基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置，其特征是:包括焊槍、焊槍電源、IGBT控流模塊，所述的焊槍包括焊槍外殼、主路鎢極、旁路鎢極，焊槍外殼上設(shè)置主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽，焊絲槽位于主路鎢極槽和旁路鎢極槽之間，主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽的端部分別設(shè)置主路鎢極導(dǎo)電嘴、旁路鎢極導(dǎo)電嘴、送絲嘴，主路鎢極槽、旁路鎢極槽、焊絲槽里分別安裝主路鎢極、旁路鎢極以及焊絲，且主路鎢極、旁路鎢極、焊絲的端部分別穿出主路鎢極導(dǎo)電嘴、旁路鎢極導(dǎo)電嘴、送絲嘴至焊槍外殼的外部，焊接電源的負(fù)極連接主路鎢極，焊接電源的正極分出兩路，第一路連接母材，第二路連接IGBT控流模塊，IGBT控流模塊連接旁路鎢極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置，其特征是:焊槍電源與母材之間的第一路上安裝電流傳感器，電流傳感器通過(guò)線路連接IGBT控流模塊，在電流傳感器和IGBT控流模塊之間的線路上安裝采集電流傳感器信號(hào)并控制IGBT控流模塊從而控制主路鎢極與旁路鎢極之間電流分配的控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于中心填絲的可控分流雙鎢極耦合電弧焊槍裝置，其特征是:主路鎢極與旁路鎢極之間的夾角為15° -30° ;水平間距為2mm-7mm，主路鎢極相對(duì)于主路鎢極導(dǎo)電嘴的伸出量為3_-10_，旁路鎢極相對(duì)于旁路鎢極導(dǎo)電嘴的伸出量為
焊絲相對(duì)于送絲嘴的伸出量為5mm-15mm。
【文檔編號(hào)】B23K9/167GK204171519SQ201420441994
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】苗玉剛, 徐向方, 韓端鋒 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)