利用旁路電弧誘導的tig填絲窄間隙焊接方法
【專利摘要】利用旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法，其步驟為：（1）主弧焊機（1）的正極與工件（5）相連，負極與TIG焊槍（3）相連，TIG焊槍（3）與工件（5）之間產生主路電弧；（2）旁路電弧焊機（2）的正極與焊絲（4）的導電嘴相連，負極與TIG焊槍（3）相連，TIG焊槍（3）與焊絲（4）之間產生旁路電弧；（3）TIG焊槍（3）所伸長的鎢極（8）位于窄間隙焊道之中，焊絲（4）在擺動裝置（6）的控制下在焊道兩側壁之間來回擺動，帶動TIG焊槍（3）與焊絲（4）之間的旁路電弧以及所形成的耦合電弧也在兩側壁之間進行擺動。
【專利說明】
利用旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法
技術領域
[0001] 本發明涉及焊接技術，具體涉及窄間隙焊接技術。
【背景技術】
[0002] 隨著工業的發展，厚板、超厚板等的大型結構件的應用越來越廣泛，但隨著工件厚 度的增加，焊接的難度也急劇增加，使用傳統的焊接方法對中厚板進行焊接時，需開大坡 口，不僅成倍的增加焊接工作量及焊接成本，降低焊接生產率，而且焊接熱輸入大，焊縫晶 粒粗大，熱影響區寬，焊后變形嚴重，導致焊接接頭質量下降。針對傳統焊接方法中的缺點， 美國Battelle研究所提出了具有諸多技術改進與經濟優勢的窄間隙焊接方法，該方法是將 常規的焊接工藝與窄間隙坡口相結合，通過特殊的裝置和控制技術而集成的一種先進的焊 接技術。由于窄間隙焊接技術所需坡口小，減少了工件坡口加工量，并大大降低了焊縫的金 屬填充量，節省材料，降低焊接生產成本，提高生產效率;在深而窄的坡口中進行焊接，更有 利于焊接區的冶金保護，提高焊縫金屬的冶金純凈度;焊接線能量較小且具有較快的熔池 冷卻速度，使得焊縫晶粒細小，焊接熱影響區窄，焊接變形小，提高了焊接接頭質量。尤其窄 間隙TIG焊，適用于各種厚壁高強鋼、結構鋼、特種合金及有色金屬的打底、填充、蓋面的焊 接。但是在實際操作中，TIG電弧往往會偏向焊道的一邊，使得焊道側壁出現未熔合，而達不 到焊接質量要求。
[0003] 因此，在窄間隙TIG焊中，為了保證焊接質量首先必須解決坡口側壁熔合的問題。 針對這一問題國內外采用機械控制電弧擺動、磁場控制電弧擺動、旋轉電弧的方法直接加 熱坡口側壁，以達到側壁的良好熔合。但是控制電弧左右擺動或旋轉的裝置復雜且體積過 大，同時擺幅受坡口間隙的限制，或受焊件導磁性的限制，且電弧不宜過長并要保持嚴格對 中使得擺幅進一步受限。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是克服上述電弧加熱焊道側壁時電弧擺幅受限的不足，提供一種利 用旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法。
[0005] 本發明是利用旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法，其步驟為： (1) 主弧焊機1的正極與工件5相連，負極與TIG焊槍3相連，TIG焊槍3與工件5之間產生 主路電弧； (2) 旁路電弧焊機2的正極與焊絲4的導電嘴相連，負極與TIG焊槍3相連，TIG焊槍3與焊 絲4之間產生旁路電弧； (3) TIG焊槍3所伸長的鎢極8位于窄間隙焊道之中，焊絲4在擺動裝置6的控制下在焊道 兩側壁之間來回擺動，帶動TIG焊槍3與焊絲4之間的旁路電弧以及所形成的耦合電弧也在 兩側壁之間進行擺動。
[0006] 與常規窄間隙TIG填絲焊相比，本發明的有益效果是：由于引入了旁路電弧，使得 熔化焊絲的熱量除了 TIG焊槍3與工件5之間的主路電弧外還有TIG焊槍3與焊絲4之間的旁 路電弧、電流流經焊絲時產生的電阻熱，大大提高了焊絲4的熔敷率，且由于旁路電弧的分 流作用，流經工件5的電流Im為流經TIG焊槍3的電流Iz與流經焊絲4的電流Ib之差，即I m=Iz-Ib，實現工件熱輸入的減少，可有效解決焊接高強鋼時由于熱輸入過大而產生焊縫區組織 淬硬的現象。
[0007] 與機械或磁場控制電弧擺動、旋轉電弧窄間隙焊相比，本發明的有益效果是:TIG 焊槍3伸長的鎢極8位于窄間隙焊道正中，且采用陡降特性電源，使得電弧形態穩定，能夠對 側壁打弧現象產生一定的抑制作用，焊接過程穩定，特別是在填充焊絲于焊道兩側壁周期 性擺動時，通過旁路電弧來誘導耦合電弧周期性擺動來使得側壁被規律性均勻的加熱并熔 化，以此來實現側壁的良好熔合，而不出現咬邊等缺陷。因此，本發明可實現連續穩定的焊 接過程，提高焊接質量和生產效率。
【附圖說明】
[0008] 圖1旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊原理示意圖，圖2~圖6焊接過程一個焊絲擺 動周期內耦合電弧變化示意圖，附圖標記及對應名稱為：1主弧焊機、2旁路電弧焊機、3TIG 焊槍、4焊絲、5工件、6焊絲擺動裝置、7固定支架、8鎢極。
【具體實施方式】
[0009] 如圖1所示，本發明為旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊，主要包括主弧焊機1、旁 路電弧焊機2、TIG焊槍3、焊絲4、工件5、焊絲擺動裝置6。其中，主弧焊機1的正極與工件5相 連，負極與TIG焊槍3相連;旁路電弧焊機2的正極與焊絲4導電嘴相連，負極與TIG焊槍3相 連。主弧焊機1在TIG焊槍3與工件5之間提供一定的電流、電壓，使氣體介質電離產生主路電 弧；同時當焊絲4接觸到主路電弧時，由于主路電弧弧柱區溫度很高，伸長的焊絲迅速熔化 而填充焊道，又由于旁路電弧焊機2在TIG焊槍3與焊絲4間提供了一定的電壓與電流，因此 在TIG焊槍3與焊絲4間又產生旁路電弧，這時主路電弧與旁路電弧形成耦合電弧。在窄間隙 焊接時，TIG焊槍3的鎢極8位于窄間隙焊道正中，主路電弧產生于鎢極8尖端與工件5之間， 因采用陡降特性的電源，所形成的電弧形態穩定，因此焊接過程穩定，但電弧可能偏向焊道 一側;焊絲4送進并接觸到主路電弧，進而產生旁路電弧，焊絲4在擺動裝置6的控制下，開始 在兩側壁之間來回擺動，進而帶動TIG焊槍3與焊絲4之間的旁路電弧以及所形成的耦合電 弧也在兩側壁之間進行擺動，使耦合電弧周期性的加熱窄間隙焊道兩側壁，以達到側壁良 好熔合的目的。
[0010] 如圖1、圖2~圖6所示，鎢極8位于窄間隙焊道正中間位置，且其尖端相對工件始終 保持長度不變。
[0011] 如圖2所示，焊絲4在窄間隙焊道中以鎢極8為對稱軸規律周期性地進行擺動。
[0012] 下面結合附圖利用一具體實例對本發明進一步說明，具體方法及步驟如下： 1、 根據圖1所示的原理圖連接好各設備，以50mm厚的普通碳鋼為工件5,間隙為10mm，對 對接面進行表面處理，至出現金屬光澤； 2、 將處理好的工件5置于焊接工作平臺上，調整好焊槍3與焊絲4的位置，焊絲選用直徑 為1.2mm的碳鋼焊絲，設置焊絲的擺動次數為60周/分鐘，擺動幅度為4mm; 3、 采用表1中的焊接工藝參數，進行旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接。
[0013] 表1焊接工藝參數
【主權項】
1. 利用旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法，其特征在于，其步驟為： (1) 主弧焊機（1)的正極與工件（5)相連，負極與TIG焊槍(3)相連，TIG焊槍(3)與工件 (5)之間產生主路電弧； (2) 旁路電弧焊機(2)的正極與焊絲(4)的導電嘴相連，負極與TIG焊槍(3)相連，TIG焊 槍(3)與焊絲(4)之間產生旁路電弧； (3) TIG焊槍(3)所伸長的鎢極(8)位于窄間隙焊道之中，焊絲(4)在擺動裝置(6)的控制 下在焊道兩側壁之間來回擺動，帶動TIG焊槍(3)與焊絲(4)之間的旁路電弧以及所形成的 耦合電弧也在兩側壁之間進行擺動。2. 根據權利要求書1所述的旁路電弧誘導的TIG填絲窄間隙焊接方法，其特征在于:鎢 極(8)位于窄間隙焊道正中間位置，且其尖端相對工件始終保持長度不變。3. 根據權利要求書1所述的旁路電弧誘導的TIG焊窄間隙焊接方法，其特征在于:焊絲 (4)在窄間隙焊道中以鎢極(8)為對稱軸規律周期性地進行擺動。
【文檔編號】B23K9/167GK105880807SQ201610447593
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】黃健康, 李挺, 陳秀娟, 楊茂鴻, 石玗, 樊丁
【申請人】蘭州理工大學