旁路熱絲等離子弧焊接裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種焊接裝置，尤其涉及一種旁路熱絲等離子弧焊接裝置。
【背景技術】
[0002]開發和推廣高效、高可靠性和低能耗的焊接技術是制造業可持續發展的需要，也是先進焊接技術的發展方向。傳統電弧焊工藝(手工電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等)由于成本低、操作簡單、適應性強，仍然是制造大型金屬結構，如船殼和壓力容器的最常用工藝手段。但是，由于電弧的熔透能力所限，對于中厚壁金屬結構件的連接，母材往往需要單面或雙面開坡口進行多道多層焊，由此帶來了成本增加、生產效率降低、熱影響區擴大以及焊接變形等問題。因此，如何提高電弧的熔透能力與能量利用率成為解決上述問題的關鍵。
[0003]1957年，美國人Robert Gage發明了等離子弧焊(美國專利號:2806124)，通過噴嘴造成的氣體集中和機械壓縮的聯合作用使自由電弧的弧柱被強烈壓縮，從而顯著提高了電弧的溫度、能量密度和等離子流速。由于等離子射流可以直接穿透被焊工件，形成貫穿工件厚度方向的小孔，因而，穿孔等離子弧焊與激光焊、電子束焊同被歸入到高能密度焊。而且，與激光和電子束相比，穿孔等離子弧焊在設備造價、維護費用、設備操作復雜程度及焊槍運動靈活性等方面具有明顯優勢。對于中厚度12_)金屬材料，穿孔等離子弧焊可以在不開坡口、不需背面強制成形保護條件下，實現單面一次焊雙面良好成形，從而極大地提高了焊接生產率，尤其適用于密閉容器、小直徑管焊縫等背面難于施焊的結構件。填充焊絲可以保證穿孔等離子弧焊接過程的穩定性，降低對工件裝配精度的要求，防止焊穿并形成一定的焊縫余高，在實際生產中得到廣泛應用。但是，傳統等離子填絲焊過程中，焊絲與電極幾乎成90角，焊槍端部體積大、定位可靠性差，且送絲裝置決定了焊槍只能朝一個方向焊接。
[0004]在一種旁路分流雙面電弧焊裝置及焊接方法(專利號101530943)中公布了一種以一個焊接電源、主焊槍、副焊槍、旁路焊槍、引弧器、電流傳感器、旁路電阻器及控制系統等組成，將主、副焊槍對稱置于工件兩側，并分別與焊接電源的兩極相連，所述的旁路焊槍是鎢極氬弧焊槍、施加于主焊槍的一側作為旁路來分流一部分流經母材的焊接電流得焊接方法。這種方法雖然也能有效地控制對母材的熱輸入量，但是該方法通過使用雙面焊的方式增加熔深，提高熔敷效率，導致該方法對工件的裝配固定與焊接位置的要求較高，且焊接裝置的安裝與調節較為復雜，同時由于TIG與MIG電弧的熔深能力有限，可以焊接的鋼板板厚也有一定的限制，板厚較大時使用上述方法難得得到理想效果。
[0005]基于上述研究現狀，本實用新型提出了一種旁路熱絲等離子弧焊接新方法，在進行穿孔等離子弧焊時，采用更為高效的送絲方式(將焊絲直接送入到等離子弧的中心)和旁路電弧熱絲技術來獲得很高的焊絲熔化效率，以對等離子弧產生的空隙進行高效填充，并利用旁路分流精確控制母材的熱輸入，以獲得理想的熔滴過渡模式和焊縫成形，減少焊接缺陷。該焊接技術很好地結合了旁路分流的熱輸入低、等離子的穿透能力強、旁路電弧熱絲的熔化效率高等優勢，既能實現對填充焊絲的高效、穩定加熱，又能保證對焊接工件的有效熔透，可在保證工件低熱輸入焊接的同時，實現中厚壁金屬的一次單面焊雙面成形。由于旁路熱絲等離子弧焊接的熱輸入較小，因此它所引起結構的焊后變形量遠低于常規埋弧焊的，是一種低變形、高質量的焊接方法。此外，該工藝本質上屬于電弧焊的改型，具備電弧焊的成本低、適應性強等特點，這為實現船殼、鋼結構、壓力容器等大型金屬結構件的低成本和高效率焊接生產提供了一種新的手段。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的是為了實現中厚壁金屬結構件的單面焊雙面成形，降低焊接成本，簡化坡口形式，提高焊接效率，改善焊接質量，而提供一種旁路熱絲等離子弧焊接裝置。
[0007]本實用新型的目的是這樣實現的:旁路熱絲等離子弧焊接裝置，包括等離子焊接電源、旁路熱絲等離子焊槍、高頻引弧器、電流傳感器、旁路分流控制模塊和控制系統，所述旁路熱絲等離子焊槍包括復合外殼、設置在復合外殼內的熔化極焊槍和等離子焊槍以及設置在復合外殼末端的焊槍保護氣噴嘴，所述熔化極焊槍包括焊槍導管、與焊槍導管末端連接的旁路導電嘴和設置在焊槍導管內的焊絲，且所述焊絲的一端與送絲機構連接、另一端經旁路導電嘴伸出，所述等離子焊槍包括絕緣層、設置在絕緣層末端的等離子焊槍噴嘴和設置在絕緣層內的鎢極，且所述鎢極的末端在等離子焊槍噴嘴內部，所述焊絲與鎢極之間的夾角在15° -30°之間，所述等離子焊接電源的正極通過電流傳感器與工件連接，等離子焊接電源的負極與等離子焊槍連接，電流傳感器還通過控制系統與旁路分流控制模塊連接，所述熔化極焊槍通過旁路分流控制模塊與等離子焊接電源的正極連接。
[0008]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:1、特殊設計的送絲方式，一方面可減小焊槍的總體尺寸，使得焊接過程中不再需要考慮送絲的朝向問題，操作更加方便、靈活，可以像MIG焊一樣適用于所有焊接位置，增強了機器人焊接的可達性；另一方面可保證填充焊絲直接送入到等離子弧的中心，可利用電弧最熱部分熔化填充焊絲，從而提高了焊絲的熔化效率。
[0009]2、旁路的焊絲的分流作用，既可減少作用于工件的焊接熱輸入，又可利用旁路電流來預熱、熔化填充焊絲，在保持母材低熱輸入焊接的同時獲得很高的焊絲熔化效率，進而減小熱影響區寬度和焊接變形，改善焊接質量。
[0010]3、送絲速度和旁路熱絲電流獨立可調，可有效控制焊絲填充量，且通過調整二者的大小和比例，可實現焊絲的短路液橋、射滴和射流等過渡方式的轉變，獲得理想的熔滴過渡和良好的焊縫成形。
[0011]4、該工藝采用了一個負的等離子電弧和一個正的旁路熱絲電弧，形成的電磁力使得等離子弧向熔池前部偏移，因此補償了高速焊接時等離子弧自然拖后于焊矩軸向的傾向，從而達到最快的焊接速度。
[0012]5、焊接時，對于中厚壁金屬結構采用不開坡口或簡化坡口的措施，無須預留工件根部間隙就可進行對接焊，可減少了焊絲填充量，簡化焊接工序，在降低生產成本的同時節省了焊接材料。此外，由于焊接熱輸入的減小，因此它所引起的焊后變形量遠遠低于埋弧焊的，可減少矯正變形的工序，降低生產成本。
[0013]6、該工藝綜合利用了旁路分流的熱輸入低、等離子弧的穿透能力強、電弧熱絲的熔化效率高等優勢，相比常規等離子焊更易實現中厚壁金屬結構的焊接，焊絲填充效率大大提高，焊接質量明顯改善，且焊前無須預留工件根部間隙就可進行焊接，焊接時熱輸入較小(防止焊后變形)和焊接速度較高，是一種高質量、高效的焊接工藝。
[0014]7、該工藝本質上屬于電弧焊的改型，具備電弧焊的成本低、適應性強等特點，這為實現船殼、鋼結構、壓力容器等大型金屬結構件的低成本和高效率焊接生產提供了一種新的手段。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的整體結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型的旁路熱絲等離子焊槍的主視圖；
[0017]圖3是本實用新型的旁路熱絲等離子焊槍的內部結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型的旁路熱絲等離子焊槍的俯視剖面圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0020]—種旁路熱絲等離子弧焊接裝置，結合圖1至圖4，本實用新型主要由等離子焊接電源12、一把獨創設計的旁路熱絲等離子焊槍3、旁路分流控制模塊8和電流傳感器11等組成。旁路熱絲等離子焊槍3是整個機構的關鍵部件，主要由等離子鎢極4、等離子焊槍噴嘴13、旁路導電嘴15以及焊絲6等組成，焊絲6與鎢極4之間的夾角很小，在15-30°之間，這種特殊設計的送絲方式既可減小焊槍的總體尺寸，又保證了焊絲直接送入到耦合電弧10的中心，提高了焊絲的熔化效率