[發明專利]基于脈沖協調控制的鋁合金直流等離子-鎢極氬弧復合焊接方法

有效

• 申請號: 201310563610.8
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103567652A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 苗玉剛;吳斌濤;韓端鋒;李小旭
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K10/02;B23K9/167
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技術領域

本發明涉及的是一種焊接方法，具體地說是鋁合金焊接方法。

背景技術

鋁合金具有輕質、高強、優異的耐腐蝕性能，以及良好的經濟效益，因此，在汽車、船舶、航空航天等工程領域受到了廣泛的關注。隨著工業需求不斷發展，鋁及其合金材料已成為工業生產應用的首選。在工業生產制造中，其焊接方式主要為鎢極氬弧焊(TIG)和熔化極氬弧焊(MIG)進行鋁及其合金的焊接。與傳統電弧焊相比，等離子弧焊(PAW)具有接頭熔深大、熱影響區窄、焊接后殘余應力和變形小等優點，在鋁合金的連接方面顯示出了良好的應用前景。為清理鋁合金表面存在的一層致密氧化膜，國內外常采用變極性交流等離子弧進行鋁合金的焊接。而變極性交流等離子弧焊接鋁合金要求焊接電源性能可靠，交流頻率域正負半波寬度也可調，想要獲得好的焊縫成形，必須花費長時間去調整各個參數，且設備價格昂貴，難以大范圍的推廣應用。此外，變極性交流電源在其負半波對陰極產生的熱量不能用來支持焊接，反而導致工件熱影響區增大，電極壽命縮短。研究表明，利用交流等離子弧焊接鋁合金時，由于鎢極燒損會導致其內縮量發生變化，引起等離子弧的電流密度發生改變，導致焊接過程穩定性變差、焊縫成形的一致性難以保證。申請號200720039986.9的發明專利了一種等離子弧焊與鎢極氬弧焊組合焊接裝置，其等離子焊槍位于鎢極氬弧焊槍后方，借助等離子焊穿透能力強的特點及鎢極氬弧焊自由電弧有良好的履蓋能力，從而達到正、背面成形美觀的效果，且等離子焊槍和鎢極氬弧焊槍同時焊接，等離子焊后的焊接余熱可以為緊跟其后的TIG焊蓋面減少能量。由于其只是簡單裝置的組合，在焊接鋼鐵材料時有一定效果，焊接鋁合金時許多問題（如鎢極燒損、焊縫成形穩定性等）仍未解決。據相關研究表明，也可采用直流反極性的等離子弧進行鋁合金的焊接，但其電極燒損太快，焊接過程中有效熱功率低也影響焊接質量與效率。

基于克服上述問題的考慮，本發明提出了一種基于脈沖協調控制的鋁合金直流等離子-鎢極氬弧復合焊接新技術，即在等離子弧焊槍的一側施加鎢極氬弧焊槍，焊接時利用（交流或反極性）鎢極氬弧焊槍在前面清理鋁合金表面氧化膜，利用直流等離子焊槍在后進行焊接。通過合理調節鎢極氬弧和等離子弧電源的電流脈沖波形，控制鋁合金表面氧化膜的清理效果和焊縫熔深，從而保證焊縫成形、減小鎢極燒損、提高焊接效率。為防止焊接時等離子弧與鎢極氬弧之間的電磁干擾，采用脈沖協調控制的方法,即在等離子弧電流處于脈沖基值維弧時，觸發脈沖信號控制器，調節鎢極氬弧電流為負半波峰值進行鋁合金表面氧化膜的清理；當等離子弧電流為脈沖峰值焊接階段時，通過脈沖信號控制器調節鎢極氬弧電流處于脈沖基值輸出，如此反復。

發明內容

本發明的目的在于提供通過合理調節鎢極氬弧和等離子弧電源的電流脈沖波形，控制鋁合金表面氧化膜的清理效果和焊縫熔深，從而保證焊縫成形、減小鎢極燒損、提高焊接效率的基于脈沖協調控制的鋁合金直流等離子-鎢極氬弧復合焊接方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明基于脈沖協調控制的鋁合金直流等離子-鎢極氬弧復合焊接方法，其特征是：

（1）將待焊工件的待焊部位加工成I形、Y形或V形坡口，接頭形式為對接或搭接，并對制成的坡口及其兩側表面進行打磨和清洗；布置焊接設備：所述的焊接設備包括：等離子弧焊電源、等離子焊槍、鎢極氬弧電源、鎢極氬弧焊槍、信號處理單元，信號處理單元由電流信號檢測器、信號處理器、信號控制器依次連接組成，等離子弧焊電源負極分別連接電流信號檢測器和等離子焊槍，在等離子弧焊電源負極和等離子焊槍之間設置第一高頻引弧器，等離子弧焊電源正極連接待焊工件，鎢極氬弧電源的一個極分別連接信號控制器和鎢極氬弧焊槍，鎢極氬弧電源與鎢極氬弧焊槍之間設置第二高頻引弧器，鎢極氬弧電源的另一個極連接待焊工件，等離子焊槍面向待焊部位，鎢極氬弧焊槍位于等離子焊槍的一側且鎢極氬弧焊槍與等離子弧軸線之間的夾角為25°-75°；

（2）開啟等離子弧焊電源和鎢極氬弧電源：啟動第一高頻引弧器2，引燃等離子弧焊電源，然后啟動第二高頻引弧器，引燃鎢極氬弧電源；

（3）進行焊接：利用鎢極氬弧焊槍在前清理待焊工件表面氧化膜，利用等離子焊槍在后進行焊接從而使焊縫成形；焊接過程中，經電流信號檢測器檢測在直流等離子弧電流處于脈沖基值維弧時，經信號處理器觸發脈沖信號控制器，調節鎢極氬弧電流為峰值進行待焊工件表面氧化膜的清理；當直流等離子弧電流為脈沖峰值焊接階段時，通過脈沖信號控制器調節鎢極氬弧電流處于脈沖基值輸出，如此反復。

本發明還可以包括：