[發明專利]交流主電弧與旁路交流熱絲電弧的復合電弧成形制造方法

有效

• 申請號: 201710085564.3
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN106862718B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 陳樹君;徐斌;蔣凡;劉峰;盧振洋
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/167;B23K9/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發明公開一種交流主電弧與旁路交流熱絲電弧的復合電弧成形制造方法，將交流非熔化極焊接電源、鎢極與工件形成主回路，將交流熔化極焊接電源、鎢極與焊絲形成旁路，其中，交流非熔化極焊接電源在鎢極與工件之間產生交流主電弧，交流熔化極焊接電源在鎢極與焊絲之間產生旁路交流熱絲電弧；調整交流主電弧交流電信號波形，熔化母材形成熔池，同時清理工件表面氧化膜；在旁路交流熱絲電弧輔助作用下，加熱焊絲形成熔滴，同時過渡進入熔池，實現有色金屬成形制造，通過調整旁路交流熱絲電弧的電信號波形，實現焊絲熔化與熔滴過渡的自主控制,獲得大滴過渡、搭橋過渡及射滴過渡等多種熔滴過渡形式，以滿足不同制造工況需求。采用本發明的技術方案，可以實現有色金屬的高質高效高精度成形制造。

技術領域

本發明屬于成形制造方法領域，尤其涉及一種采用交流主電弧與旁路交流熱絲電弧的復合電弧成形制造方法。

背景技術

目前制造業面臨著從粗狂型制造向高質高效高精度方向的轉變，而金屬結構部件的熱加工過程是其中重要一環，對于金屬材料的焊接及增材制造方面，電弧作為熱源的加工過程仍然是最主要的一種方式，傳統的電弧主要分為熔化極電弧與非熔化極電弧，熔化極電弧焊絲作為一極工件作為另一極，在焊絲與工件之間形成電弧，通過電弧的熱量熔化焊絲與工件，在此過程中熔敷效率與焊接熱輸入是耦合的，若想改變其中之一必定帶來另一項的變化，無法實現合理有效的控制。非熔化極焊接加工時，雖然焊接過程較為穩定焊接質量高，但加工效率明顯下降。

隨著現代制造業發展，復雜結構件逐漸增多，高質高效地成形制造逐漸成為未來金屬零部件加工趨勢，單一熱源的制造過程已很難滿足工程制造業需求，復合熱源因其結合了多種熱源優勢于一身成為近些年來焊接熱源研究熱點，復合熱源焊接方法不僅可以發揮兩種熱源各自的優勢，還可以相互彌補各自的不足。

針對電弧的復合目前主要的研究有以下幾種：熔化極電弧的復合、非熔化極電弧的復合。

熔化極電弧的復合熱源是傳統單熔化極電弧的簡單疊加，以Tandem焊接工藝為例，該方法采用并列雙絲燃弧，兩個電弧的疊加作用提高了焊絲的熔化效率，但相同熔化效率下對工件的熱輸入并沒有減少，雖然熔敷效率增加，但該熱源對工件熱輸入基本是單電弧的雙倍，因此增加焊絲熔化效率的同時，必定導致非預期結果，不但浪費能量，而且導致焊接質量下降。

非熔化極電弧的復合主要以Twin-arc方法為主，在焊槍內部設置兩個彼此絕緣的鎢極，由兩臺電源供電，在兩個鎢極之間形成一個耦合電弧。該方法提高了鎢極氬弧焊的焊接速度和焊接熔敷率，在保持鎢極氬弧焊高品質的基礎上提高了焊接生產率。該方法主要在薄板高速焊時具有較為明顯的優勢，由于其相對較小的電弧壓力輸出，導致其在不同焊接工況下存在一定的應用局限性。

發明內容

本發明目的在于克服現有焊接方法的缺陷及不足，提供一種采用交流主電弧與旁路交流熱絲電弧的復合電弧成形制造方法，通過兩種交流電弧的復合過程，實現在不影響焊接熱輸入的條件下，金屬絲材熔敷量及熔滴過渡過程的自主控制，交流主電弧可以清理工件氧化膜的同時實現工件的熔透及穿透焊接，旁路交流熱絲電弧通過周期性交替變換的電流波形實現熔化過程主動控制，調節正半波脈沖參數實現不同熔滴過渡形式，以及控制熔滴過渡路徑，通過本發明可以實現有色金屬的高質高效高精度成形制造。

為了達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種交流主電弧與旁路交流熱絲電弧的復合電弧成形制造方法，將交流非熔化極焊接電源、鎢極與工件形成主回路，將交流熔化極焊接電源、鎢極與焊絲形成旁路，其中，交流非熔化極焊接電源在鎢極與工件之間產生交流主電弧，交流熔化極焊接電源在鎢極與焊絲之間產生旁路交流熱絲電弧；調整交流主電弧交流電信號波形，熔化母材形成熔池，同時清理工件表面氧化膜；在旁路交流熱絲電弧輔助作用下，加熱焊絲形成熔滴，同時過渡進入熔池，實現有色金屬成形制造，通過調整旁路交流熱絲電弧的電信號波形，實現焊絲熔化與熔滴過渡的自主控制。