[发明专利]一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及焊接技术，具体说就是一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。

(二)背景技术

钨极氩弧焊(TIG)具有焊接质量高、电弧稳定、适用范围广等特点，是实际生产中普遍应用的一种焊接方法。根据送丝方式的不同，钨极氩弧焊(TIG)可分为手动填丝和自动送丝两种形式。对于常规的自动送丝TIG焊，焊丝靠电弧加热熔化，熔滴主要依靠自身重力和电弧力的作用脱离焊丝端部表面张力的束缚实现过渡，存在以下几点不足：(1)熔滴以大滴过渡到熔池，对熔池的冲击大，易产生飞溅；(2)熔滴吸收了较多的电弧能量，熔滴过热，易造成焊缝组织的不均匀性，热影响区宽度大；(3)大滴过渡导致熔滴过渡缓慢，熔敷效率低。鉴于熔化极气体保护焊(GMAW)中的CMT(cold metal transfer)和STT(surface tension transfer)技术，冷金属过渡可克服上述不足。所谓冷金属过渡(CMT)是指数字控制方式下短电弧和换向送丝监控。换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，后送丝机构按照恒定速度向前送丝，前送丝机构按照控制系统指令以70Hz的频率回抽焊丝，实现焊丝的脉冲式输送。数字式焊接控制系统根据电弧生成的开始时间自动降低焊接电流直到电弧熄灭，并调节脉冲式的焊丝输送，熔滴从焊丝端部脱落之后，数字控制系统再次提高焊接电流，重新引弧并进一步将焊丝送进。在电弧交替的熄灭、引弧和焊丝的送进、回抽过程中，降低了热输入，实现冷金属过渡。STT表面张力过渡技术是美国林肯公司针对CO₂气体保护焊短路过渡飞溅量大等问题开发的一种专利技术。基于短路液桥表面张力过渡理论，STT表面张力过渡技术利用逆变焊机的高速可控性，对短路过程各阶段分别进行波形控制，解决了液态小桥气化爆断的问题，其核心在于形成短路液桥后焊接电流瞬间减小，在表面张力、重力和电磁力的作用下拉断金属液桥，使熔滴由短路过渡变为自由过渡，达到平稳过渡的目的并减小热输入。CMT和STT熔化极气保焊技术的高成本是限制其推广应用的关键因素，同时由于焊接过程中电流的剧烈变化也必然影响电弧的稳定性。而TIG焊电源为陡降或恒流特性，电弧十分稳定，鉴于此，开发一种实现非熔化极气保焊过程的冷金属过渡方法十分必要。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊装置，它是由TIG电源、机架、送丝机、导管、辅助机械振动装置、送丝嘴和焊丝组成的，送丝机连接导管，导管连接送丝嘴，送丝嘴与机架牢固连接，辅助机械振动装置固定于机架。

所述的辅助机械振动装置包括机身、缓冲弹簧、振动杆和触头，由机身内置驱动电机和传动装置带动振动杆上下往复振动，振动杆与触头之间为螺纹连接，振动杆与触头间套有缓冲弹簧，安装时通过调整振动杆和触头间的螺纹旋入长度使缓冲弹簧处于微压状态。

所述的机械振动辅助熔滴过渡TIG焊装置，针对不同材质的焊丝，可选择不同的振动接触位置，对于材质较硬、刚度较好的焊丝，可将送丝嘴开适当尺寸的工艺槽，使触头直接接触焊丝，使振动传递效果更加充分，开槽的具体尺寸根据触头前端尺寸考虑；对于锡等材质软、刚度差的焊丝使触头与送丝嘴外壁直接接触，使振动由送丝嘴传递给焊丝防止由于物理振动接触使焊丝变形影响自动送丝过程的连续性。

本发明一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法，步骤如下：

步骤一：启动TIG焊电源系统，引燃电弧加热工件，待电弧稳定，形成熔池后启动送丝机实现焊丝自动送进，开始焊接过程；

步骤二：启动辅助机械振动装置，振动杆、触头产生机械振动，使焊丝产生机械振动，在辅助机械振动作用下进行焊接；

步骤三：焊接过程完毕后，关闭TIG电源系统，再关闭辅助机械振动装置。

本发明相比于自动送丝TIG焊技术，具有如下显著效果：

(1)减小了熔滴的尺寸，降低了熔滴对焊接熔池的冲击。由于熔滴以细小颗粒形式进入熔池，有利于减少气孔、未熔合等缺陷，焊缝组织细密，组织均匀性好。

(2)避免了熔滴过多吸收电弧能量而使熔滴过热，使电弧热量主要用于加热母材，加热效率明显提高。

(3)在频率可调的机械振动作用下，熔滴过渡频率加快，熔敷效率明显提高，同时冷金属过渡减小了总热输入量，热影响区宽度减小，适合于薄板及热敏感材料与构件。