[发明专利]基于脉冲协调控制的铝合金直流等离子-钨极氩弧复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种焊接方法，具体地说是铝合金焊接方法。

背景技术

铝合金具有轻质、高强、优异的耐腐蚀性能，以及良好的经济效益，因此，在汽车、船舶、航空航天等工程领域受到了广泛的关注。随着工业需求不断发展，铝及其合金材料已成为工业生产应用的首选。在工业生产制造中，其焊接方式主要为钨极氩弧焊(TIG)和熔化极氩弧焊(MIG)进行铝及其合金的焊接。与传统电弧焊相比，等离子弧焊(PAW)具有接头熔深大、热影响区窄、焊接后残余应力和变形小等优点，在铝合金的连接方面显示出了良好的应用前景。为清理铝合金表面存在的一层致密氧化膜，国内外常采用变极性交流等离子弧进行铝合金的焊接。而变极性交流等离子弧焊接铝合金要求焊接电源性能可靠，交流频率域正负半波宽度也可调，想要获得好的焊缝成形，必须花费长时间去调整各个参数，且设备价格昂贵，难以大范围的推广应用。此外，变极性交流电源在其负半波对阴极产生的热量不能用来支持焊接，反而导致工件热影响区增大，电极寿命缩短。研究表明，利用交流等离子弧焊接铝合金时，由于钨极烧损会导致其内缩量发生变化，引起等离子弧的电流密度发生改变，导致焊接过程稳定性变差、焊缝成形的一致性难以保证。申请号200720039986.9的发明专利了一种等离子弧焊与钨极氩弧焊组合焊接装置，其等离子焊枪位于钨极氩弧焊枪后方，借助等离子焊穿透能力强的特点及钨极氩弧焊自由电弧有良好的履盖能力，从而达到正、背面成形美观的效果，且等离子焊枪和钨极氩弧焊枪同时焊接，等离子焊后的焊接余热可以为紧跟其后的TIG焊盖面减少能量。由于其只是简单装置的组合，在焊接钢铁材料时有一定效果，焊接铝合金时许多问题（如钨极烧损、焊缝成形稳定性等）仍未解决。据相关研究表明，也可采用直流反极性的等离子弧进行铝合金的焊接，但其电极烧损太快，焊接过程中有效热功率低也影响焊接质量与效率。

基于克服上述问题的考虑，本发明提出了一种基于脉冲协调控制的铝合金直流等离子-钨极氩弧复合焊接新技术，即在等离子弧焊枪的一侧施加钨极氩弧焊枪，焊接时利用（交流或反极性）钨极氩弧焊枪在前面清理铝合金表面氧化膜，利用直流等离子焊枪在后进行焊接。通过合理调节钨极氩弧和等离子弧电源的电流脉冲波形，控制铝合金表面氧化膜的清理效果和焊缝熔深，从而保证焊缝成形、减小钨极烧损、提高焊接效率。为防止焊接时等离子弧与钨极氩弧之间的电磁干扰，采用脉冲协调控制的方法,即在等离子弧电流处于脉冲基值维弧时，触发脉冲信号控制器，调节钨极氩弧电流为负半波峰值进行铝合金表面氧化膜的清理；当等离子弧电流为脉冲峰值焊接阶段时，通过脉冲信号控制器调节钨极氩弧电流处于脉冲基值输出，如此反复。

发明内容

本发明的目的在于提供通过合理调节钨极氩弧和等离子弧电源的电流脉冲波形，控制铝合金表面氧化膜的清理效果和焊缝熔深，从而保证焊缝成形、减小钨极烧损、提高焊接效率的基于脉冲协调控制的铝合金直流等离子-钨极氩弧复合焊接方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于脉冲协调控制的铝合金直流等离子-钨极氩弧复合焊接方法，其特征是：

（1）将待焊工件的待焊部位加工成I形、Y形或V形坡口，接头形式为对接或搭接，并对制成的坡口及其两侧表面进行打磨和清洗；布置焊接设备：所述的焊接设备包括：等离子弧焊电源、等离子焊枪、钨极氩弧电源、钨极氩弧焊枪、信号处理单元，信号处理单元由电流信号检测器、信号处理器、信号控制器依次连接组成，等离子弧焊电源负极分别连接电流信号检测器和等离子焊枪，在等离子弧焊电源负极和等离子焊枪之间设置第一高频引弧器，等离子弧焊电源正极连接待焊工件，钨极氩弧电源的一个极分别连接信号控制器和钨极氩弧焊枪，钨极氩弧电源与钨极氩弧焊枪之间设置第二高频引弧器，钨极氩弧电源的另一个极连接待焊工件，等离子焊枪面向待焊部位，钨极氩弧焊枪位于等离子焊枪的一侧且钨极氩弧焊枪与等离子弧轴线之间的夹角为25°-75°；

（2）开启等离子弧焊电源和钨极氩弧电源：启动第一高频引弧器2，引燃等离子弧焊电源，然后启动第二高频引弧器，引燃钨极氩弧电源；

（3）进行焊接：利用钨极氩弧焊枪在前清理待焊工件表面氧化膜，利用等离子焊枪在后进行焊接从而使焊缝成形；焊接过程中，经电流信号检测器检测在直流等离子弧电流处于脉冲基值维弧时，经信号处理器触发脉冲信号控制器，调节钨极氩弧电流为峰值进行待焊工件表面氧化膜的清理；当直流等离子弧电流为脉冲峰值焊接阶段时，通过脉冲信号控制器调节钨极氩弧电流处于脉冲基值输出，如此反复。

本发明还可以包括：