[发明专利]旁路热丝等离子弧焊接装置及焊接方法

说明书

本发明提供一种旁路热丝等离子弧焊接装置及焊接方法，包括等离子焊接电源、旁路热丝等离子焊枪、高频引弧器、电流传感器、旁路分流控制模块和控制系统，在进行穿孔等离子弧焊时，采用更为高效的送丝方式和旁路电弧热丝技术来获得很高的焊丝熔化效率，以对等离子弧产生的空隙进行高效填充，并利用旁路分流精确控制母材的热输入，以获得理想的熔滴过渡模式和焊缝成形，减少焊接缺陷。本发明很好地结合了旁路分流的热输入低、等离子的穿透能力强、旁路电弧热丝的熔化效率高等优势，既能实现对填充焊丝的高效、稳定加热，又能保证对焊接工件的有效熔透，可在保证工件低热输入焊接的同时，实现中厚壁金属的一次单面焊双面成形。

技术领域

本发明涉及一种焊接装置，尤其涉及一种旁路热丝等离子弧焊接装置及焊接方法。

背景技术

开发和推广高效、高可靠性和低能耗的焊接技术是制造业可持续发展的需要，也是先进焊接技术的发展方向。传统电弧焊工艺(手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等)由于成本低、操作简单、适应性强，仍然是制造大型金属结构，如船壳和压力容器的最常用工艺手段。但是，由于电弧的熔透能力所限，对于中厚壁金属结构件的连接，母材往往需要单面或双面开坡口进行多道多层焊，由此带来了成本增加、生产效率降低、热影响区扩大以及焊接变形等问题。因此，如何提高电弧的熔透能力与能量利用率成为解决上述问题的关键。

1957年，美国人Robert Gage发明了等离子弧焊(美国专利号：2806124)，通过喷嘴造成的气体集中和机械压缩的联合作用使自由电弧的弧柱被强烈压缩，从而显著提高了电弧的温度、能量密度和等离子流速。由于等离子射流可以直接穿透被焊工件，形成贯穿工件厚度方向的小孔，因而，穿孔等离子弧焊与激光焊、电子束焊同被归入到高能密度焊。而且，与激光和电子束相比，穿孔等离子弧焊在设备造价、维护费用、设备操作复杂程度及焊枪运动灵活性等方面具有明显优势。对于中厚度(≤12mm)金属材料，穿孔等离子弧焊可以在不开坡口、不需背面强制成形保护条件下，实现单面一次焊双面良好成形，从而极大地提高了焊接生产率，尤其适用于密闭容器、小直径管焊缝等背面难于施焊的结构件。填充焊丝可以保证穿孔等离子弧焊接过程的稳定性，降低对工件装配精度的要求，防止焊穿并形成一定的焊缝余高，在实际生产中得到广泛应用。但是，传统等离子填丝焊过程中，焊丝与电极几乎成90角，焊枪端部体积大、定位可靠性差，且送丝装置决定了焊枪只能朝一个方向焊接。

在一种旁路分流双面电弧焊装置及焊接方法(专利号101530943)中公布了一种以一个焊接电源、主焊枪、副焊枪、旁路焊枪、引弧器、电流传感器、旁路电阻器及控制系统等组成，将主、副焊枪对称置于工件两侧，并分别与焊接电源的两极相连，所述的旁路焊枪是钨极氩弧焊枪、施加于主焊枪的一侧作为旁路来分流一部分流经母材的焊接电流得焊接方法。这种方法虽然也能有效地控制对母材的热输入量，但是该方法通过使用双面焊的方式增加熔深，提高熔敷效率，导致该方法对工件的装配固定与焊接位置的要求较高，且焊接装置的安装与调节较为复杂，同时由于TIG与MIG电弧的熔深能力有限，可以焊接的钢板板厚也有一定的限制，板厚较大时使用上述方法难得得到理想效果。

基于上述研究现状，本发明提出了一种旁路热丝等离子弧焊接新方法，在进行穿孔等离子弧焊时，采用更为高效的送丝方式(将焊丝直接送入到等离子弧的中心)和旁路电弧热丝技术来获得很高的焊丝熔化效率，以对等离子弧产生的空隙进行高效填充，并利用旁路分流精确控制母材的热输入，以获得理想的熔滴过渡模式和焊缝成形，减少焊接缺陷。该焊接技术很好地结合了旁路分流的热输入低、等离子的穿透能力强、旁路电弧热丝的熔化效率高等优势，既能实现对填充焊丝的高效、稳定加热，又能保证对焊接工件的有效熔透，可在保证工件低热输入焊接的同时，实现中厚壁金属的一次单面焊双面成形。由于旁路热丝等离子弧焊接的热输入较小，因此它所引起结构的焊后变形量远低于常规埋弧焊的，是一种低变形、高质量的焊接方法。此外，该工艺本质上属于电弧焊的改型，具备电弧焊的成本低、适应性强等特点，这为实现船壳、钢结构、压力容器等大型金属结构件的低成本和高效率焊接生产提供了一种新的手段。

发明内容