[发明专利]适用于厚板多弧共熔池焊接的电弧稳定方法

权利要求书

1.适用于厚板多弧共熔池焊接的电弧稳定方法，其特征在于，电弧稳定方法是基于n台焊接电源、n支焊枪和n根连续自动送进的焊丝实现，n台焊接电源和n支焊枪一一对应，n支焊枪和n根焊丝一一对应，n台焊接电源分别通过对应的焊枪为其焊枪所对应的焊丝供电；n为整数，n的取值范围为3≤n≤6；

电弧稳定方法包括如下过程：

S1、每台焊接电源的一个输出端与其所对应的焊枪连接，每台焊接电源的另一个输出端均与被焊工件端部固连，所固连的被焊工件端部处于焊接前方；每支焊枪对应的焊丝与被焊工件间形成一个独立电弧；所有电弧在被焊工件上共同形成一个熔池；

S2、n根焊丝沿焊接方向的反方向依次排布，并按排布顺序依次编号，分别为第1至第n根焊丝，其中，靠近焊接前方的焊丝的编号为1，距焊接前方最远的焊丝的编号为n；

n台焊接电源包含1台直流焊接电源和n-1台交流焊接电源，所述直流焊接电源以直流反接方式为第1根焊丝及第1根焊丝所对应的电弧供电，n-1台交流焊接电源以同频交流矩形波的方式分别为第2至第n根焊丝及第2至第n根焊丝各自对应的电弧供电；

S3、n台焊接电源分别通过n支焊枪对n根焊丝同时供电，并对n根焊丝的工艺参数进行如下配置：

使通入第1至第n根焊丝的电流幅值依次递减，并将第2根焊丝所通交流电相位设置为0，第3至第n根焊丝中当前编号焊丝所通交流电相位比其前一编号焊丝所通交流电相位滞后具有特定的取值范围；同时，根据n的不同取值，确定n根焊丝自由端的相应间距，从而实现对电弧的稳定；

以每根焊丝的电弧为受力分析对象，在上述步骤S1规定的n台焊接电源与被焊工件连接方式下，每根焊丝的电弧受到来自其他焊丝中电流引起的电磁力，同时也受到被焊工件内部焊接电流引起的电磁力；由毕奥-萨伐尔定律和安培力方程可得第k根焊丝电弧底端单位长度上受到的来自其他焊丝焊接电流及被焊工件内部电流的电磁力F(k)为：

式中，μ₀为真空磁导率，I_k为第k根焊丝中的焊接电流幅值，I_j为第j根焊丝中的焊接电流幅值，x_k为第k根焊丝自由端相对于第一根焊丝自由端间的距离，x_j为第j根焊丝自由端相对于第一根焊丝自由端间的距离，d_j为第j根焊丝的弧长，h_j为第j根焊丝的长度，k、j为焊丝编号，1≤k≤n，1≤j≤n，D为被焊工件的厚度，电磁力F(k)的正方向设定为焊接方向的反方向，在被焊工件厚度、各焊丝长度、弧长确定的情况下，F(k)的值取决于各焊丝的电流配置和焊丝自由端的位置；

由于第2根焊丝到第n根焊丝的焊接电流为交流，随时间周期性变化，所以F(k)也会随时间周期性变化；F(k)在一个周期内的标准差σ_k代表着第k根焊丝的电弧底端受到的电磁力的波动程度；电磁力合力波动越大，电弧摆动范围越大；因此，从减小电弧摆动的角度来看，σ_k越小越好；

以所有焊丝的电弧底端单位长度上受到的电磁力的标准差的平方和作为优化目标，即：

是相位差和焊丝自由端位置{x_k}的函数，通过数值计算找到合适的相位差和焊丝自由端的相对位置{x_k}使得最小；

步骤S3中，通入第1至第n根焊丝的电流幅值依次递减的方式为等比递减或等差递减，此时，的取值范围如下：

步骤S3中，根据n的不同取值，确定n根焊丝自由端的相应间距的实现方式包括:

将第1根焊丝的自由端与第n根焊丝的自由端间的距离设定为L，

当n＝3时，n根焊丝的自由端分别与第1根焊丝的自由端间的距离为：

当n＝4时，n根焊丝的自由端分别与第1根焊丝的自由端间的距离为:

当n＝5时，n根焊丝的自由端分别与第1根焊丝的自由端间的距离为：

当n＝6时，n根焊丝的自由端分别与第1根焊丝的自由端间的距离为：

其中，x₁表示第1根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离；

x₂表示第2根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离；

x₃表示第3根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离；

x₄表示第4根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离；

x₅表示第5根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离；

x₆表示第6根焊丝的自由端与第1根焊丝的自由端间的距离。