一种三丝气体保护间接电弧焊接方法、装置、堆焊方法及窄间隙焊接方法

摘要

本发明公开了一种三丝气体保护间接电弧焊接方法、装置、堆焊方法及窄间隙焊接方法。所述方法焊接前将三根焊丝中的一根焊丝(中间焊丝)连接至两个电弧电源的同一电极上并排布于中间，其余的两根焊丝(边丝)分别连接至两个电弧电源的另一电极上，边丝分别排布在中间焊丝的两边；使得中间焊丝以及边丝能够相交在一点上；焊接时，令两个电弧电源同时输出，使得中间焊丝、边丝之间的交点上产生耦合间接电弧，当靠近待焊母材时，该耦合间接电弧使得焊接工件部分熔化，与焊丝过渡的液态金属形成熔池实现焊接过程。本发明有效解决了双丝间接电弧焊热输入不足的问题，同时利用产生的耦合间接电弧有效提升了焊丝熔化效率以及间接电弧焊接参数可调范围。

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体的说是涉及一种三丝气体保护间接电弧焊接方法、装置、堆焊方法以及窄间隙焊接方法。

背景技术

现代生产中，新型焊接方法对生产效率的提高和企业竞争力的提高均具有至关重要的作用。广泛使用的熔化极气体保护焊，提高焊接效率的关键是提高焊丝熔覆效率，而焊丝的熔覆效率主要是由焊接电流大小所决定的。对于常规电弧焊，电源连接是在焊接工件和焊丝之间，所以流过焊丝的总电流必然等于流过焊接工件的总电流，因此采用提升焊接电流来提高焊接效率时，会不可避免的导致焊接工件热输入的增加，而热输入的增加会导致焊接接头性能下降、焊接变形增加等系列问题。

与传统的电弧焊不同，间接电弧焊时工件不接电源，电弧只在电极之间产生。目前开发的间接电弧多为双丝间接电弧，例如北京工业大学提出了激光-双丝间接电弧复合的焊接方法(CN103753024A)；天津大学提出了一种铸铁阀门密封面堆焊铜合金的TIG/MIG间接电弧方法(CN103212771A)；而山东大学也开发并研究了双焊条间接电弧焊和双丝间接电弧焊；哈尔滨工业大学也开发和研究了TIG-MIG间接电弧焊。然而现有的双丝间接电弧焊均具有一定的局限性，即不仅可用参数范围窄，而且当电流增大到一定程度时，电弧变得分散而无法保证焊接过程稳定性，熔敷效率和焊接效率都难以进一步增大。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种三丝气体保护间接电弧焊接方法，其通过采用不同的电源连接方式和焊丝分布，有效解决了双丝间接电弧焊热输入不足的问题，同时利用产生的耦合间接电弧有效提升了焊丝熔化效率以及间接电弧焊接参数可调范围。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种三丝气体保护间接电弧焊接方法，其特征在于：

所述方法通过三根焊丝以及两个电弧电源实施焊接过程；

具体包括

焊接前，先将所述三根焊丝中的一根焊丝连接至所述两个电弧电源的同一电极上，其余的两根焊丝分别连接至所述两个电弧电源的另一电极上，焊接工件不与所述电弧电源连接；随后将上述连接两个电弧电源同一电极的焊丝排布在中间，称该焊丝为中间焊丝；其余的两根焊丝分别排布在所述中间焊丝的两边，称其余的两根焊丝为边丝；使得各所述边丝分别与所述中间焊丝保持相同的夹角，并且上述中间焊丝以及边丝能够相交在一点上；

焊接时，令上述两个电弧电源同时输出，从而使得上述中间焊丝以及边丝之间的交点上产生耦合间接电弧，当把该耦合间接电弧靠近待焊母材时，该耦合间接电弧使得焊接工件部分熔化，与焊丝过渡的液态金属形成熔池，冷却凝固后即可形成焊接接头，实现焊接过程。

进一步的，所述中间焊丝与所述边丝可选用多种排布方式，其中，所述中间焊丝可垂直向下排布或者与水平线成一定的倾斜角排布；各所述边丝分别对称排布在所述中间焊丝的两边；所述中间焊丝与各所述边丝之间的夹角10°～80°。

所述两个电弧电源可以由两个直流电源、两个脉冲电源、或者一个直流电源和一个脉冲电源组合中的任意一种组合。

所述焊接方法进行焊接过程中所采用的保护气体可以为CO₂、Ar中的一种或CO₂和Ar的混合气，保护气流均为0.1-50L/min。

本发明还要提供一种实现上述三丝气体保护间接电弧焊接方法的装置，其特征在于：

所述装置由三根焊丝以及两个电弧电源组成；

其中，所述三根焊丝中的一根焊丝连接至所述两个电弧电源的同一电极上，且使得该焊丝排布在三根焊丝中间位置处，称该焊丝为中间焊丝；

其余的两根焊丝分别连接至所述两个电弧电源的另一电极上，使得所述两根焊丝分别排布在所述中间焊丝的两边，并分别与所述中间焊丝保持相同的夹角，称其余的两根焊丝为边丝；

焊接工件不与所述电弧电源连接；

同时使得上述中间焊丝以及边丝能够相交在一点上；

焊接时，令上述两个电弧电源同时输出，从而使得上述中间焊丝以及边丝之间的交点上产生耦合间接电弧，当把该耦合间接电弧靠近待焊母材时，该耦 合间接电弧使得焊接工件部分熔化，与焊丝过渡的液态金属形成熔池，冷却凝固后即可形成焊接接头，实现焊接过程。

所述中间焊丝与所述边丝可选用多种排布方式，其中，所述中间焊丝可垂直向下排布或者与水平线成一定的倾斜角排布；各所述边丝分别对称排布在所述中间焊丝的两边；所述中间焊丝与各所述边丝之间的夹角10°～80°。

所述两个电弧电源可以由两个直流电源、两个脉冲电源、或者一个直流电源和一个脉冲电源组合中的任意一种组合。

所述焊接方法进行焊接过程中所采用的保护气体可以为CO₂、Ar中的一种或CO₂和Ar的混合气，保护气流均为0.1-50L/min。

同时基于上述三丝气体保护间接电弧焊接方法，本发明还提供了一种堆焊方法，其特征在于：所述方法实施堆焊过程中，以上述三根焊丝为填充金属，利用所述耦合间接电弧的弧柱热量和熔滴过渡所携带的热量，实现填充金属与焊接工件的焊接。

同时基于上述三丝气体保护间接电弧焊接方法，本发明还提供了一种窄间隙气体保护三丝间接电弧焊方法，其特征在于：所述方法实施焊接过程中，使得所述三根焊丝排布于同一平面，以实现窄间隙焊接。

本发明的有益效果：

本三丝气体保护间接电弧焊工件不接电源,电弧只在焊丝端部形成间接电弧,工件上不存在活性斑点区、熔敷系数高、节约电能、熔合比可大幅度降低；由于其特殊的焊丝分布方式，产生了电弧耦合作用，与双丝气体保护间接电弧焊相比，其可用适焊电流大大增加，解决了双丝气体间接电弧对母材热输入不足的问题，并通过增加焊接电流，进一步增加了焊丝熔敷效率，提高了生产效率。

附图说明

图1：双丝间接电弧焊原理示意图；

图2：本发明的原理示意图；

图3a：本发明所述的几种典型焊丝分布方式示意图；

图3b：本发明所述的几种典型焊丝分布方式转换视角后的示意图；

图4：发明所述的窄间隙三丝间接电弧焊实例示意图。

图中：1、电弧电源，2、电弧电源，3、主丝或者称为中间焊丝，4、边丝，5、边丝，6、待焊母材。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，双丝间接电弧焊特别是其电源连接方式和焊丝分布方式，使得双丝间接电弧焊在电流增大到一定值时，在电磁作用下会发生电弧分散现象。因此存在对母材热输入不足、焊接参数选择狭窄等缺点。

基于上述双丝间接电弧焊存在的缺陷及其产生的原因，本发明设计了一种三丝气体保护间接电弧焊方法，其通过采用不同的电源连接方式和焊丝分布以克服双丝间接电弧焊热输入不足等问题。

如图2所示，所述三丝气体保护间接电弧焊接方法，所述方法通过三根焊丝以及两个电弧电源实施焊接过程；

具体包括

焊接前，先将所述三根焊丝中的一根焊丝连接至所述两个电弧电源(1、2)的同一电极上，其余的两根焊丝分别连接至所述两个电弧电源(1、2)的另一电极上，焊接工件不与所述电弧电源连接；随后将上述连接两个电弧电源同一电极的焊丝排布在中间，称该焊丝为中间焊丝3；其余的两根焊丝排布(可对称排布)在所述中间焊丝的两边，称其余的两根焊丝为边丝(4、5)；使得所述中间焊丝分别与各所述边丝保持一定夹角(相同的夹角)，并且上述中间焊丝以及边丝能够相交在一点上；

焊接时，令上述两个电弧电源同时输出，从而使得上述中间焊丝以及边丝之间的交点上产生耦合间接电弧，当把该耦合间接电弧靠近待焊母材6时，该耦合间接电弧使得焊接工件部分熔化，与焊丝过渡的液态金属形成熔池，冷却凝固后即可形成焊接接头，实现焊接过程。

进一步的，所述三根焊丝有多种排布方式，一般情况下中间焊丝可以垂直向下也可以与水平线倾斜一定角度排布；边丝与中间焊丝角度可为10°～80°可调。图3a、3b给出了几种典型的焊丝排布方式：如图a，三根焊丝分布在一个平面上；b，边丝分别在中间焊丝的两侧；c，边丝同时在中间焊丝的一侧；d，中间焊丝与水平线倾斜一定角度等等，图a1至d1则为图a至d，相应的转换一定视角之后对应的附图，其中，图中z为主丝即中间焊丝，b为边丝。同时所述电弧电源则可以由两个直流电源、两个脉冲电源、或者一个直流电源和一个脉冲电源中的任意一种组合。所述保护气体为CO₂、Ar或CO₂和Ar的混合气，保护气流为0.1-50L/min。

同时所述方法可应用于堆焊方法中，其实施堆焊过程中，将所述三根焊丝作为填充金属，利用间接电弧的弧柱热量和熔滴过渡所携带的热量，实现填充金属与焊接工件的焊接。

另，同时所述方法也可应用于窄间隙气体保护三丝间接电弧焊方法，实施焊接过程中，使得三根焊丝实现平面分布，焊接间隙可降低至10mm以下，满足大厚板材窄间隙焊接。

本发明具体工作原理为：焊接时中间焊丝和两个边丝之间分别产生电弧，但是由于中间焊丝即主丝流过的电流总是大于边丝的电流(电弧的形态主要受主丝所产生的磁场作用)；同时根据电弧挺度的原理，使得本发明所产生的电弧对应的电弧形态主要沿着主丝的延长线分布，这样从而避免了双丝间接电弧焊具有的电弧分散的情况，能够为焊缝和母材提供足够的热输入。同时需要说明的是尽管理论上两个边丝与主丝分别建立间接电弧，但是由于同时受主丝磁场影响，两个间接电弧可耦合成一个电弧，即所述耦合间接电弧；本发明利用耦合间接电弧提升了焊丝熔化效率以及间接电弧焊接参数可调范围，满足低稀释率堆焊和大厚板窄间隙高效焊接需求。

下述给出经典实施例对本发明进行说明：

实施例1：三丝气体保护间接电弧堆焊。

采用图3中所示焊丝分布方式a，其连接电源同一极的中间焊丝垂直向下，两个边丝与中间焊丝夹角为20度，对称分布在中间焊丝两边，并且三个焊丝同在一个平面上相交在一点。其中，三根钢焊丝型号为ER50-6，直径均为1.2mm，电源采用一个直流电源和一个脉冲直流电源，对应的保护气体为80％CO₂和20％Ar混合气；在Q235钢板为母材进行了平面堆焊，板材尺寸为200mm×100mm×5mm，焊枪高度为10mm，焊接总电流为320A，焊接速度为500mm/min，结果得到了表明光滑均匀一致,和母材结合良好，没有缺陷的焊缝；从而论证了本三丝气体保护间接电弧堆焊具有熔敷效率高、热输入低、稀释率低的优点。

实施例2：窄间隙气体保护三丝间接电弧焊。

如图4(图中，1，连接线缆；2，主丝；3，边丝；4，待焊母材；5，背面衬垫。)，其采用的焊丝分布为中间焊丝和边丝夹角为30度，采用直径1.2mm的三根钢焊丝，焊丝型号为ER50-6，焊接母材为Q235低碳钢，板材尺寸为200mm×100mm×20mm；背面使用陶瓷衬垫，I型破口，对接间隙为8mm，采用的总焊接电流为340A，焊接速度为500mm/min，实现了很好的侧壁熔合。由于其间隙 较其他方法更窄，因此具有高效的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。