[发明专利]一种单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接方法

权利要求书

1.一种单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接装置，其特征在于：该单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接方法装置主要包括焊接电源及其控制系统（1）、等离子焊枪（2）、TIG焊枪（3）、被焊工件（4）和半导体换向开关（5）；等离子焊枪（2）和TIG焊枪（3）分别置于被焊工件（4）两侧合适位置处，要求两焊枪轴线垂直于被焊工件（4），保持三者在同一条直线上，系统可根据焊接板厚适当调节焊枪参数以适应焊接要求；该焊接方法有关电回路方面的连接方式，焊枪必须的气路和水路接法都是使用常规接法；

整个焊接系统包括两路独立电流回路，焊接电源—TIG焊枪（3）—等离子焊枪（2）—焊接电源；焊接电源—等离子焊枪（2）—被焊工件（4）—焊接电源。

2.利用权利要求1的单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接装实现一种单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接方法，其特征在于：该焊接方法包括以下步骤，S₁准备工作，首先将被焊工件（4）准备就绪，在焊接较厚板时，被焊工件要开取一定的坡口，但要求并不严格；之后将等离子焊枪（2）、TIG焊枪（3）、被焊工件（4）及送丝装置都连接到与焊接电源及控制系统（1）组成的相应的回路当中，确保控制系统通过半导体换向开关（5），能够对以上两个焊接电流回路实现相应的接通与断开的互锁控制；

S₂起弧，通过焊接控制系统，使得焊接电源—TIG焊枪（3）—等离子焊枪（2）—焊接电源，这一回路接通；而焊接电源—等离子焊枪（2）—被焊工件（4）—焊接电源这一回路断开；在焊接起始阶段首先待等离子弧正常建立，然后采用接触起弧方式将TIG电弧提拉引燃，由此，两焊接电弧均稳定建立；

S₃待穿透电弧形成，进行回路切换，I为变极性等离子弧焊接电源的电流输出波形，I₁为变极性等离子弧焊正半波的电流输出波形，I₂为变极性等离子弧焊负半波的电流输出波形；

待等离子焊枪（2）与TIG焊枪（3）间的焊接电弧（6）稳定建立并穿透被焊工件（4）后，通过焊接控制系统，利用半导体换向开关（5）切换焊接回路，使得DCEP段电流I₂流向经由焊接电源—等离子焊枪（2）—被焊工件（4）—焊接电源这一回路，另一回路断开，这样电弧电流导电通道区被引至被焊工件（4）上；此时等离子电弧直接作用于被焊工件（4），形成等离子弧一侧焊接熔池，TIG电弧在DCEP阶段熄灭；另外，此时被焊工件（4）接负，焊接电弧（6）能够清理掉阻碍液态金属良好熔化、流动和熔合的氧化膜，起到清理作用；

当变极性等离子弧焊接电源输出电流由DCEP段转至DCEN段，通过焊接控制系统利用半导体换向开关（5）切换焊接回路，从而使DCEN段电流I₁流经焊接电源—TIG焊枪（3）—等离子焊枪（2）—焊接电源回路，另一回路断开，这样电弧电流导电通道区被引至两焊枪间；此时穿透电弧集中作用于焊接区加热被焊工件（4），实现被焊工件（4）深而窄的焊缝成形；双态电弧的交替换向频率与变极性焊接电源的频率一致，其按照变极性等离子弧焊周期不断交替转换，从而实现回路穿透电弧和正常等离子弧焊接热输入的精确控制；

S₄实时调整变极性等离子弧焊接电源的参数，使双态电弧满足中厚板焊接工艺要求，由以上描述可知，I_DCEN和t_DCEN分别为流经焊接电源—TIG焊枪（3）—等离子焊枪（2）—焊接电源回路的穿透电弧的电流幅值和作用时间，I_DCEP和t_DCEP分别为流经焊接电源—等离子焊枪（2）—被焊工件（4）—焊接电源回路的常规等离子电弧的电流幅值和作用时间。

3.根据权利要求2所述的一种单电源VPPA-GTAW双态电弧穿孔焊接方法，其特征在于：通过调节I_DCEN、t_DCEN、I_DCEP和t_DCEP四个参数就可以实现焊接过程中对穿透电弧和常规等离子电弧焊接热输入的分别调节和控制。