[发明专利]一种基于双电弧振动的焊接熔池稳定性调控方法及其应用

权利要求书

1.一种基于双电弧振动的焊接熔池稳定性调控方法，其特征在于，根据所需的焊接成形对象，将分别与熔化极气体保护焊接电源和脉冲型非熔化极气体保护焊接电源相连接的焊枪以30-45°的角度和15-25mm的距离复合在一起后，对待焊板材进行全位置焊接或电弧增材制造焊接，其中，前端焊枪的电弧采用熔化极气体保护焊接的交流波形焊接电源；后端焊枪的电弧采用脉冲型非熔化极气体保护焊接的直流正极性接法，构成前端电弧偏移振动及后端电弧脉冲波动的双电弧振动热源形式；使得部分电弧热量作用于熔池前方母材金属上，其余部分电弧热量作用于熔池液态金属上，此时熔池液态金属温度及其梯度均降低，熔池表面张力升高，熔池液态金属流动性能降低，由此实现了焊接熔池稳定性调控；

当后端电弧电流位于脉冲峰值阶段时，前端电弧呈现为尾端向前侧倾斜的状态，后端电弧呈现为沿钨极延长线方向的钟罩状形态；当后端电弧电流位于脉冲基值阶段时，前端电弧呈现为竖直状态，后端电弧呈现为尾端向焊接方向后侧倾斜的状态；

通过调整前后两端电弧之间的电磁场耦合排斥效应的强弱，来调节前端电弧的振动幅度以及焊接熔池前端偏移距离，使得熔池前端偏移区域面积S₁与前端电弧加热圆形区域面积S的百分比为1/4-1/3，其焊接成形的尺寸均匀性和精确性控制在±0.5mm范围内。

2.一种双电弧振动的焊接熔池热源应用于中厚板全位置的焊接工艺，其特征在于，根据所需的焊接成形对象，将分别与熔化极气体保护焊接电源和脉冲型非熔化极气体保护焊接电源相连接的焊枪以30-45°的角度和15-25mm的距离复合在一起后，对待焊板材进行全位置焊接，其中，前端焊枪的电弧采用熔化极气体保护焊接的交流波形焊接电源；后端焊枪的电弧采用脉冲型非熔化极气体保护焊接的直流正极性接法，构成前端电弧偏移振动及后端电弧脉冲波动的双电弧振动热源形式；使得部分电弧热量作用于熔池前方母材金属上，其余部分电弧热量作用于熔池液态金属上，此时熔池液态金属温度及其梯度均降低，熔池表面张力升高，熔池液态金属流动性能降低，由此实现了焊接熔池稳定性调控；

当后端电弧电流位于脉冲峰值阶段时，前端电弧呈现为尾端向前侧倾斜的状态，后端电弧呈现为沿钨极延长线方向的钟罩状形态；当后端电弧电流位于脉冲基值阶段时，前端电弧呈现为竖直状态，后端电弧呈现为尾端向焊接方向后侧倾斜的状态；

通过调整前后两端电弧之间的电磁场耦合排斥效应的强弱，来调节前端电弧的振动幅度以及焊接熔池前端偏移距离，使得熔池前端偏移区域面积S₁与前端电弧加热圆形区域面积S的百分比为1/4-1/3，其焊接成形的尺寸均匀性和精确性控制在±0.5mm范围内；

在全位置焊接时，其对接坡口尺寸规范为：坡口夹角20-50°、坡口间隙1.0-3.0mm、钝边尺寸0.5-3.0mm。

3.一种双电弧振动的焊接熔池热源应用于电弧增材制造焊接工艺，其特征在于，采用如权利要求1所述的基于双电弧振动的焊接熔池稳定性调控方法，在电弧增材制造焊接时，其焊接工艺规范为：两极间距10-40mm，前端焊枪与板材夹角角度为60-90°，后端焊枪与前端焊枪的夹角为20-70°。

4.根据权利要求3所述的双电弧振动的焊接熔池热源应用于电弧增材制造焊接工艺，其特征在于，在电弧增材制造焊接时，其焊接工艺规范包括熔化极气体保护焊接的工艺规范和脉冲型非熔化极气体保护焊接的工艺规范；其中，熔化极气体保护焊接的工艺规范：Ar-CO2混合气气体流量：12-30L/min、焊接电流：160-400A、电弧电压：24-42V、焊丝直径：Φ1.2-1.6mm、焊丝伸出长度：15-35mm、焊接速度：600-960mm/min；脉冲型非熔化极气体保护焊接的工艺规范：氩气气体流量：5-15L/min、焊接峰值电流360-460A、基值电流60-150A、电流脉冲频率为10-200Hz、电弧电压：8-16V、钨极直径：Φ2.4-3.2mm、焊接速度：600-960mm/min。