[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

说明书

本发明提供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。本发明方法，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一定的角度和一定的距离复合在一起后，对待焊板材进行施焊。本发明主要利用直流反接的电弧与直流正接的脉冲电弧之间的电磁排斥效应，形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，从而有利于实现全位置高效焊接，以及获得更加精确的焊接成形。本发明提出的双电弧振动共熔池热源可以实现大参数高速度条件下的全位置焊接以及电弧熔丝增材制造，显著提高加工制造效率，减小残余应力，提高加工成形精度。

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，涉及电弧热源焊接熔池稳定性的调控方法，尤其涉及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。

背景技术

横焊、立焊以及仰焊是大型储罐、船舶分段和机车框梁等复杂构件的主要焊接方式。上述全位置电弧焊中，熔池金属和熔滴因受重力作用具有下坠趋势，容易产生焊瘤、咬边甚至熔化金属下淌等缺陷，需要严格控制熔池金属的流动行为，减少熔池的波动。电弧熔丝增材制造技术是利用电弧熔化丝材叠加进而实现增材制造的一种新的制备方法，与激光增材制造技术相比，具有增材效率高、制造成本低等显著优点，但是其成形尺寸精度受到电弧熔池流动稳定性制约则大幅下降^[1]。因此，迎合全位置电弧自动化焊接和电弧熔丝增材制造的飞速发展，迫切需要开发电弧熔池流动稳定性的精确调控方法。

单电弧热源焊接时主要是通过减小热源工艺参数、手工或机械电弧摆动和焊接电源脉冲波形控制等三种措施来调控焊接熔池稳定性，以满足实际工程的需要。

第一种措施：减小单电弧热源的工艺参数，其本质是通过降低焊接电流、减小电弧等离子体对母材及焊丝加热，降低焊接熔池液态金属温度，增加了熔池液态金属的表面张力，降低了熔池液态金属的流动性，由此来增加焊接熔池的稳定性。此方法在一定程度上可以控制熔池的稳定性，但是大大限制了电弧热源的焊接效率。

第二种措施：手工或机械的电弧摆动，其核心在于通过电弧热源的适当摆动，来降低焊接熔池液态金属的温度梯度，同时也降低了熔池液态金属温度^[2]。根据熔池温度梯度引起的剪切力以及电弧等离子体对液态金属的剪切力的共同作用下，使得熔池液态金属在竖直方向的流动性能降低，且有一定的可调节性。此方法的局限性在于其实现自动化焊接方面有很大困难，同时焊接效率较低。

第三种措施：焊接电源的脉冲波形控制，其核心是通过脉冲型焊接电源来提供焊接电流，实现了电弧等离子体对熔池液态金属的可调控式加热，同时可实现焊接平均电流较低的射滴过渡形式的焊接过程^[3]。此方法通过焊接电源的脉冲加热，可以适当降低熔池液态金属的温度及其梯度，使得熔池液态金属的流动性降低，增加了焊接熔池的整体稳定性，但是其调节能力和范围有一定的局限性^[4]。

由此可见，单电弧热源焊接在熔池稳定性调节方面还存在着制造效率低或难以实现自动化焊接的难题。

参考文献：

[1]熊俊,薛永刚，陈辉，等 .电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J] .电焊机，2015,45(9):45-50.

[2]任志鹏，蒋朝东，唐新华 .新型摆动电弧窄间隙GMAW焊缝成形研究[J] .焊接，2013,4:26-29.

[3]郭宁，林三宝，范成磊，等 .横向GMAW熔池控制研究进展[J] .焊接，2009 ,9:21-25.

[4]岳建锋，李亮玉，刘文吉，等 .基于外加高频交变磁场下向MAG焊熔池成形控制[J] .机械工程学报，2013,49(8):65-70.

发明内容