[发明专利]基于中心热丝的双钨极等离子弧焊接装置与焊接方法

说明书

本发明属于焊接技术领域，公开了基于中心热丝的双钨极等离子弧焊接装置与焊接方法，包括流控装置、工件、送丝机构和焊枪；焊枪包括焊丝、MIG焊导电嘴、等离子拘束喷嘴、保护气罩和双钨极；双钨极对称分布在MIG焊导电嘴的两侧，等离子拘束喷嘴位于双钨极外侧，保护气罩位于等离子拘束喷嘴外侧；流控装置包括等离子焊接电源、高频震荡起弧器、IGBT控流模块、电流调控器和电流信号检测器；本发明焊接更为高效，提高了熔敷效率，加速焊缝成形和提高焊接质量，减少焊接缺陷，焊接过程稳定；中心填丝的对称双钨极布置，提高了焊枪焊接时的灵活性，解决热丝电弧造成的磁偏吹问题。本发明也适用于金属的电弧增材制造领域。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及基于中心热丝的双钨极等离子弧焊接装置与焊接方法。

背景技术

等离子弧焊，是指利用等离子弧高能量密度束流作为焊接热源的熔焊方法。等离子弧焊接具有能量集中、生产率高、焊接速度快、应力变形小、电孤稳定且适宜焊接薄板和箱材等特点，特别适合于各种难熔、易氧化及热敏感性强的金属材料的焊接。

气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用纯氩。根据各种工件的材料性质，也有使用氦、氮、氩或其中两者混合的混合气体的。

等离子弧的产生：在钨极与喷嘴之间或钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成自由电弧，该电弧受下列三个压缩作用形成等离子弧。①机械压缩效应——电弧经过有一定孔径的水冷喷嘴通道，使电弧截面受到拘束，不能自由扩展。②热压缩效应——当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使电弧外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。③电磁收缩效应——定向运动的电子、离子流就是相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使孤柱进一步收缩。电弧经过以上三种压缩效应后，能量高度集中在直径很小的弧柱中，弧柱中的气体被充分电离成等离子体，故称为等离子弧。当小直径喷嘴，大的气体流量和增大电流时，等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲击力，这种等离子弧称为“刚性弧”，主要用于切割金属。反之，若将等离子弧调节成温度较低、冲击力较小时，该等离子弧称为“柔性弧”，主要用于焊接。

焊接时离子气和保护气均为纯氩。等离子弧焊所用电极一般为钨极，与钨极氩弧焊相同，国内主要采用钍钨极和铈钨极，国外还采用锆钨极和锆极，有时还需填充金属。一般均采用直流正接法，钨棒接负极。故等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

等离子弧焊接属于三大高能束焊接方法之一。等离子弧通过水冷喷嘴对自由电弧的弧柱进行强烈压缩，能显著提高电弧的温度、能量密度和等离子流速。由于等离子弧较高的能量密度,在焊接过程中可形成小孔效应，具有焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接生产效率高等优势。但是，在传统的等离子填丝焊过程中，焊丝与电极几乎成90角，这给焊接带来了困难，主要表现在：焊枪端部体积大、定位可靠性差；送丝装置限制了焊接设备的灵活性和可达性，且送丝装置决定了焊枪只能朝一个方向焊接；电弧热量分别用于熔化焊件和焊丝，焊接速度无法得到进一步的提高。

专利号为CN103817449A的专利提出了一种等离子弧和熔化极电弧复合焊接方法及焊接装置，沿焊接方向在前端采用等离子弧对被焊工件进行预热或焊缝熔透，在后端采用熔化极电弧将焊丝熔化并填充焊缝。该方法采用一把熔化极等离子复合焊枪，大大提高了焊枪的灵活性和可达性，便于实现焊接的自动化，同时，利用MIG电弧和等离子电弧产生的复合电弧对焊丝进行加热，能极大地提高焊接效率。但该方法在焊接时，为提高焊接效率，需要增加等离子弧和MIG电弧的焊接电流，使得工件热输入较大，易产生焊接变形大、组织性能变差等问题。