熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备与流程

1.本发明涉及熔化极电弧焊领域，具体地说，涉及熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备。


背景技术：

2.实际焊接中，碳钢、不锈钢、铝合金焊接过程中会因为焊丝表面质量差导致的气孔率高的课题，尤其是铝合金焊接。以铝合金焊接为例：目前市场上焊接铝合金主要使用弧焊和搅拌摩擦焊，而弧焊的占比很高，弧焊中的气孔问题一直是困扰行业的难题，尤其是熔化极mig焊，气孔率高是铝合金行业普遍存在的课题，因为铝合金熔点低，导热快，等物理特点，导致铝合金焊接过程中气孔很难快速逸出，滞留在焊缝中，成为潜在的隐患影响焊缝的强度，而通常焊接前都会清理母材，保证气体纯度来降低气孔来源，但事实上不管母材清理多干净，气体再纯净，气孔依然无法杜绝，甚至一直存在，这是因为忽略了焊丝表面的影响，焊丝在生产过程中拉拔、存储都会适当的使用润滑剂，防止氧化及生锈，而这些润滑剂恰恰会成为气孔的另一来源，本发明就是为了解决焊丝表面的脏污，降低焊缝气孔率。
3.交流焊铝合金虽然早已有之，但主要是tig焊接用交流居多，mig焊接应用很少，所以此前的交流电弧焊接铝合金也有清理氧化皮的效果，但是针对母材表面的氧化皮，没有针对焊丝表面的氧化皮进行清理的控制，通过设计全新的焊接波形，利用电弧反极性有规律的清理焊丝氧化膜，清理一段过渡一段，形成过渡之前先清理的良性循环，并控制过渡期的电弧的弧长，保证焊接过程中没有油污等氧化性成分形成气孔。
4.因此，本发明提供了一种熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备，克服了现有技术的困难，能够利用负向脉冲使电弧沿焊丝爬升，清理焊丝表面的氧化膜和油污，大大降低气孔率，提高了焊接质量。
6.本发明的实施例提供一种熔化极脉冲电弧焊接方法，包括以下步骤：
7.进给焊丝，交替使用的第一阶段和第二阶段来进行焊接；
8.所述第一阶段中接通电极正极性电流，采用所述正极性电流进行短路过渡焊接；
9.所述第二阶段中接通电极负极性电流，所述负极性电流为负向脉冲，采用所述负向脉冲令所述电弧自所述焊丝的端部沿所述焊丝爬升，附着并清理所述焊丝的表面。
10.优选地，所述第一阶段的时长大于所述第二阶段的时长。
11.优选地，在每个所述第一阶段中，进给所述焊丝的总长度小于等于上一个所述第二阶段中所述电弧沿所述焊丝爬升的高度。
12.优选地，在每个所述第二阶段中，检测所述电弧沿所述焊丝爬升的高度，根据所述高度以及预设送丝速度获得下一个所述第一阶段的时长。
13.优选地，在所述第一阶段中，所述正极性电流最高为200安培至300安培。
14.优选地，在所述第一阶段中，所述正极性电流的峰值为0.1毫秒至0.5毫秒。
15.优选地，在所述第二阶段中，所述负向脉冲的电流最高为400安培至550安培。
16.优选地，在所述第二阶段中，所述负向脉冲的峰值为2毫秒至10毫秒。
17.本发明的实施例还提供一种熔化极脉冲电弧焊接系统，用于实现上述的熔化极脉冲电弧焊接方法，熔化极脉冲电弧焊接系统包括：
18.一焊丝进给模块，引导焊丝；以及
19.一电源控制模块，交替使用的第一阶段和第二阶段来进行焊接，所述第一阶段中接通电极正极性电流，采用所述正极性电流进行短路过渡焊接；
20.所述第二阶段中接通电极负极性电流，所述负极性电流为负向脉冲，采用所述负向脉冲令所述电弧沿所述焊丝爬升，附着并清理所述焊丝的表面。
21.优选地，还包括：
22.一爬升检测模块，在每个所述第二阶段中，检测所述电弧沿所述焊丝爬升的高度；以及
23.一时长调整模块，根据所述高度以及预设送丝速度获得下一个所述第一阶段的时长。
24.本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备，能够利用负向脉冲使电弧沿焊丝爬升，清理焊丝表面的氧化膜和油污，大大降低气孔率，提高了焊接质量。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
26.图1是本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的流程图。
27.图2是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的时序示意图。
28.图3至5是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的过程示意图。
29.图6是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接系统的模块连接示意图。
具体实施方式
30.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
31.图1是本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的流程图。如图1所示，本发明的实施例提供一种熔化极脉冲电弧焊接方法，包括以下步骤：进给焊丝，交替使用的步骤s110(第一阶段)和s120(第二阶段)来进行焊接；
32.s110、第一阶段中接通电极正极性电流，采用正极性电流进行短路过渡焊接。
33.s120、第二阶段中接通电极负极性电流，负极性电流为负向脉冲，采用负向脉冲令电弧自焊丝的端部沿焊丝爬升，附着并清理焊丝的表面。
34.本发明通过设计负向高能量脉冲间歇性的作用于焊丝端，达到清理焊丝表面氧化物及油污的目的，再利用短弧将被清理过后的焊丝熔化并过渡到熔池中，达到清除气孔主
要来源的目的。焊接过程为清理，过渡，清理，过渡交替进行，保证每段焊丝清理过后再过渡进去。
35.本发明的焊接过程中正向过渡阶段以短路过渡为主，目的是减小弧长，减少外界杂质的混入，利用负向脉冲(负向清理阶段)的高能量电弧会沿着焊丝爬升，其原理就是电弧会主动的寻找阴极区容易被电离失去电子的氧化物(因为氧化物的电离电位要显著低于金属)，因此电弧会首先附着在焊丝表面，当能量足够大时就能达到清理氧化膜和油污的效果，反向脉冲过后利用短路过渡将被清理过得那段焊丝熔化并过渡到焊缝中，进而达到清理焊丝，降低气孔率的目的。
36.在一个优选实施例中，第一阶段的时长大于第二阶段的时长，但不以此为限。
37.在一个优选实施例中，在每个第一阶段中，进给焊丝的总长度小于等于上一个第二阶段中电弧沿焊丝爬升的高度，以便保证进行焊接的焊丝的表面是已经被清理的，从而降低气孔率，提高了焊接质量。
38.在一个优选实施例中，在每个第一阶段中，进给焊丝的总长度为上一个第二阶段中电弧沿焊丝爬升的高度的20％至80％。或者，在每个第一阶段中，进给焊丝的总长度为上一个第二阶段中电弧沿焊丝爬升的高度的30％、40％、50％、60％、70％中的任意一种，不以此为限。进给焊丝的总长度为上一个第二阶段中电弧沿焊丝爬升的高度百分比越高，则焊接速度越快。进给焊丝的总长度为上一个第二阶段中电弧沿焊丝爬升的高度百分比越低，则焊丝表面最纯净，焊接质量越好。
39.在一个优选实施例中，在每个第二阶段中，检测电弧沿焊丝爬升的高度h，根据电弧沿焊丝爬升的高度h以及预设送丝速度v获得下一个第一阶段的时长t，例如：t＝h
÷
v，以便保证进行焊接的焊丝的表面是已经被清理的，从而降低气孔率，提高了焊接质量。本实施例中，采用现有的电弧高度测量传感器，但不以此为限。
40.在一个优选实施例中，在第一阶段中，正极性电流最高为200安培至300安培，但不以此为限。
41.在一个优选实施例中，在第一阶段中，正极性电流的峰值为0.1毫秒至0.5毫秒，但不以此为限。
42.在一个优选实施例中，在第二阶段中，负向脉冲的电流最高为400安培至550安培，但不以此为限。
43.在一个优选实施例中，在第二阶段中，负向脉冲的峰值为2毫秒至10毫秒，但不以此为限。
44.以下通过图2至5来介绍本发明的具体实施过程。
45.图2是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的时序示意图。图2所示，体现了本发明的实施过程中交替使用第一阶段a和第二阶段b来进行焊接钢板6的过程中电压u和电流i的变化关系。
46.其中，第一阶段a中接通电极正极性电流，采用正极性电流进行短路过渡焊接，在第一阶段中，正极性电流i最高为200安培至300安培，正极性电流的峰值为0.1毫秒至0.5毫秒，第一阶段主要通过能量的输出进行短路过渡焊接。
47.第二阶段b中接通电极负极性电流，负极性电流为负向脉冲，采用负向脉冲令电弧自焊丝的端部沿焊丝爬升，附着并清理焊丝的表面。第一阶段的时长大于第二阶段的时长，
在第二阶段中，负向脉冲的电流i最高为400安培至550安培，负向脉冲的峰值为2毫秒至10毫秒，第二阶段主要利用负向脉冲使电弧沿焊丝爬升，清理焊丝表面的氧化膜和油污，确保在下一个阶段的短路过渡焊接中的焊丝表面不包含气泡和油污，从而大大降低气孔率，提高了焊接质量。
48.图3至5是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法的过程示意图。参考图3至5所示，图3对应图2中左边第一个第一阶段a，图4对应图2中的第二阶段b，图5对应图2中第二阶段b之后的第一阶段a。
49.如图3所示，喷嘴2设置于保护气罩1中，喷嘴2引导焊丝3的端部41到达焊接点，此时通过接通电极正极性电流，采用正极性电流进行短路过渡焊接。
50.如图4所示，接通电极负极性电流，负极性电流为负向脉冲，采用负向脉冲令电弧自焊丝3的端部41沿焊丝3爬升，附着并清理焊丝3的表面。并且，采用现有的电弧高度测量传感器检测电弧沿焊丝3爬升的高度h。
51.如图5所示，再次通过接通电极正极性电流，采用正极性电流进行短路过渡焊接。该阶段中进给焊丝的总长度s为上一个第二阶段b中电弧沿焊丝爬升的高度h的50％至70％，以便尽可能利用爬高的高度带来的表面经过充分清理的局部焊丝，保证进行焊接的焊丝的表面都已经被清理的，从而兼顾焊接速度和焊接质量。
52.本发明的熔化极脉冲电弧焊接方法能够利用负向脉冲使电弧沿焊丝爬升，清理焊丝表面的氧化膜和油污，大大降低气孔率，提高了焊接质量。
53.图6是实施本发明的熔化极脉冲电弧焊接系统的模块连接示意图。如图6所示，本发明还提供一种熔化极脉冲电弧焊接设备5，用于实现上述的熔化极脉冲电弧焊接方法，包括：一焊丝进给模块51、一电源控制模块52、一爬升检测模块53以及一时长调整模块54。
54.焊丝进给模块51用于引导焊丝。
55.电源控制模块52交替使用的第一阶段和第二阶段来进行焊接，第一阶段中接通电极正极性电流，采用正极性电流进行短路过渡焊接；第二阶段中接通电极负极性电流，负极性电流为负向脉冲，采用负向脉冲令电弧沿焊丝爬升，附着并清理焊丝的表面。
56.爬升检测模块53在每个第二阶段中，检测电弧沿焊丝爬升的高度。
57.时长调整模块54根据高度以及预设送丝速度获得下一个第一阶段的时长。
58.综上，本发明的目的在于提供熔化极脉冲电弧焊接方法以及焊接设备，本发明的熔化极脉冲电弧焊接系统能够利用负向脉冲使电弧沿焊丝爬升，清理焊丝表面的氧化膜和油污，大大降低气孔率，提高了焊接质量。
59.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。