专利名称：钨极-熔化极间接电弧焊的装置及其焊接方法
技术领域：
本发明属于材料焊接装置及其焊接方法。
技术背景传统的电弧焊将工件母材接电源，工件母材的热输入量大、焊缝熔敷率 低、稀释率高。在传统电弧焊焊接过程中，电弧在焊丝与工件之间燃烧，电 弧对工件直接加热，加热速度快、熔深大。工件母材作为电弧的一个电极造 成工件母材热输入增大，熔化量多，消耗电能也多。堆焊或两异种材料焊接 时，如果使用传统的电弧焊势必造成不同材料间的大量互熔，从而影响焊接 质量。如在钢板表面堆焊铜合金，使用传统的电弧焊方法会使钢板中的铁元 素大量熔入铜合金堆焊层，出现泛铁现象，从而增加堆焊层的脆性，降低其 使用性能。再如使用传统电弧焊焊接方法焊接异种材料镁铝材料时，由于电 弧对工件的直接作用，使得镁铝互熔生成大量脆性金属间化合物。发明内容本发明的目的是解决传统的电弧焊将工件母材接电源，工件母材的热输 入量大、焊缝熔敷率低、稀释率高的问题，设计一种钨极-熔化极间接电弧焊 的装置及其焊接方法。本发明由GTAW(Gas Tungsten Arc Welding,钩极气体保护焊)电源、送丝 机、钨极焊枪、熔化极焊枪、焊丝和保护气瓶组成，送丝机与焊丝的一端相 连，焊丝的另一端穿过熔化极焊枪的内腔并露在熔化极焊枪的导电嘴外，焊 丝接电，钨极焊枪和熔化极焊枪的接电端分别与GTAW电源的正负极相连， 钨极焊枪和熔化极焊枪的轴线交点位于待焊件上方，两个保护气瓶的气体输 出端分别与钨极焊枪和熔化极焊枪的保护气入口相通。用于上述装置实施的焊接方法的步骤如下步骤一将工件的待焊接部位根据需要加工成坡口、巻边或不进行处理; 步骤二将工件固定在夹具上待焊；步骤三保持钨极焊枪与熔化极焊枪之间的夹角在30。 -90°之间；钩极焊枪的钨极尖角端点离焊丝的端点的距离在2mm-5mm之间；两焊枪轴线交 点与工件表面的距离在5mm-16mm;步骤四设定工艺参数，焊接电流在20A-180A之间；送丝速度在 2.0m/min-12m/min之间钨极焊枪气体流量在10L/min-20L/min之间；熔化极 焊枪气体流量在0-20L/min之间；焊丝的干伸长度在15mm-25mm之间；焊丝 的直径在1.0mm-1.6mm之间；焊接速度在18cm/min-30cm/min之间；钨极直 径在1.6mm-2mm之间；步骤五启动GTAW电源，启动引弧开关，电弧只在钨极焊枪的钨极和从熔化极焊枪导电嘴伸出的焊丝之间产生，利用电弧热快速加热熔化焊丝， 熔化焊丝形成的熔滴携带热量间接加热工件，实施焊接。本发明的优点是,1、电源不接工件，工件表面无电弧直接加热，降低了工件的热输入量；2、 提高了焊丝的熔化速度，提高了焊接接头的熔敷率，熔敷率可高达 50g/min，降低了焊缝稀释率，焊缝稀释率控制在5%以内，提高了焊接生产 率，保证了焊接质量；3、 熔滴过渡稳定、连续，熔滴尺寸均匀并具有良好的指向性，焊接工艺 性稳定并具有很强的焊接适应性，保证了焊接质量；4、 工件与焊丝熔敷金属的互熔量明显减少；5、 该系统结构简单，焊接工艺性稳定，可广泛应用于熔敷率要求高，焊 丝与母材之间互熔量要求极少的焊接接头，如表面堆焊或异质材料间的电弧 f熔钎焊等；6、 本发明装置可在传统的GTAW焊接系统基础上，通过加入改造的熔化 极焊枪来实现，制造简单，工艺参数调节灵活快速，操作方便。
图1是本发明方法所用设备的结构示意图，图2是本发明进行堆焊的示 意图，图3是本发明焊接异质薄板时巻边对焊的示意图，图4是本发明焊接 异质厚板时开坡口对焊的示意图，图5是用本发明焊接方法实施的铜合金焊 丝在钢基体表面堆焊接头的焊缝表面形貌图，图6是用本发明焊接方法实施 的铜合金焊丝在钢基体表面堆焊接头的焊缝截面形貌图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由GTAW 电源l、送丝机2、钨极焊枪3、熔化极焊枪4、焊丝5和保护气瓶6组成， 送丝机2与焊丝5的一端相连，焊丝5的另一端穿过熔化极焊枪4的内腔并 露在熔化极焊枪4的导电嘴外，焊丝5接电，钨极焊枪3和熔化极焊枪4的 接电端分别与GTAW电源1的正负极相连，钨极焊枪3和熔化极焊枪4的轴 线交点位于待焊件上方，两个保护气瓶6的气体输出端分别与钨极焊枪3和 熔化极焊枪4的保护气入口相通。
具体实施方式
二本实施方式是基于实施方式一的装置实施的焊接方法， 焊接步骤如下步骤一将工件7的待焊接部位根据需要加工成坡口、巻边或不进行处理；步骤二将工件7固定在夹具上待焊；步骤三保持钨极焊枪3与熔化极焊枪4之间的夹角在30° -90°之间； 钨极焊枪3的钨极尖角端点离焊丝5的端点的距离在2mm-5mm之间；两焊 枪轴线交点与工件7表面的距离在5mm-16mm;步骤四设定工艺参数，焊接电流在20A-180A之间；送丝速度在 2.0m/min-12m/min之间钩极焊枪3的气体流量在10L/min-20L/min之间；熔 化极焊枪4的气体流量在0-20L/min之间；焊丝5的干伸长度在15mm-25mm 之间；焊丝5的直径在1.0mm-1.6mm之间；焊接速度在18cm/min-30cm/min 之间；钨极直径在1.6mm-2mm之间；步骤五启动GTAW电源1，启动引弧开关，电弧8只在鸽极焊枪3的 钨极和从熔化极焊枪4导电嘴伸出的焊丝5之间产生，利用电弧8的热量快 速加热熔化焊丝5，熔化焊丝5形成的熔滴9携带热量间接加热工件7，实施 焊接。
具体实施方式
三给出一个具体实施例，用本发明的方法焊接，如图2 所示。工艺如下所采用的工件7为厚度3mm的30CrMnSi结构钢，焊丝5 成份为CuSi3Mn，焊丝5直径为l.Omm。使用不锈钢刷打磨工件7的待焊部 位表面，去掉铁锈。采用专用夹具将工件7进行定位。使用丙酮清洗工件7，去掉油污和杂质，干燥后待焊。将钨极焊枪3和熔化极焊枪4分别连接到 GTAW电源1的正负极，保持两焊枪夹角45° ，钨极焊枪3的尖角端点部离 焊丝5的距离为4mm，两悍枪轴线交点与工件7表面的距离为llmm。设定 工艺参数焊接电流130A;送丝速度6.7m/min;钨极焊枪3通入的保护气为 Ar气，气体流量为15L/min，熔化极焊枪4通入的保护气为Ar气，气体流量 为20L/min;焊丝5的干伸长度为18mm;焊丝5的直径为l.Omm;焊接速度 为24cm/min;钨极直径为2mm。打开引弧开关，使电弧8在焊丝5和钨极之 间稳定燃烧，利用电弧8的热量熔化焊丝5，再利用熔滴9的热量传给工件7 实施焊接，焊后接头稀释率为4.3%,焊缝10的外貌如图5、图6所示。通过 该实例可知，该方法能够有效降低焊丝5和工件7之间的互熔量，明显降低 接头稀释率。利用该工艺特点可用于异质薄板材料巻边对焊，见图3;同时也 可用于异质厚板材料开坡口对焊，见图4。图中A、 B分别代表两种材料。
具体实施方式
四本实施方式与实施方式二不同之处在于本发明的焊接 方法适用于表面堆焊和异种材料的连接，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
五本实施方式与实施方式二不同之处在于保持钨极焊枪3 与熔化极焊枪4之间的夹角在40。 -80°之间；钨极焊枪3和熔化极焊枪4相 对于与水平面垂直的面左右对称放置，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
六本实施方式与实施方式二不同之处在于AlSi3Mn材质 的焊丝焊接电流为80A-130A; CuSi3Mn材质的焊丝焊接电流为100A-150A; ZnAl材质的焊丝焊接电流为40A-70A,其它与实施方式二相同。
具体实施方式
七本实施方式与实施方式二不同之处在于AlSi3Mn材质 焊丝的送丝速度为4.5m/min -8.5m/min; CuSi3Mn材质焊丝的送丝速度为 5.5m/min-10m/min; ZnAl材质焊丝的送丝速度为2.5m/min-7.0m/min，其它与 实施方式二相同。
具体实施方式
八本实施方式与实施方式二不同之处在于钨极焊枪3的 钨极尖角端点离焊丝5端点的距离在2mm-3mm之间，其它与实施方式二相 同。
具体实施方式
九本实施方式与实施方式二不同之处在于两焊枪轴线交 点与工件7的表面的距离在7mm-12mm，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
十本实施方式与实施方式二不同之处在于钩极焊枪3的 气体流量在13L/min-18L/min之间；熔化极焊枪4的气体流量在0-15L/min之 间，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
十一本实施方式与实施方式二不同之处在于焊丝5的干 伸长度在18mm-22mm之间，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
十二本实施方式与实施方式二不同之处在于焊丝5的直 径在1.2mm-1.5mm之间，其它与实施方式二相同。
具体实施方式
十三本实施方式与实施方式二不同之处在于焊接速度在 19cm/min-25cm/min之间，其它与实施方式二相同。
权利要求
1. 钨极-熔化极间接电弧焊的装置及其焊接方法，其特征在于它由GTAW电源(1)、送丝机(2)、钨极焊枪(3)、熔化极焊枪(4)、焊丝(5)和保护气瓶(6)组成，送丝机(2)与焊丝(5)的一端相连，焊丝(5)的另一端穿过熔化极焊枪(4)的内腔并露在熔化极焊枪(4)的导电嘴外，焊丝(5)接电，钨极焊枪(3)和熔化极焊枪(4)的接电端分别与GTAW电源(1)的正负极相连，钨极焊枪(3)和熔化极焊枪(4)的轴线交点位于待焊件上方，两个保护气瓶(6)的气体输出端分别与钨极焊枪(3)和熔化极焊枪(4)的保护气入口相通。
2、 用权利要求1的装置实施钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在于焊接步骤如下步骤一将工件(7)的待焊接部位根据需要加工成坡口、巻边或不进行处理；步骤二将工件(7)固定在夹具上待焊；步骤三保持钨极焊枪(3)与熔化极焊枪(4)之间的夹角在30。 -90°之间； 钨极焊枪(3)的钨极尖角端点离焊丝(5)端点的距离在2mm-5mm之间；两焊枪 轴线交点与工件(7)表面的距离在5mm-16mm;步骤四设定工艺参数，焊接电流在20A-180A之间；送丝速度在 2.0m/min-12m/min之间钩极焊枪(3)的气体流量在10L/min-20L/min之间； 熔化极焊枪(4)的气体流量在0-20L/min之间；焊丝(5)的干伸长度在 15mm-25mm之间；焊丝(5)的直径在1.0mm-1.6mm之间；焊接速度在 18cm/min-30cm/min之间；鸦极直径在1.6mm-2mm之间；步骤五启动GTAW电源(l)，启动引弧开关，电弧(8)只在钨极焊枪(3) 的钨极和从熔化极焊枪(4)导电嘴伸出的焊丝(5)之间产生，利用电弧(8)的热量 快速加热熔化焊丝(5)，熔化焊丝(5)形成的熔滴(9)携带热量间接加热工件(7)， 实施焊接。
3、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于它适用于表面堆焊和异种材料的连接。
4、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤二中保持钨极焊枪(3)与瑢化极焊枪(4)之间的夹角在40° -80°之间；钨极焊枪(3)和熔化极焊枪(4)相对于与水平面垂直的面左右对称放置。
5、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤四中AlSi3Mn材质的焊丝焊接电流为80A-130A; CuSi3Mn材质的焊丝 焊接电流为100A-150A; ZnAl材质的焊丝焊接电流为40A-70A。
6、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤四中AlSi3Mn材质焊丝的送丝速度为4.5m/min -8.5m/min; CuSi3Mn 材质焊丝的送丝速度为5.5m/min-10m/min; ZnAl材质焊丝的送丝速度为 2.5m/min-7.0m/min 。
7、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤二中钨极焊枪(3)的钨极尖角端点离焊丝(5)的端点距离在2mm-3mm之 间。
8、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤二中两焊枪轴线交点与工件(7)的表面的距离在7mm-12mm。
9、 根据权利要求2所述的钩极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征在 于步骤四中锌极焊枪(3)的气体流量在13L/min-18L/min之间；熔化极焊枪(4) 的气体流量在0-15L/min之间。
10、 根据权利要求2所述的钨极-熔化极间接电弧焊的焊接方法，其特征 在于步骤四中焊接速度在19cm/min-25cm/min之间。
全文摘要
钨极-熔化极间接电弧焊的装置及其焊接方法，属于材料焊接装置及其焊接方法。目的是解决传统电弧焊时工件母材的热输入量大、焊缝熔敷率低、稀释率高的问题。本发明焊丝两端分别与送丝机和熔化极焊枪相连，并露在熔化极焊枪的导电嘴外，焊丝接电，钨极焊枪和熔化极焊枪的接电端分别与GTAW电源的正负极相连，两个焊枪的轴线交点位于待焊件上方，两个保护气瓶分别与两个焊枪的保护气入口相通，基于这种装置按设定的焊接工艺进行焊接，启动引弧开关，电弧只在钨极和焊丝之间产生，利用电弧热快速加热熔化焊丝，熔化焊丝形成的熔滴携带热量间接加热工件，实施焊接，本发明的方法使焊缝熔敷率高达50g/min，焊缝稀释率控制在5％以内。
文档编号B23K9/095GK101264547SQ20081006445
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者冯吉才, 军 王, 王宇欣 申请人:哈尔滨工业大学