一种低电阻率材料的TIG熔丝焊装置及焊接方法与流程

本发明涉及到tig焊接领域，具体的说是一种低电阻率材料的tig熔丝焊装置及焊接方法。

背景技术：

与熔化极气体保护焊相比，钨极氩弧焊焊接电弧极为稳定，钨极氩弧焊填丝焊过程中极少出现焊接飞溅的情况，因此能够实现高质量焊缝的焊接。但是焊接速度低，焊接生产率不高。

热丝tig焊接方法是提前将焊丝预热，之后送入到tig电弧的熔池中实现焊接。目前电阻热丝方法被应用于热丝tig焊，但此方法有如下弊端：焊丝虽然送入熔池前已被加热到一定温度，但此时仍为固态，送入到熔池依然需要依靠电弧的能量熔化，消耗电弧的能量影响对母材的能量利用率，当增大焊丝送丝速度时作用于熔池的tig电流也必须增大，这势必增大对母材的热输入影响母材最终焊接质量；而且电阻热丝工艺适用于碳钢、不锈钢等电阻率较大的材料，但它很难应用于铜、铝等高导电率材料。

公开日为2012.03.14的一种冷金属过渡的焊接方法及其装置，通过提供了一种冷金属过渡的焊接方法及其装置，焊丝在送入熔池之前依靠在tig焊枪之间产生的辅助电弧预先加热，为了保证焊丝熔化后准确的进入熔池，焊丝加热温度较低，送入主电弧形成的电弧区域前仍为固态，这样焊丝依然消耗较多主电弧以及熔池的能量。此方法，依然无法保证在较大焊丝熔化率的情况下降低对焊接母材的热输入。

技术实现要素：

为了解决现有技术中因增大焊丝熔化填充率而造成的对母材热输入大、变形大、焊缝力学性能差的问题，本发明提供了一种低电阻率材料的tig熔丝焊装置及焊接方法，该装置通过两个tig电源、两个tig焊枪和一个热丝电源与母材、焊丝的配合，从而在焊接母材界面上形成三个电弧，不仅实现了利用小电弧电流对低电阻率母材的提前预热，而且也提高了母材对形成熔池的电弧能量的吸收率，提高了焊接稳定性和焊接效率，降低了焊缝缺陷发生率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种低电阻率材料的tig熔丝焊装置，包括第一tig电源、第一tig焊枪、第二tig电源、第二tig焊枪和热丝电源，其中，第一tig电源的负极和正极分别与第一tig焊枪和所要焊接的低电阻率材料母材电连通，从而在第一tig焊枪和低电阻率材料母材之间形成预热低电阻率材料母材上待焊接区域的第一tig电弧；第二tig电源的负极和正极分别与第二tig焊枪和低电阻率材料母材电连通，从而在第二tig焊枪和低电阻率材料母材上的焊缝之间形成作用于低电阻率材料母材表面形成熔池的第二tig电弧；所述热丝电源的负极和正极分别与第二tig焊枪和焊丝电连通，从而在第二tig焊枪和焊丝之间形成熔丝电弧；所述焊丝的端部处于熔丝电弧和第二tig电弧之间，从而使焊丝依靠熔丝电弧熔化后形成的液态金属流入到第二tig电弧形成的熔池内。

作为上述tig熔丝焊装置的一种优化方案，所述焊丝依靠送丝管完成送丝作业。

上述tig熔丝焊装置中，所述低电阻率材料是指电阻率不超过5.0×10^-7ω.m的材料，比如铝和铜等。

上述tig熔丝焊装置的使用方法，包括以下步骤：

1）对低电阻率材料母材的表面进行处理，去除其表面的杂质，并夹紧固定在焊接夹具上；

2）沿焊接方向进行定义，在焊接方向的前方，将第一tig电源的负极和正极分别与第一tig焊枪和所要焊接的低电阻率材料母材电连通；

3）在焊接方向的后方，将第二tig电源的负极和正极分别与第二tig焊枪和低电阻率材料母材电连通；

4）将焊丝置于第二tig焊枪和第一tig焊枪之间的位置，并使热丝电源的负极和正极分别与第二tig焊枪和焊丝电连通；此时，焊丝处于第二tig焊枪的钨针尖部0-5mm处，处于第一tig焊枪的钨针尖部的后方5-15mm处；

5）启动第一tig电源、第二tig电源和热丝电源，以常规的tig焊接参数和方法进行焊接即可。

上述tig熔丝焊装置的使用方法中，第一tig电源10提供给的第一tig焊枪11的tig焊枪焊接电流为10-80a，热丝电源2电流为10-200a，第二tig电源1的焊接电流为50-300a，焊接速度为5-50cm/min。

上述tig熔丝焊装置的使用方法中，第一tig焊枪11与低电阻率材料母材9的夹具α为60°-90°，焊丝5与低电阻率材料母材9的夹具β为20°-70°，第二tig焊枪3与低电阻率材料母材的夹角r为80°-90°。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）通过两个tig电源、两个tig焊枪和一个热丝电源与母材、焊丝的配合，从而在焊接母材界面上形成三个电弧，不仅实现了利用小电弧电流对低电阻率母材的提前预热（提前预热的主要目的是改善材料的可焊性，在加热并保持一定温度的过程中可以降低焊接接头区域的温差，使热影响区的淬硬倾向减弱，并在焊接过程中有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性），而且也提高了母材对形成熔池的电弧能量的吸收率，提高了焊接稳定性和焊接效率，降低了焊缝缺陷发生率；

2）本发明利用热丝电源的负极连接第二tig焊枪，正极连接焊丝，形成熔池的第二tig电源的负极连接第二tig焊枪，正极连接母材，从而形成两个电弧，即位于焊接方向后方的形成熔池的第二tig电弧和位于焊接方向前方的熔丝电弧，焊丝在熔化母材形成熔池的电弧之内依靠热丝电源的能量形成的小电弧（即熔丝电弧）熔化，焊丝熔化与形成熔池的电弧无关联性，这样可明显提高焊丝的熔化效率，可达到媲美mig焊的焊丝熔化率，而又能避免mig焊接产生的焊接飞溅以及为了增大焊丝熔化效率而增大mig电流造成对焊接母材的热输入过大、会造成接头变形量大、焊缝组织晶粒粗大、力学性能差的缺陷问题；同时避免了传统tig填丝焊方式因焊丝依靠形成熔池的电弧和熔池的能量熔化而造成的对焊接母材的热输入过大，会造成接头变形量大、焊缝组织晶粒粗大，力学性能差的缺陷；

3）本发明的方法中所用到的设备由两台tig电源、一台热丝电源、两把tig焊枪、母材、送丝导管、送丝机等这些常规设备组成，成本低廉，结构简单，组装便捷。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为图1中虚线部分的局部放大图；

图3为常规tig填丝焊的焊缝母材表面堆焊焊缝纵截面示意图；

图4为图3相同工艺参数下本发明的焊缝母材表面堆焊焊缝纵截面示意图；

附图标记：1、第二tig电源，2、热丝电源，3、第二tig焊枪，4、送丝管，5、焊丝，6、熔丝电弧，7、第二tig电弧，8、焊缝，9、低电阻率材料母材，10、第一tig电源，11、第一tig焊枪，12、第一tig电弧，13、常规tig填丝焊的焊缝母材表面堆焊焊缝纵截面，14、本发明焊缝母材表面堆焊焊缝纵截面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述，在以下各实施例中未做具体说明的部分，比如tig电源、热丝电源、tig焊枪、送丝管等的具体结构以及常规tig焊接参数和方法等，均为本领域技术人员所公知的现有技术。

实施例1

如图1所示，一种低电阻率材料的tig熔丝焊装置，包括第一tig电源10、第一tig焊枪11、第二tig电源1、第二tig焊枪3和热丝电源2，其中，第一tig电源10的负极和正极分别与第一tig焊枪11和所要焊接的低电阻率材料母材9电连通，从而在第一tig焊枪11和低电阻率材料母材9之间形成预热低电阻率材料母材9上待焊接区域的第一tig电弧12；第二tig电源1的负极和正极分别与第二tig焊枪3和低电阻率材料母材9电连通，从而在第二tig焊枪3和低电阻率材料母材9上的焊缝8之间形成作用于低电阻率材料母材9表面形成熔池的第二tig电弧7；所述热丝电源2的负极和正极分别与第二tig焊枪3和焊丝5电连通，从而在第二tig焊枪3和焊丝5之间形成熔丝电弧6；所述焊丝5的端部处于熔丝电弧6和第二tig电弧7之间，从而使焊丝5依靠熔丝电弧6熔化后形成的液态金属流入到第二tig电弧7形成的熔池内。

在本实施例中，所述焊丝5依靠送丝管4并辅以常规的送丝机等设备完成送丝作业的，在此不进行赘述。

上述tig熔丝焊装置的使用方法，包括以下步骤：

1）对低电阻率材料母材9的表面进行处理，去除其表面的杂质，并夹紧固定在焊接夹具上；

2）沿焊接方向进行定义，在焊接方向的前方，将第一tig电源10的负极和正极分别与第一tig焊枪11和所要焊接的低电阻率材料母材9电连通；

3）在焊接方向的后方，将第二tig电源1的负极和正极分别与第二tig焊枪3和低电阻率材料母材9电连通；

4）将焊丝5置于第二tig焊枪3和第一tig焊枪11之间的位置，并使热丝电源2的负极和正极分别与第二tig焊枪3和焊丝5电连通；此时，焊丝5处于第二tig焊枪3的钨针尖部0-5mm处，处于第一tig焊枪11的钨针尖部的后方5-15mm处；

5）启动第一tig电源10、第二tig电源1和热丝电源2，以常规的tig焊接参数和方法进行焊接即可。

在本发明中，第一tig电源10提供给的第一tig焊枪11的tig焊枪焊接电流为10-80a，热丝电源2电流为10-200a，第二tig电源1的焊接电流为50-300a，焊接速度为5-50cm/min，第一tig焊枪11与低电阻率材料母材9的夹具α为60°-90°，焊丝5与低电阻率材料母材9的夹具β为20°-70°，第二tig焊枪3与低电阻率材料母材的夹角r为80°-90°。

本发明中，所述低电阻率材料是指电阻率不超过5.0×10^-7ω.m的材料，这种电阻率低、热导率的特点，常规的常规的电阻热丝和高频热丝难以达到预热、熔化效果，在常规tig填丝焊时会出现为了增大焊丝的熔化率而增大tig电流而导致的对母材的热输入过大，会造成接头变形量大、焊缝组织晶粒粗大，力学性能差的缺陷。

在本发明中，通过图3和图4的对比可以发现，常规tig填丝焊的焊缝上表面和下表面会出现高低起伏的不平的区域；而本发明的焊缝上、下表面较为平整，这也表明此方法的焊接过程较为稳定，而且得到的焊缝面积远大于常规tig填丝焊的焊缝面积。