技术特征：
1.一种采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其所使用的摇动电弧焊接系统包括送丝机构(2)、摇动电弧焊炬、电弧摇动控制器、坡口背面保护气罩、焊接电源及焊接小车，其中所述摇动电弧焊炬主要由电弧馈电与驱动机构(3)、折弯导电杆(5)、导电嘴(6)及正面保护气喷嘴机构组成，所述折弯导电杆(5)上端与所述电弧馈电与驱动机构(3)固连、下端与所述导电嘴(6)固连，所述摇动电弧焊炬整体安装于焊接小车上，送丝机构(2)送出的焊丝(1)依次穿过电弧馈电与驱动机构(3)、折弯导电杆(5)后，从导电嘴(6)下端伸出至焊接坡口中；其特征是，所述自由成形打底焊方法自由成形打底焊方法，包括如下具体步骤：步骤一、根据待焊工件的板厚(t)，设定的焊接坡口为u型横截面坡口(9)或为v型横截面坡口(10)或为i型横截面坡口(11)；当板厚(t)≥11mm时，设定的焊接坡口为u型横截面坡口(9)，坡口间隙(g)为8～16mm、根部间隙(g)为0～6mm、钝边厚度(t)为0～3mm、过渡圆弧半径(r)为1～8mm；当板厚(t)>3mm且＜11mm时，设定的焊接坡口为v型横截面坡口(10)，根部间隙(g)为0～6mm、钝边厚度(t)为0～3mm、坡口角度(α)为17～60
°
；当板厚(t)≤3mm时，设定的焊接坡口为i型横截面坡口(11)，根部间隙(g)为0～6mm；步骤二、根据待焊工件坡口纵向形状，选用的坡口背面保护气罩为随动式保护气罩(13)或为固定式保护气罩(15)；当待焊工件坡口纵向为长直形时，选用的坡口背面保护气罩为随动式保护气罩(13)或为固定式保护气罩(15)；当待焊工件坡口纵向为非长直形时，选用的坡口背面保护气罩形式为随动式保护气罩(13)；同时，根据待焊工件材质配选焊丝(1)、坡口正面保护气体(7)及坡口背面保护气体(14)，所述坡口正面保护气体(7)和坡口背面保护气体(14)为纯ar或ar与he混合的惰性气体，或为纯co2或co2与ar混合的活性气体，所述坡口正面保护气体(7)的流量为20～40l/min，所述坡口背面保护气体(14)的流量在使用随动式保护气罩(13)时为10～20l/min、在使用固定式保护气罩(15)时为20～50l/min；步骤三、根据步骤一中确定的焊接坡口形式，设定摇动电弧自由成形打底焊工艺参数，具体包括：当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)时，电弧摇动参数中摇动频率为0.5～2.5hz、摇动角度(θ)为60～90
°
、两侧停留时间为1～120ms，电弧能量参数中平均焊接电流为100～180a、平均电弧电压为15～19v、焊接速度(v
w
)为6～15cm/min；当焊接坡口为i型横截面坡口(11)时，电弧摇动参数中摇动频率为1.0～3.0hz、摇动角度(θ)为15～80
°
、两侧停留时间为1～100ms，电弧能量参数中平均焊接电流为80～150a、平均电弧电压为14～18v、焊接速度(v
w
)为7～26cm/min；步骤四、打底焊前，通过控制电弧馈电与驱动机构(3)，带动折弯角度(β)为8～12
°
的折弯导电杆(5)与导电嘴(6)一起转动，并使折弯导电杆(5)停转时正好弯向焊接正前方；然后，根据焊接坡口形式调节摇动电弧焊炬到待焊工件的距离，当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)时，导电嘴(6)下端中心孔到钝边上端(9a或10a)的距离(h1)为18～20mm、焊丝(1)端部到钝边上端(9a或10a)的距离(h2)为3～6mm；当焊接坡口为i型横截面坡口(11)时，导电嘴(6)下端中心孔到待焊工件上表面(11a)的距离(h3)为18～20mm、焊丝(1)端部到待焊工件上表面(11a)的距离(h4)为3～6mm；步骤五、闭合焊接开关后，摇动电弧焊接系统首先提前送焊接保护气体，然后通过电弧馈电与驱动机构(3)带动折弯导电杆(5)、导电嘴(6)、焊丝(1)一起做圆弧形往复摇动；接着，引燃焊接电弧(8)，并使焊接电弧(8)在焊丝(1)的牵引下做与折弯导电杆(5)和导电嘴(6)相同摇动参数的圆弧形往复式轨迹(4)摇动，最后焊接小车拖动摇动电弧焊炬沿着焊接
方向以焊接速度(v
w
)向前移动，实现采用摇动电弧的自由成形打底焊。2.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：步骤一中，当焊接坡口为u型横截面坡口(9)时，坡口间隙(g)、根部间隙(g)和过渡圆弧半径(r)三者满足g＝2
·
r+g，其中，坡口间隙(g)为12mm，根部间隙(g)为0～3mm，过渡圆弧半径(r)为4.5～6mm。3.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：步骤一中，当焊接坡口为v型横截面坡口(10)时，最小坡口角度(α)为根部间隙(g)为0～3mm，最小坡口角度(α)范围为17～32
°
，坡口角度(α)为25～60
°
。4.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：步骤二中，所述随动式保护气罩(13)为长方体，侧面设有进气口(13-1)，顶面均匀设有多个出气口(13-2)；所述随动式保护气罩(13)的长度(l1)大于1.5倍的焊接速度(v
w
)值，所述随动式保护气罩(13)的宽度(l3)＞8mm，所述随动式保护气罩(13)的焊接方向前侧端面到焊炬中心线(12)的距离(l2)大于电弧摇动半径(r)；所述坡口背面保护气体(14)从其进气口(13-1)送入，并从其出气口(13-2)吹出，从坡口背面对焊接区域进行气体保护。5.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：步骤二中，所述固定式保护气罩(15)为长方体，侧面设有进气口(15-1)，顶面设有圆弧气槽(15-2)，圆弧气槽(15-2)内沿焊接方向均匀设有多个出气口(15-3)；所述固定式保护气罩(15)的长度(l5)比长直形待焊工件坡口长30mm，所述固定式保护气罩(15)的圆弧气槽(15-2)的宽度(l4)＞8mm，所述固定式保护气罩(15)的圆弧气槽(15-2)的深度(h5)＞2mm；所述坡口背面保护气体(14)从其进气口(15-1)送入，并从其出气口(15-3)吹出到圆弧气槽(15-2)内，从坡口背面对焊接区域进行气体保护。6.如权利要求4所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：所述随动式保护气罩(13)的长度(l1)为40mm、宽度(l3)为10mm，随动式保护气罩(13)的焊接方向前侧端面到焊炬中心线(12)的距离(l2)为12mm。7.如权利要求5所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：所述固定式保护气罩(15)的圆弧气槽(15-2)的宽度(l4)为10mm、深度(h5)为4mm。8.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：步骤五中，当使用随动式保护气罩(13)时，随动式保护气罩(13)移动速度(v
s
)等于焊接速度(v
w
)。9.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)、根部间隙(g)为0mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为0.5～1.5hz、摇动角度(θ)为65～80
°
、两侧停留时间为40～80ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为170～180a、平均电弧电压为17～19v、焊接速度(v
w
)为10～12cm/min；当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)、根部间隙(g)为1
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为0.5～1.5hz、摇动角度(θ)为65～75
°
、两侧停留时间为40～80ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为130～140a、平均电弧电压为16～17v、焊接速度(v
w
)为10～12cm/min；当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)、根部间隙(g)为3
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为1.5～2.5hz、摇动角度(θ)为65～75
°
、两侧停留时间为40～80ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为130～140a、平均电弧电压为16～
17v、焊接速度(v
w
)为10～12cm/min；当焊接坡口为u型横截面坡口(9)或v型横截面坡口(10)、根部间隙(g)为5
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为1.5～2.5hz、摇动角度(θ)为60～70
°
、两侧停留时间为50～70ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为100～110a、平均电弧电压为15～16v、焊接速度(v
w
)为6～7cm/min。10.如权利要求1所述的采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，其特征是：当焊接坡口为i型横截面坡口(11)、根部间隙(g)为0mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为1.0～2.0hz、摇动角度(θ)为15～30
°
、两侧停留时间为1～30ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为140～150a、平均电弧电压为17～18v、焊接速度(v
w
)为20～26cm/min；当焊接坡口为i型横截面坡口(11)、根部间隙(g)为1
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为2.0～2.5hz、摇动角度(θ)为15～30
°
、两侧停留时间为60～100ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为120～130a、平均电弧电压为17～18v、焊接速度(v
w
)为20～26cm/min；当焊接坡口为i型横截面坡口(11)、根部间隙(g)为3
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为2.0～2.5hz、摇动角度(θ)为60～75
°
、两侧停留时间为40～80ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为100～110a、平均电弧电压为16～17v、焊接速度(v
w
)为15～16cm/min；当焊接坡口为i型横截面坡口(11)、根部间隙(g)为5
±
0.2mm时，电弧摇动参数范围中摇动频率为2.5～3.0hz、摇动角度(θ)为70～80
°
、两侧停留时间为40～80ms，电弧能量参数范围中平均焊接电流为80～90a、平均电弧电压为14～15v、焊接速度(v
w
)为7～8cm/min。
技术总结
本发明公开一种采用摇动电弧的自由成形打底焊方法，该方法使用的摇动电弧焊接系统包括送丝机构、摇动电弧焊炬、电弧摇动控制器、坡口背面保护气罩、焊接电源及焊接小车。打底焊前，根据板厚设定焊接坡口形式，并依据坡口纵向形状选用坡口背面保护气罩；然后，根据坡口形式设定电弧摇动参数和电弧能量参数，并调节摇动电弧焊炬到工件的距离；最终，引燃的焊接电弧在焊丝牵引下做圆弧形往复式轨迹摇动，使焊接熔池在电弧力、重力和表面张力共同作用下凝固成形，实现采用摇动电弧的自由成形打底焊。本发明采用摇动电弧工艺，根部间隙及板厚适应性强、焊接效率高；在坡口背面低成本施加气体保护，焊接接头性能好、实用性强。实用性强。实用性强。
技术研发人员：朱杰 王世超 王加友 姜玉清 王彪 王纳
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.04.28
技术公布日：2022/9/19