一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，特別涉及一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流TIG焊是目前薄壁鋼管生產(chǎn)過(guò)程中使用的主要焊接方法之一，是鋼管生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其決定了鋼管生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。但是受TIG焊本身熔敷率低、熔深淺等缺點(diǎn)的限制，普通TIG焊很難實(shí)現(xiàn)高速焊接。同時(shí)大量的實(shí)際生產(chǎn)和理論研究均表明隨著焊接電流和焊接速度的同步提高，焊接過(guò)程逐漸變得不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)咬邊、駝峰焊道等成形缺陷，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。所以焊接速度已經(jīng)成為當(dāng)前薄壁鋼管生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高的瓶頸。
[0003]直流雙TIG電弧高速焊接工藝是近幾年出現(xiàn)的一種用于薄壁鋼管生產(chǎn)的新型焊接工藝。該工藝通過(guò)沿焊接方向前后列置兩個(gè)TIG電弧，前置TIG電弧(主電弧)主要用來(lái)獲得足夠的熔深，后置TIG電弧(輔助電弧)采用較小的電流用以阻止熔池金屬向熔池尾部的堆積以及延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，有效地消除咬邊和駝峰焊道，保證焊縫表面成形，大幅度提高焊接速度。
[0004]但是直流雙TIG電弧焊接工藝在焊接過(guò)程中熱輸入較大以及兩電弧的列置排列，使得焊縫及熱影響區(qū)金屬高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，造成焊接接頭晶粒的長(zhǎng)大較為嚴(yán)重，會(huì)造成接頭力學(xué)性能的下降。如對(duì)于鐵素體不銹鋼管，焊縫及焊接熱影響區(qū)晶粒的嚴(yán)重長(zhǎng)大不僅會(huì)降低焊縫的力學(xué)性能，還會(huì)造成其抗腐蝕能力的下降。所以目前最大的問(wèn)題在于如何在提高焊接速度保持其焊接速度快、成形良好的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)之上，大幅度降低焊接熱輸入來(lái)有效地防止接頭晶粒的長(zhǎng)大，保證焊縫金屬的力學(xué)性能，同時(shí)還可以降低焊接生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)薄壁金屬管的高效節(jié)能焊接生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置及焊接方法，該方法不但可以實(shí)現(xiàn)高速焊接，獲得良好的焊縫成形，還可以大幅度降低焊接熱輸入，抑制焊接接頭的晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，同時(shí)降低焊接生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)低熱輸入焊接生產(chǎn)。
[0006]為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置，包括第一直流脈沖電源、第二直流脈沖電源、主焊槍、輔助焊槍以及相位控制器，第一直流脈沖電源的兩極分別與主焊槍和工件連接，第二直流脈沖電源的兩極分別與輔助焊槍和工件連接，相位控制器分別與第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源連接。
[0008]所述的低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置在金屬管焊接中的應(yīng)用。
[0009]上述焊接裝置的焊接方法，包括如下步驟:焊接時(shí)，沿焊接方向前后分別設(shè)置主焊槍和輔助焊槍，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源保持設(shè)定的相位差，使得當(dāng)主焊槍的電弧處于峰值階段時(shí)，輔助焊槍的電弧處于基值維弧階段。
[0010]該方法采用兩臺(tái)獨(dú)立的直流脈沖TIG電源、兩把TIG焊槍及其夾持裝置和控制兩焊接電流脈沖相位差的相位控制器。焊接過(guò)程中前后兩電弧的脈沖相位差根據(jù)工件厚度、焊接速度可以在0?180°范圍內(nèi)設(shè)定。主電弧處于峰值階段時(shí)，輔助電弧處于基值維弧階段，這樣既可以使主電弧產(chǎn)生足夠的熔深，保證背面成形，又減小了此時(shí)輔助電弧不必要的熱輸入，避免增大焊接熱輸入。而當(dāng)熔池金屬在主電弧壓力的作用下向熔池尾部流動(dòng)堆積過(guò)程中，主電弧迅速降低至基值維弧階段，輔助電弧隨著電流的急速上升達(dá)到峰值階段。一方面持續(xù)對(duì)堆積的熔池金屬持續(xù)加熱，延長(zhǎng)其處于液態(tài)時(shí)間，為其回流填充熔池下塌提供時(shí)間；另一方面峰值電流下的電弧具有較大的電弧力，對(duì)堆積的熔池金屬具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用，促使其快速回流，從而有效地阻止熔池金屬向尾部的堆積和延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間。因此，分別采用直流脈沖焊接電流來(lái)代替直流恒流焊接電流可以大幅度降低了主輔電弧對(duì)工件的焊接熱輸入。
[0011]優(yōu)選的，所述相位差為0-180°。
[0012]優(yōu)選的，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源的直流脈沖為矩形波、鋸齒波、尖脈波或階梯波。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，直流脈沖的波形為方波，脈沖占空比為50%，相位差為180°。
[0014]優(yōu)選的，所述第一直流脈沖電源的平均電流為200-400A，第二直流脈沖電源的平均電流為100-200A。第二直流脈沖電流應(yīng)當(dāng)小于第一直流脈沖電流，較大的第一直流脈沖電流可以確保獲得足夠的熔深，而合適的第二直流脈沖電流則可以在保證對(duì)熔池足夠的調(diào)控前提下，降低熱輸入。
[0015]優(yōu)選的，焊接時(shí)，所述主焊槍與工件之間的夾角為70-85°，輔助焊槍與工件之間的夾角為60-75°。70-85°的主焊槍傾角有利于產(chǎn)生較大的熔深，60-75°的輔助焊槍傾角有利于產(chǎn)生足夠的電弧推力。
[0016]優(yōu)選的，焊接時(shí)，所述主焊槍的鎢極尖端距工件的距離為l_3mm，輔助焊槍的鎢極尖端距工件的距離為2-5mm。輔助焊槍鎢極高度應(yīng)當(dāng)大于主焊槍鎢極高度，較低的主焊槍鎢極有利于產(chǎn)生較大熔深，較高的輔助焊槍鎢極可以避免熔池尾部堆積與輔助鎢極接觸。
[0017]優(yōu)選的，第一直流脈沖電源和第二直流脈沖電源的脈沖頻率相等。
[0018]上述焊接方法在薄壁金屬管焊接中的應(yīng)用。薄壁是指壁厚不大于5_。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]該焊接方法采用直流脈沖代替直流恒流，較之普通雙TIG焊接具有如下顯著優(yōu)勢(shì):主電弧處于峰值階段時(shí)輔助電弧處于基值維弧階段，輔助電弧處于峰值階段時(shí)主電弧處于基值維弧階段，既保證了主電弧產(chǎn)生足夠的熔深和輔助電弧調(diào)控熔池金屬流動(dòng)、延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，又減小了不必要的焊接熱輸入，降低了焊接生產(chǎn)能耗；可以有效抑制焊縫及熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，提高焊縫的力學(xué)性能，還可以降低不銹鋼管在焊接熱過(guò)程對(duì)焊縫及焊接熱影響區(qū)耐腐蝕能力的影響；在熔池金屬向熔池尾部堆積過(guò)程中，主電弧迅速降低至基值，減小了熔池金屬向后流動(dòng)的趨勢(shì)，有利于抑制咬邊、駝峰焊道等成形缺陷的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步提高了焊接速度。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為直流脈沖雙TIG高速焊接原理圖；
[0022]圖2為焊接電流的脈沖波形為方形時(shí)的示意圖。
[0023]其中，1、第一直流脈沖電源，2、主焊槍，3、輔助焊槍，4、第二直流脈沖電源，5、工件，6、相位控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，一種低熱輸入雙直流脈沖復(fù)合電弧焊接裝置，包括第一直流脈沖電源1、第二直流脈沖電源4、主焊槍2以及輔助焊槍3，第一直流脈沖電源1的兩極分別與主焊槍2和工件5連接，第二直流脈沖電源4的兩極分別與輔助焊槍3和工件5連接。該焊接裝置還包括相位控制器6，相位控制器