一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供本发明专利技术提出了一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法，采用了双钨极可控分流耦合电弧，可以通过对两个钨极实施不同电流大小、脉冲调制、空间位置的协同作用，对穿过耦合电弧中心的焊丝进行加热、驱动熔滴分离和过渡，综合了电磁力、表面张力(热)、重力、等离子流力，并结合了施力方向的可控调制，来综合实现熔滴过渡控制。不同于传统的依靠单一运动力学控制或热控制，并打破了常规熔化极电弧焊熔滴过渡依赖于电流大小的传统观念，为熔滴过渡的主动控制提供了新的手段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法
本专利技术涉及的是一种焊接装置及其焊接方法。
技术介绍
熔滴过渡的形式、熔滴形态和过渡频率等对焊接质量有重要的影响，控制焊接的熔滴过渡过程，是实现焊接质量优化的重要途径之一。研究表明，熔滴的形态和过渡形式不仅对焊接工艺的适用范围有着重要影响，还影响着电弧的温度分布、工件的热量分布，从而与焊接过程稳定性、焊缝的组织结晶和力学性能、焊接残余应力等焊接质量问题密切联系；其次，熔滴的过渡形式、熔滴形态和过渡频率还决定着焊缝表面粗糙度、焊缝成形精度以及焊接飞溅的大小。常规熔化极电弧焊，由于焊丝熔化及过渡形式与电流大小直接相关，焊丝熔化速度与熔滴过渡很难独立控制；尽管冷金属过渡(CMT)技术实现了小电流下的稳定熔滴过渡，但仅限于短路过渡形式，同样存在焊丝熔化及过渡形式与电流大小直接相关的问题；非熔化极电弧焊(TIG)技术又存在送丝位置受限、熔敷效率低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于提高焊缝成形精度、降低热输入、控制熔滴过渡等角度考虑的一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置，其特征是：包括第一TIG弧焊电源、第二TIG弧焊电源、第一钨极、第二钨极、IGBT分流模块、第一电流信号检测装置、第二电流信号检测装置，第一TIG弧焊电源的负极与第一钨极相连，第二TIG弧焊电源的负极与第二钨极相连，第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极与工件连接,构成焊接电流回路；焊丝导电嘴通过IGBT分流模块与第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极相连，构成分流旁路，第一电流信号检测装置检测第一钨极的电流脉冲，第二电流信号检测装置检测焊丝的电流脉冲。本专利技术一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制方法，其特征是：采用权利要求1所述的一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置：(1)将由第一钨极、第二钨极、送丝机组成的双钨极氩弧焊枪置于焊接起始处，双钨极氩弧焊枪与工件垂直；(2)设定脉冲峰值电流、基值电流、电弧电压、保护气体流量、脉冲频率，移动速度，焊接前，将第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的电流脉冲频率、占空比设为一致；(3)焊接过程中，利用第一电流信号检测装置检测第一钨极的电弧脉冲波形，当检测到其电弧的电流处于脉冲基值时，通过脉冲协调控制器将第二钨极的电流脉冲调节为脉冲峰值；当检测到第一钨极的电压处于脉冲峰值时，通过脉冲协调控制器将第二钨极的电流脉冲调节为基值，重复上述过程，直至焊接结束。本专利技术的优势在于：1、在焊接过程中，采用脉冲协调控制的方法并调控两台脉冲TIG电源的脉冲频率从而促进熔滴的过渡，实现熔滴的短路液桥、射滴和射流等过渡形式的转变，可获得成形美观，焊接缺陷少，焊缝质量高的焊接接头。2、焊丝以TOPTIG的方式送入对称的双钨极中心，相较于TIG旁轴送丝没有方向性，增加了焊接的灵活性；相较于MIG送丝速度与电流不关联，有利于焊缝成形的控制。并且通过调整耦合电弧的形态使耦合电弧截面积变化梯度减小，实现电磁力作用更加均匀和熔滴过渡更为平稳，有利于对熔滴过过渡进行精确控制。3、在钨极与母材构成主路的同时焊丝可进行分流，通过IGBT分流模块调整流入母材电流的大小，实现了对母材热输入的精确控制，使母材的热影响区变窄，减少了构件的变形，即减少了矫正变形的工序，同时也降低了生产成本，是一种低热输入的、高效的焊接技术。4、设备简单，适用性强，可用于不同金属材料的焊接的熔滴过渡控制。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为熔滴受力原理示意图；图3为第一TIG弧焊电源脉冲电流信号示意图；图4为第二TIG弧焊电源脉冲电流信号示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-4，本专利技术焊接装置由双钨极氩弧焊枪3、钨极氩弧电源1和7、送丝机4、电流信号检测器12和14、信号处理器(PLC或单片机)10、信号控制器9,IGBT分流模块8等组成。焊接时，TIG弧焊电源1负极与钨极2相连，TIG弧焊电源7负极与钨极6相连，TIG弧焊电源1和7的正极与工件13连接,焊丝导电嘴通过IGBT分流模块8与TIG弧焊电源正极相连。这样，TIG弧焊电源1和7负极连接钨极，正极连接工件13构成TIG焊接电电流回路；焊丝导电嘴又通过IGBT分流模块与TIG弧焊电源相连构成电弧热丝或分流旁路，来提高焊丝熔化效率，减小母材热输入与热影响区。焊接过程中，通过电流信号检测装置12和14分别检测流经焊丝与一侧钨极的电流脉冲，并通过脉冲协调控制器11对两钨极的电流脉冲信号进行协调控制，进而实现双钨极TOPTIG、旁路分流熔化极电弧之间的动态电弧复合焊接，实现高效、精确的熔滴控制。基于本实施方式的脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制方法步骤如下：步骤1:将待焊工件13安装定位就绪，将双钨极氩弧焊枪置于焊接起始处，焊枪与工件垂直。按图1所示方式连接焊接实验设备与装置。步骤2：按照焊接工艺要求，调整工件位置、焊枪与工件间距及夹角等参数。根据焊接要求，设定脉冲峰值电流、基值电流、电弧电压、保护气体流量、脉冲频率，移动速度等各项焊接工艺参数。焊接前，将TIG弧焊电源1和7的电流脉冲频率、占空比设为一致。步骤3：焊接过程中，利用电流信号检测器14检测一侧钨极的电弧脉冲波形，当检测到其电弧的电流处于脉冲基值时，由脉冲协调控制器11将另一侧无的电流脉冲调节为脉冲峰值，当检测到其电弧的电压处于脉冲峰值时，由脉冲协调控制器将另一侧的电流脉冲调节为基值，如此反复。通过设置钨极电弧脉冲的电流频率与幅值，实现对熔滴过渡形式准确、高效的控制。本专利技术由两台脉冲TIG电源、IGBT分流模块、送丝机构、双钨极氩弧焊枪及其脉冲协调控制系统等组成。双钨极氩弧焊枪的两根钨极分别与两台脉冲TIG电源的负极相连，两台焊接电源再通过信号检测及控制系统相连接。在焊接过程中，采用脉冲协调控制的方法,即在一个TIG焊枪电弧电流处于脉冲基值维弧时，触发脉冲信号控制器，调节另一个TIG焊枪电弧电流处于脉冲峰值维弧，两钨极形成的耦合磁场由处于峰值一侧主导，对下落的熔滴产生斥力，使其向处于基值一侧的钨极偏移。当钨极的电流脉冲峰值谷值交替后，磁场方向亦发生改变，使熔滴受到相反方向的斥力。当方波脉冲的频率足够高时，两钨极间的耦合磁场正反交替足够快，熔滴就不会左右偏移而是直接下落，从而达到控制熔滴过渡的效果。其中，焊丝以TOPTIG的方式送入对称的双钨极中心，相较于TIG旁轴送丝没有方向性、相较于MIG送丝速度与电流不关联，并且耦合电弧的形成有利于对熔滴过渡进行精确控制；脉冲TIG电源总电流流经双钨极氩弧焊枪，在TOPTIG焊枪与工件构成主路的同时焊丝进行分流，使焊接时流经主路钨极的电流被分成两部分:一部分为通过旁路流回脉冲TIG电源的电流，另一部分为施加到母材上的电流.利用电弧热丝技术对焊丝进行预热从而提高熔敷速率，这样便可解决高速焊接时在增大焊接电流提高焊丝的熔化速度的同时对母材的热输入过高的矛盾，从而提高焊接接头的精度。而且，此方法使用直流脉冲电源，设备简单，降低了焊接的成本，是一种高效率、低成本的熔滴过低控制新技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置，其特征是：包括第一TIG弧焊电源、第二TIG弧焊电源、第一钨极、第二钨极、IGBT分流模块、第一电流信号检测装置、第二电流信号检测装置，第一TIG弧焊电源的负极与第一钨极相连，第二TIG弧焊电源的负极与第二钨极相连，第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极与工件连接,构成焊接电流回路；焊丝导电嘴通过IGBT分流模块与第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极相连，构成分流旁路，第一电流信号检测装置检测第一钨极的电流脉冲，第二电流信号检测装置检测焊丝的电流脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置，其特征是：包括第一TIG弧焊电源、第二TIG弧焊电源、第一钨极、第二钨极、IGBT分流模块、第一电流信号检测装置、第二电流信号检测装置，第一TIG弧焊电源的负极与第一钨极相连，第二TIG弧焊电源的负极与第二钨极相连，第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极与工件连接,构成焊接电流回路；焊丝导电嘴通过IGBT分流模块与第一TIG弧焊电源和第二TIG弧焊电源的正极相连，构成分流旁路，第一电流信号检测装置检测第一钨极的电流脉冲，第二电流信号检测装置检测焊丝的电流脉冲。2.一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制方法，其特征是：采用权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗玉刚，郭俊良，李春旺，马照伟，韩端锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23