一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法，包含了主焊接电源1、分流电源8、脉冲协调控制器13、后拖保护气罩2、一把等离子分流熔化极焊枪21、送丝机构6、电流传感器19等组成。焊接过程中，采用脉冲协调控制的方法,即在主路电流为基值时，分流电流也为基值，可保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当主路电流为峰值时，分流电流亦为峰值，可确保焊接时较低的工件热输入，实现稳定、可靠的焊接过程。焊接过程中利用后拖保护气罩保护钎焊缝，防止钎焊缝高温冷却过程中的氧化、氮化等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法
本专利技术涉及异种金属电弧焊接及钎焊
，具体涉及一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法。
技术介绍
钛具有较高的比强度和较高的比刚性，以及具有较好的耐热性以承受高温，较好的耐腐蚀性，被广泛应用于舰艇、航空、航天、石油化工等领域。但是钛合金的成本高，加工性能差，限制了其在工业领域的进一步推广应用。钢是工业生产中应用最广泛的金属材料，具有成本低、机械强度高、韧性好、加工性能优良等优势。出于减轻重量、降低成本以及特殊使用性能考虑，使钛和钢“物尽其用”，优势互补，达到材料使用性能和经济效益的平衡，因而钛/钢复合结构在工业领域具有巨大的应用潜力。但是，由于钛和钢在热物理化学性能方面的巨大差异，使二者之间的焊接一直存在着很大的困难，极大限制了进一步生产应用。专利号CN101664852A提出了一种钛和钛钢复合板焊接方法，对于钛材与钢板的焊接采用了99.95％银丝的钎焊方式，热源采用氩弧焊电弧。通过该种方法可以实现钛和钢在大气环境下的焊接，焊后的焊接接头能承受1MPa气压，但是仍然存在局限性：99.95％的银丝钎料能够造成巨额的焊接成本，不利于生产实际的经济性要求；氩弧焊电弧焊接工艺产生的热影响区较大，焊后会产生较为严重的变形问题；只采用焊接过程中的熔池保护，焊后钛及钎焊缝在冷却过程中易出现氧化、氮化问题。针对以上对于钛/钢异种金属焊接方法的局限性，本专利技术提出了一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法。同时采用硅青铜为钎料，硅的添加可提高铜基钎料在工件上的润湿性，从而避免因采用银基钎料而产生的高额成本。等离子分流熔化极电弧钎焊具有等离子分流的热输入低、电弧能量密度高、钎料熔化效率高、焊接过程稳定等优势，既能实现对填充钎料的高效加热，又能保证稳定地钎接过程和良好的焊缝质量。同时，利用主、旁路脉冲协调控制方法可进一步降低工件的热输入，即在主路电流为基值时，分流电流也为基值，可保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当主路电流为峰值时，分流电流亦为峰值，可确保焊接时较低的工件热输入，实现稳定、可靠的钛/钢异种金属钎焊过程。由于主、旁路电弧采用脉冲协调控制方法，既可很好地控制焊接过程中的热输入，又能够有效地控制焊接过程中的熔滴过渡方式，可改善焊缝成形，获得高质量的钛/钢钎焊接头。此外，采用后拖的保护气罩方式，可防止钎焊时钛合金及钎料的氧化、氮化，进一步提高钎焊缝质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法。一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置，由主路电源1、后拖保护气罩2、水冷铜套3、绝缘瓷套4、导电嘴5、送丝机构6、钎料焊丝7、分流电源8、等离子喷嘴9、保护气罩10、钛板11、钢板12、脉冲信号处理器13、信号控制器14、脉冲协调控制系统15、电流传感器19、等离子分流熔化极焊枪21组成；焊接过程中，主路电源1正极接钎料焊丝7，负极接工件；分流电源8正极接钎料焊丝7，负极接水冷铜套3，通过等离子弧16与等离子喷嘴8相连后形成分流回路；焊接过程中MIG电弧18与等离子电弧16耦合成复合电弧17；脉冲协调控制系统15包含脉冲信号处理器13与信号控制器14，脉冲信号处理器13检测电流传感器19的主路电流脉冲信号，当检测到主路电流处于脉冲基值时，触发脉冲信号控制器14调节旁路电流为脉冲基值，可保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当检测到主路电流脉冲处于峰值时，触发脉冲信号控制器14调整旁路电流脉冲处于峰值，可确保焊接时较低的工件热输入；焊接过程中，后拖保护气罩2用来保护钎焊缝20，避免钎焊缝20的氧化与氮化现象；一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一：为有效地促进铜钎料焊丝7在钛板11和钢板12上的润湿性，将工件的待焊部位加工成V形或Y形坡口，用砂纸和丙酮对坡口表面及两侧分别进行打磨和清洗，除去工件表面的油污和氧化膜；步骤二：焊接前，将钛板11和钢板12放在焊接工作台上，钛板11与钢板12之间留有0.5-5mm间隙，根据要求在工件背面安装成形槽，调节等离子分流熔化极焊枪21的位置，保持焊枪轴线与工件处于垂直状态，等离子喷嘴9距工件高度5-15mm；步骤三：焊接时，将主/旁脉冲频率设为一致，当主路电流处于脉冲基值时，触发脉冲信号控制器14调节旁路电流脉冲为基值维弧，当主路电流为脉冲峰值时，旁路电流也为脉冲峰值；步骤四：根据实际情况设定焊接工艺参数，主路峰值电流100-500A、主路基值电流10-100A、旁路基值电流5-50A、分流峰值电流50-300A、脉冲频率2-500Hz、钛板与钢板间隙0.5-5mm、焊接速度30-300cm/min、等离子喷嘴高度5-15mm、等离子气流量为0.5-2.0L/min，保护气流量10-25L/min；步骤五：焊接后，隔一段时间后关闭后拖保护气体，保证钎焊缝在冷却过程中得以充分保护，获得成形美观、稳定可靠的焊缝成形。本专利技术的有益效果在于：1、采用等离子分流熔化极电弧钎焊方法，可利用等离子分流的热输入低、等离子弧的收缩特性、钎料熔化效率高、焊接过程稳定等优势，既能实现对填充钎料的高效加热，又能保证稳定地钎接过程和良好的焊缝质量。2、采用脉冲协调控制方法，即主、旁电流同时为脉冲基值或脉冲峰值，可保证复合电弧的稳定性，有效地控制焊接过程中的熔滴过渡方式，确保焊接时工件处于较低的热输入状态，可改善焊缝成形，获得高质量的钛/钢钎焊接头。3、在焊接过程中在焊枪后方夹持一个后拖保护气罩，可避免焊后冷却过程中金属的氧化与氮化，改善焊缝成形，提高接头的力学性能。4、焊接过程中工件与电源负极相连，电弧的阴极清理作用可以清理钛合金表面的氧化膜，同时，等离子弧与熔化极复合电弧的耦合特性可以细化焊缝晶粒，进一步提高焊缝质量。5、该方法操作简单、方便，不需要特殊的真空环境，在大气条件下就可以实现钛/钢异种金属的电弧钎焊，可获得成形美观，高质量的钛/钢钎焊接头。6、该工艺方法适应性强，不仅适用于钛/钢异种金属的钎焊，经过简单调整也适用于钛/铝、钢/铝、镁/铝等异种金属材料的钎焊，是一种低成本、高效优质的电弧钎焊方法。附图说明图1为一种基于脉冲协调控制的钛/钢对接接头等离子分流熔化极电弧钎焊装置的示意图；图2为主、旁路脉冲电流协调方式的示意图；图3为钛/钢对接接头宏观形貌；图4为钛/钢搭接接头宏观形貌。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。实施例1：针对钛/钢焊接时易形成脆性金属间化合物、接头性能差、成本高、设备复杂、稳定性差等问题，提出了一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置及方法。本专利技术是基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊方法，该方法包含了主焊接电源、分流电源、脉冲协调控制器、后拖保护气罩、一把等离子分流熔化极焊枪、送丝机构、电流传感器等组成。焊接过程中，采用脉冲协调控制的方法,即在主路电流为基值时，分流电流也为基值，可保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当主路电流为峰值时，分流电流亦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置，由主路电源(1)、后拖保护气罩(2)、水冷铜套(3)、绝缘瓷套(4)、导电嘴(5)、送丝机构(6)、钎料焊丝(7)、分流电源(8)、等离子喷嘴(9)、保护气罩(10)、钛板(11)、钢板(12)、脉冲信号处理器(13)、信号控制器(14)、脉冲协调控制系统(15)、电流传感器(19)、等离子分流熔化极焊枪(21)组成；焊接过程中，主路电源(1)正极接钎料焊丝(7)，负极接工件；分流电源(8)正极接钎料焊丝(7)，负极接水冷铜套(3)，通过等离子弧(16)与等离子喷嘴(8)相连后形成分流回路；焊接过程中MIG电弧(18)与等离子电弧(16)耦合成复合电弧(17)；脉冲协调控制系统(15)包含脉冲信号处理器(13)与信号控制器(14)，脉冲信号处理器(13)检测电流传感器(19)的主路电流脉冲信号，当检测到主路电流处于脉冲基值时，触发脉冲信号控制器(14)调节旁路电流为脉冲基值，保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当检测到主路电流脉冲处于峰值时，触发脉冲信号控制器(14)调整旁路电流脉冲处于峰值，确保焊接时较低的工件热输入；焊接过程中，后拖保护气罩(2)用来保护钎焊缝(20)，避免钎焊缝(20)的氧化与氮化现象。...

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种金属等离子分流熔化极电弧钎焊装置，由主路电源(1)、后拖保护气罩(2)、水冷铜套(3)、绝缘瓷套(4)、导电嘴(5)、送丝机构(6)、钎料焊丝(7)、分流电源(8)、等离子喷嘴(9)、保护气罩(10)、钛板(11)、钢板(12)、脉冲信号处理器(13)、信号控制器(14)、脉冲协调控制系统(15)、电流传感器(19)、等离子分流熔化极焊枪(21)组成；焊接过程中，主路电源(1)正极接钎料焊丝(7)，负极接工件；分流电源(8)正极接钎料焊丝(7)，负极接水冷铜套(3)，通过等离子弧(16)与等离子喷嘴(8)相连后形成分流回路；焊接过程中MIG电弧(18)与等离子电弧(16)耦合成复合电弧(17)；脉冲协调控制系统(15)包含脉冲信号处理器(13)与信号控制器(14)，脉冲信号处理器(13)检测电流传感器(19)的主路电流脉冲信号，当检测到主路电流处于脉冲基值时，触发脉冲信号控制器(14)调节旁路电流为脉冲基值，保证焊接过程中耦合电弧的稳定性；当检测到主路电流脉冲处于峰值时，触发脉冲信号控制器(14)调整旁路电流脉冲处于峰值，确保焊接时较低的工件热输入；焊接过程中，后拖保护气罩(2)用来保护钎焊缝(20)，避免钎焊缝(20)的氧化与氮化现象。2.一种基于脉冲协调控制的钛/钢异种...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗玉刚，林志成，刘吉，马照伟，韩端锋，杨晓山，杨思蝶，
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