一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法

1.本发明涉及一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子焊后小孔的装置及方法，属于高效等离子弧焊工艺技术领域。


背景技术：

2.等离子弧焊接是一种高能量密度的焊接工艺方法，与激光焊和电子束焊相比，等离子弧焊接设备成本低，操作简单，接缝装配间隙适应性强，因而在各种合金材料结构的加工制造中有广阔的应用前景。其中穿孔型等离子弧焊接适用于焊接3-8mm厚度不锈钢，12mm以下厚度的钛合金，中厚度的低碳钢和低合金结构钢。利用变极性等离子弧焊接电源，单面焊能够焊接15mm厚度的铝及铝合金。且上述材料在该厚度范围内均可在不开坡口一次焊透，并实现单面焊双面成形。但是由于等离子弧独特的物理特性，等离子弧拘束度高，电流密度大，能量集中，焊接结束后会在收弧处所产生的小孔，焊后需要人工tig补孔。
3.为解决上述存在的问题，本发明公开了一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法。该装置是在等离子弧焊接条件下，利用动态推拉装置减小钨极内缩量，改变电弧拘束程度，改变电弧力和热输入大小以及电弧作用范围大小，降低等离子弧的穿透能力，同时利用计算机控制焊接电流和送丝速度，使熔滴稳定、安全的流入所产生的焊接小孔中，达到填埋小孔的目的。本发明通过改变电弧热力分布，利用计算机控制焊接电流及送丝速度变化，达到填埋焊后小孔的目的。该装置无需焊后手工tig补孔，减少加工工序，提高了等离子焊接自动化和智能化水平。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法。该装置是在等离子弧焊接条件下，利用动态推拉装置减小钨极内缩量，使电弧发散，减小电弧对焊接件的热-力作用，增大等离子弧作用范围，降低等离子弧的穿透能力。同时利用计算机控制焊接电流和送丝速度，使熔滴稳定、安全的流入所产生的焊接小孔中，无需焊后手工tig补孔。
5.为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法，其特征在于：包括动态推拉装置(1)，装置固定外壳(2)，钨极连接杆(3)，钨极(4)，等离子焊枪(5)。所述的动态推拉装置通过螺栓连接的方式与装置固定外壳相连；所述钨极连接杆一端与动态推拉装置固定连接，另一端与钨极可拆卸连接，其中与钨极连接一端为耐高温绝缘材料；所述的钨极端连接有等离子弧焊接电源并且其外部为等离子焊枪枪体。
7.所述动态推拉装置包括，齿轮传动装置(1-1),偏心连接杆(1-2)，滑轨(1-3),滑块(1-4),钨极连接杆(3)。所述的齿轮传动装置装有驱动电机，控制齿轮按不同速度发生转动。其中齿轮传动装置(1-1)与偏心连接杆(1-2)连接，偏心连接杆(1-2)与滑块(1-4)相连；
所述滑块(1-4)与滑轨(1-3)连接；齿轮转动带动滑块(1-4)移动，控制钨极(4)连接杆移动，达到控制钨极内缩量的目的；所述的钨极连接杆(3)为特制的耐高温绝缘装置。
8.所述的动态推拉装置由计算机控制端控制，该装置与等离子焊枪运动系统相连，随焊枪一起运动。在焊接结束将要熄弧时，由计算机控制端触发信号，控制动态推拉装置，令钨极内缩量由大变小,使电弧发散，收弧处电弧力减小和热输入作用范围增大，降低等离子弧穿孔能力。此时送丝机仍保持送丝状态，配合等离子弧熔化焊丝，填埋等离子焊后小孔。
9.所述的计算机控制端可以手动控制信号触发，也能够预设轨迹自动控制信号触发。当焊接到收弧出时，计算机控制端触发控制钨极向下移动的信号后，该信号作为信号源同时传输到焊机电流控制端和送丝装置端，控制焊接电流减小和送丝速度降低，达到平稳、安全填埋小孔的目的，同时也能防止由于钨极下移导致电流过大烧损喷嘴、损坏焊枪的问题。
10.动态推拉装置所能调控的钨极内缩量为-4mm～+4mm，内缩量调节精度为0.1mm。(以等离子焊枪喷嘴为基准面)。动态推拉装置外接计算机控制端，能够根据实验要求调节电动机频率，控制齿轮转动速度和转动范围，控制钨极伸出和回抽的速度和大小。
11.所述钨电极所用材料为铈钨合金或钍钨合金。
12.一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法包括以下步骤，
13.步骤一：将焊枪与动态推拉装置组装，连接等离子焊接设备，预设初始的焊接电流、送丝速度等实验条件。根据送丝速度、焊接电流等条件设置动态推拉装置的响应频率。
14.步骤二：调节钨极内缩量，设置信号触发后焊接电流和送丝速度变化曲线，
15.步骤三：启动等离子焊接电源，按预定轨迹进行焊接。焊接结束时计算机控制端触发控制信号，控制动态推拉装置，使钨极内缩量由大变小，焊接电流和送丝速度随其发生变化。保持一定时间，然后关闭焊接电源和送丝机
16.本发明的有益效果：
17.(1)本发明设计出一套可调控电弧热力分布的装置，利用自主设计的动态推拉装置，控制钨极内缩量变化，使电弧力和热输入作用范围发生变化，影响等离子焊接焊缝质量。
18.(2)本发明钨极与动态推拉装置利用一个可拆卸的连接装置配合连接，能够根据需要调节钨极伸出长度及更换不同型号的钨极，提高对不同型号焊枪及焊接工艺参数的适应性。
19.(3)本发明通过控制电弧热力分布及焊接电流、送丝速度，达到焊接结束时自动填埋小孔的目的，无需焊后补孔，减少加工工序，提高了自动化和智能化水平。
附图说明
20.图1是本发明一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置示意图。
21.图2是动态推拉装置。
22.图中1、动态推拉装置：齿轮传动装置(1-1),偏心连接杆(1-2)，滑轨(1-3)，滑块
(1-4)；2、装置固定外壳；3、钨极连接杆；4、钨极；5、等离子焊枪。
23.图3动态推拉装置控制等离子收弧过程电弧变化示意图。
24.图4计算机控制端信号控制流程图。
具体实施方式
25.为了能进一步了解本发明的内容、特点及效果，列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
26.本发明的基本思想：本发明是在等离子弧焊接条件下，利用动态推拉装置减小钨极内缩量，改变电弧拘束程度，改变电弧力和热输入大小以及电弧作用范围大小，降低等离子弧的穿透能力，同时利用计算机控制焊接电流和送丝速度，使熔滴稳定、安全的流入所产生的焊接小孔中，达到填埋小孔的目的。
27.如图1所示是一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置示意图，其包括动态推拉装置(1)，装置固定外壳(2)，钨极连接杆(3)，钨极(4)，等离子焊枪(5)。所述的动态推拉装置通过螺栓连接的方式与装置固定外壳相连；所述钨极连接杆一端与动态推拉装置固定连接，另一端与钨极可拆卸连接，其中与钨极连接一端为耐高温绝缘材料；所述的钨极端连接有等离子弧焊接电源并且其外部为等离子焊枪枪体。
28.如图2所示动态推拉装置包括，齿轮传动装置(1-1),偏心连接杆(1-2)，滑轨(1-3),滑块(1-4),钨极连接杆(3)。所述的齿轮传动装置装有驱动电机，控制齿轮按不同速度发生转动。其中齿轮传动装置与偏心连接杆连接，偏心连接杆与滑块相连。齿轮转动带动滑块移动，控制钨极连接杆移动，达到控制钨极内缩量的目的。所述的钨极连接杆为特制的耐高温绝缘装置。
29.其中动态推拉装置由计算机控制端控制，该装置与等离子焊枪运动系统相连，随焊枪一起运动。在焊接结束将要熄弧时，由计算机控制端触发信号，控制动态推拉装置，令钨极内缩量由大变小,使电弧发散，收弧处电弧力减小和热输入作用范围增大，降低等离子弧穿孔能力(如图3所示)。此时送丝机仍保持送丝状态，配合等离子弧熔化焊丝，填埋等离子焊后小孔。动态推拉装置所能调控的钨极内缩量为-4mm～+4mm，内缩量调节精度为0.1mm。(以等离子焊枪喷嘴为基准面)。动态推拉装置外接计算机控制端，能够根据实验要求调节电动机频率，控制齿轮转动速度和转动范围，控制钨极伸出和回抽的速度和大小。
30.计算机控制端信号控制如图4所示，其中计算机控制端可以手动控制信号触发，也能够预设轨迹自动控制信号触发。当焊接到收弧出时，计算机控制端触发控制钨极向下移动的信号后，该信号作为信号源同时传输到焊机电流控制端和送丝装置端，控制焊接电流减小和送丝速度降低，达到平稳、安全填埋小孔的目的，同时也能防止由于钨极下移导致电流过大烧损喷嘴、损坏焊枪的问题。
31.实施例1：
32.以vppa等离子焊接的方式焊接一道不开坡口的板厚10mm长度10cm的对接焊缝为例，如图一所示，按图将所需设备连接好，焊接时使用的电源为变极性等离子弧焊接电源，利用三维运动机构带动等离子焊枪等装置运动。具体包括以下步骤：
33.步骤一：用砂纸打磨带焊接的两块铝板表面，去除表面油污及氧化膜，将两块铝板固定到工作台上，将离子气流量设置为2.8l/min，将保护气流量设置为15l/min。打开变极
性等离子弧电源，将等离子弧en阶段电流设置为290a，ep阶段电流设置为270a。通过三维运动机构控制器，调节等离子焊枪和待焊铝板的相对位置，使其位于铝板上方4mm处；
34.步骤二：将焊枪与动态推拉装置组装，连接等离子焊接设备，根据焊接速度、焊接电流等条件设置动态推拉装置响应频率1000hz，根据焊接速度和焊接电流等实验条件，利用动态推拉装置使钨极内缩量为-4mm。在计算机控制端设置信号触发后焊接电流和送丝速度变化曲线。
35.步骤三：启动等离子焊接电源与动态推拉装置，按预定轨迹进行焊接。
36.步骤四：当焊枪运动到预定的10cm轨迹处时，计算机控制端触发控制信号，控制动态推拉装置，将钨极内缩量由-4mm变为+4mm，焊接电流和送丝速度随其发生变化。保持1s时间，然后关闭焊接电源和送丝机，完成所需要的焊缝。

技术特征：
1.一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置，其特征在于：包括动态推拉装置(1)、装置固定外壳(2)、钨极连接杆(3)、钨极(4)和等离子焊枪(5)；所述的动态推拉装置(1)通过螺栓连接的方式与装置固定外壳(2)相连；所述钨极连接杆(3)一端与动态推拉装置(1)固定连接，另一端与钨极(4)可拆卸连接，其中与钨极(4)连接一端为耐高温绝缘材料；所述钨极(4)连接有等离子弧焊接电源并且其外部为等离子焊枪(5)枪体。2.根据权利要求1所述的一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置，其特征在于：所述动态推拉装置(1)包括齿轮传动装置(1-1)、偏心连接杆(1-2)、滑轨(1-3)和滑块(1-4)；所述的齿轮传动装置(1-1)装有驱动电机，控制齿轮按不同速度发生转动；其中齿轮传动装置(1-1)与偏心连接杆(1-2)连接，偏心连接杆(1-2)与滑块(1-4)相连；所述滑块(1-4)与滑轨(1-3)连接；齿轮转动带动滑块(1-4)移动，控制钨极(4)连接杆移动，达到控制钨极内缩量的目的；所述的钨极连接杆(3)为特制的耐高温绝缘装置。3.根据权利要求1所述的一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置，其特征在于：所述的动态推拉装置(1)由计算机控制端控制，该动态推拉装置与等离子焊枪的运动系统相连，随等离子焊枪一起运动；在焊接结束将要熄弧时，由计算机控制端触发信号，控制动态推拉装置(1)，令钨极(4)内缩量由大变小至伸出1mm～3mm,使电弧发散，变为tig电弧，收弧处电弧力减小和热输入作用范围增大，降低等离子弧穿孔能力；此时，送丝机仍保持送丝状态，配合等离子弧熔化焊丝，填埋等离子焊后小孔。4.根据权利要求3所述的一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置,，其特征在于：所述的计算机控制端手动控制信号触发，也能够预设轨迹自动控制信号触发；当焊接到收弧出时，计算机控制端触发控制钨极向下移动的信号后，该信号作为信号源同时传输到焊机电流控制端和送丝装置端，控制焊接电流减小和送丝速度降低，达到平稳、安全填埋小孔的目的，同时也能防止由于钨极下移导致电流过大烧损喷嘴、损坏焊枪的问题。5.根据权利要求1所述的一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置，其特征在于：所述的动态推拉装置(1)所能调控的钨极内缩量为-4mm～+4mm，内缩量调节精度为0.1mm；动态推拉装置(1)外接计算机控制端，能够根据实验要求调节电动机频率，控制齿轮转动速度和转动范围，控制钨极伸出和回抽的速度和大小。6.根据权利要求1所述的一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置，其特征在于：钨极(4)所用材料为铈钨合金或钍钨合金。7.一种根据权利要求1～6任一所述调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：将等离子焊枪与动态推拉装置组装，连接等离子焊枪，预设初始的焊接电流、送丝速度；根据送丝速度、焊接电流设置动态推拉装置的响应频率；步骤二：调节钨极内缩量，设置信号触发后焊接电流和送丝速度变化曲线，步骤三：启动等离子焊接电源，按预定轨迹进行焊接；焊接结束时计算机控制端触发控制信号，控制动态推拉装置，使钨极内缩量由大变小至完全伸出，焊接电流和送丝速度随其发生变化；保持一定时间，然后关闭焊接电源和送丝机。

技术总结
本发明公开了一种调节电弧热力分布填埋穿孔型等离子弧焊后小孔的装置及方法，该装置是在等离子弧焊接条件下，利用动态推拉装置减小钨极内缩量，改变电弧拘束程度，改变电弧力和热输入大小以及电弧作用范围大小，降低等离子弧的穿透能力，同时利用计算机控制焊接电流和送丝速度，使熔滴稳定、安全的流入所产生的焊接小孔中，达到填埋小孔的目的。本发明通过改变电弧热力分布，利用计算机控制焊接电流及送丝速度变化，达到填埋焊后小孔的目的。该装置无需焊后手工TIG补孔，减少加工工序，提高了等离子焊接自动化和智能化水平。等离子焊接自动化和智能化水平。等离子焊接自动化和智能化水平。


技术研发人员：张国凯 许志合 蒋凡 陈树君 徐斌 彭勇
受保护的技术使用者：南京理工大学 广东艾迪特智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/22