[发明专利]基于超音频脉冲双钨极协调的焊接熔滴过渡控制设备及控制方法

说明书

本发明提供了基于超音频脉冲双钨极协调的焊接熔滴过渡控制设备及控制方法，焊枪的导电嘴的中央为焊丝，导电嘴上端与送丝机构连接，导电嘴两侧为钨极，钨极外侧为保护气罩，第一超音频旁路热丝电源的正极与第二超音频旁路热丝电源的正极连接到焊丝上，超音频旁路热丝电源的负极分别与主路焊接电源的负极、钨极连接，第一主路焊接电源的正极与第二主路焊接电源的正极连接到母材上。本发明利用超音频脉冲协调控制方式，可将熔滴过渡的被动控制方式变为主动控制方式，迫使熔滴产生超音频振动，促进熔滴滴落，对熔滴过渡频率和熔滴大小的精确控制，节省焊枪的空间，消除焊接方向性，降低焊枪的整体体积，提高了焊枪的灵活性和可达性。

技术领域

本发明属于属焊接及增材制造领域，具体涉及基于超音频脉冲双钨极协调的焊接熔滴过渡控制设备及控制方法。

背景技术

在焊接过程中，熔滴过渡的热、力行为对焊缝成型和焊接质量有重要影响。一般来说，良好的熔滴过渡形式有利于改善焊缝成形，减少焊接飞溅，提高接头质量。现有的熔化极气体保护焊接方法，由于其焊丝熔化及过渡方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。例如，小电流情况下进行熔化极气体保护焊时，促进熔滴过渡的力小，只能进行大滴或短路过渡。

为了实现焊接熔滴过渡的有效控制，奥地利Fronius公司开发了一种冷金属过渡技术(CMT)，该技术采用外加的焊丝回抽力促进熔滴过渡，降低了焊接热输入，但设备复杂、焊接效率低下。美国Y.Zhang等人利用小功率的激光束打到熔滴上部，利用激光束引起的蒸汽反冲力促进了熔滴的过渡，实现了熔滴受力与电弧热的相互独立控制，但要保证激光束的聚焦点在熔滴缩颈处，操作难度高，不易实现。吕世雄等人(专利号201210026693.2)提出了一种机械振动辅助熔滴过渡的焊接方法，该发明采用了一个由电机和传动装置带动的机械式振动杆，振动杆与送丝机构的前端相接触，通过机械振动的方式促进熔滴的滴落，从而达到改善熔滴过渡的目的。该方式具有结构简单、成本低的优点，但同时也存在一定的问题：机械式振动的频率和振幅易受到不稳定因素的影响，无法保证准确熔滴过渡控制的准确性和稳定性；振动装置距离焊枪较近，增加了焊枪的整体体积，极大的降低了焊枪的灵活性和可达性；机械振动的方式容易产生噪音和设备的抖动，导致焊接过程不稳定、加速设备的损坏。

基于此，本发明提出了一种超音频脉冲双钨极协调的熔滴过渡控制方法，通过在对称双钨极和焊丝之间施加超音频脉冲电源，且两电源的电流脉冲频率、幅值一致但相位相反，对熔滴过渡进行脉冲协调控制，进而实现熔滴的超音频振荡，获得射滴、射流、喷射等熔滴过渡形式。本发明采用一把中心填丝的双钨极热丝焊枪，将对称双钨极分别与两焊接电源负极直接相连，工件与焊接电源正极相接。同时，在双钨极和焊丝之间施加两个超音频脉冲旁路热丝电源，但两电源的脉冲频率及幅值相同、相位相反。焊接过程中，当一侧超音频脉冲旁路热丝电源的输出电流为峰值，另一侧为基值时，电磁力推动熔滴向基值侧偏移，反之亦然。这样在超音频脉冲协调作用下，熔滴必然产生往复的超音频振动，即将超声振动能量施加到焊丝熔滴上，促进熔滴滴落，从而实现对熔滴过渡形式的控制。采用这种控制方式，可通过调节脉冲电流大小、脉冲频率、脉冲幅值、双钨极的位置等参数实现对熔滴大小和过渡频率的精确、稳定的控制。这一方法结合了电磁力、重力、表面张力和等离子流力的作用，是熔滴过渡形式主动控制的新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了基于超音频脉冲双钨极协调的焊接熔滴过渡控制设备及控制方法，利用对称双钨极和焊丝之间的超音频脉冲协调控制，实现熔滴的超音频振荡，促进熔滴滴落，实现熔滴过渡的有效、精确、稳定的控制。

本发明的目的是这样实现的：

基于超音频脉冲双钨极协调的焊接熔滴过渡控制设备及控制方法，具体的实现步骤如下：