[发明专利]一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法

说明书

一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法，将两根边丝、主丝和母材分别与两台弧焊电源相连，两台弧焊电源分别为旁路电源和主路电源，两条边丝同时与旁路电源的负极相连，主丝同时与两台弧焊电源的正极相连，母材与主路电源负极相连;采用镜像对称式的排布方式对两根边丝和主丝进行排布，主丝位于坡口中间位置，两根边丝分别位于主丝的两侧，并关于主丝轴线所在竖直面镜像对称；调整主丝和两根边丝端部的相对位置，两根边丝端部位置处于同一水平线上；在保证较高焊丝熔敷率的条件下，实现对母材热输入及电弧能量分布状态的控制，最终实现中厚板窄间隙坡口的高质量高效率焊接。

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体说的是一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法。

背景技术

中厚板在船舶、建筑、机械制造以及压力容器等行业中的应用非常普遍，而对于其焊接主要采用手工电弧焊、半自动熔化极气体保护焊或埋弧自动焊等传统弧焊技术，焊接效率低，劳动强度大，作业环境恶劣；同时，钢板总热输入量较高，焊接残余应力及焊接变形量较大。随着大型结构件的广泛应用，这些问题也将愈加凸出。因此，传统焊接技术焊接效率低和焊接总热输入大，难以满足当今社会的需求。

为了提高传统焊接技术的焊接效率，主要采用以下三种途径：一是增大熔敷率（即提高送丝速度），如T.I.M.E焊、缆式焊丝电弧焊等，虽然提高了焊丝熔敷率，但由于焊接电流增大，易造成焊接接头力学性能下降等问题。二是采用窄间隙焊接工艺，通过减小焊接坡口尺寸降低焊缝金属填充量，虽然提高了焊接效率，但由于坡口间隙较小，易造成“侧壁起弧”，电弧稳定性差；同时，电弧大部分热量作用于坡口底部而作用于坡口侧壁的热量较少，易造成侧壁未熔合缺陷。三是采用旁路耦合电弧焊的方法，其原理示意图如图1所示，通过引入旁路，从主路分走一部分电流，进而使流经母材的电流低于总焊接电流，在降低母材热输入的同时提高了焊丝熔敷率。但该方法的电弧形态对称性差，导致电弧作用区域宽度小，大量熔融金属铺展不开，产生焊接未熔合问题。当旁路电流与主路电流相等，母材中无电流通过时，电弧建立于焊丝之间，便形成了间接电弧，其原理示意图如图2所示。相比于旁路耦合电弧焊，其对母材的热输入更小，焊丝熔敷率更高，但由于母材中无电流通过，过小热输入易导致未熔合缺陷；而当通过增大电流提高母材热输入时，会导致间接电弧分散，无法保证焊接过程的稳定性。

针对以上问题，专利CN107838536A提出了“一种双熔化极-TIG电弧复合焊接技术”，通过在双丝间接电弧前端特定的距离添加TIG电弧，利用TIG电弧改善双丝间接电弧热输入不足的问题，在提高焊丝熔覆率的同时保证了母材充足的热输入，但电流增大时间接电弧分散的问题依然没有改善。

专利CN104772552A提出了“一种三丝气体保护间接电弧焊接方法、装置、堆焊方法及窄间隙焊接方法”，其原理示意图如图3所示，在双丝间接电弧的基础上再引入一个间接电弧，不但改善了双丝间接电弧母材热输入不足的问题，而且形成的两个间接电弧耦合在一起，提高了电弧的稳定性并增加了焊接参数的可调范围；另外，通过调整三根焊丝的排布方式，拓展了电弧的宽度，改变了电弧能量分布状态，实现了窄间隙焊接时的侧壁熔合，但是由于三根焊丝必须相互接触才能起弧，电弧拓展的宽度因此受到限制，造成窄间隙焊接时的工艺参数极窄，同时由于母材中无电流通过，热输入不足造成的层间未熔合问题依然存在。

专利CN109079287A提出了“一种三丝气体保护间接电弧焊方法、装置及其应用”，通过改变电源连接方式以及采用镜像对称式的焊丝排布方式，在优化磁场分布空间的同时获得了形态集中的间接电弧，虽然间接电弧能量密度大幅提高，但其宽度减小，不利于窄间隙焊接时的侧壁熔合。

基于以上焊接方法存在的缺陷及其产生的原因，有必要提出一种新型高效的焊接方法解决以上问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种电弧空间结构可控的旁路耦合三丝间接电弧焊方法，解决间接电弧母材热输入的不足以及旁路耦合电弧作用范围窄的问题，在保证较高焊丝熔敷率的条件下，实现对母材热输入及电弧能量分布状态的控制，最终实现中厚板窄间隙坡口的高质量高效率焊接。