一种等离子弧与双MIG进行复合的焊炬

摘要

本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种将等离子弧和双MIG联合起来的复合焊炬。一种等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，包括等离子发生器、两个MIG焊接系统、焊炬支架、卡箍、支架筋板、焊炬支座、保护气罩；焊炬支架上安装有卡箍；等离子发生器和两侧的MIG焊接送丝系统通过卡箍固定在焊炬支架上，等离子发生器在中间，两侧是MIG焊接系统；焊炬整体受到支座的约束，焊炬支座和焊炬支架之间通过支架筋板固定；焊炬支座下端接有保护气罩，保护气罩上设有气管接口。本发明的焊炬可以实现等离子电弧与双MIG电弧进行复合焊接，该专用焊炬的有益效果是：综合利用三个热源的各自特点，并实现对热源的瞬时热输入协同控制，最终同时提高熔敷效率与焊接熔深。

说明书

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种将等离子和双MIG联合起来的复合焊炬。

背景技术

 等离子弧是近代发展起来的一种高能束， 它是通过等离子发生器压缩自由电弧，形成的高温、高电离度和高能量密度的电弧。等离子弧焊接，具有能量密度高、热量集中的特点，因此熔深较大，焊缝热影响区小，易得到高质量的焊缝成形和组织。1972年，荷兰Philips研究实验中心的W. G. Essers和A.C. Liefkens等人首次提出了等离子-MIG复合热源焊接方法。其主要思想是将等离子焊与熔化极气体保护焊结合，让焊丝进入等离子弧，并在等离子弧内引燃MIG电弧。这种复合属于“同轴式”等离子-MIG复合，应用的焊炬包括“偏置钨极式”和“喷嘴式”。而在1995年，乌克兰巴顿焊接研究所研制出了旁轴式等离子-MIG复合焊接设备，它的主要思想是等离子弧在前形成匙孔，MIG电弧在后填充焊丝，焊丝在两电弧热量的共同作用下熔化，形成熔滴进入熔池。目前，等离子与MIG复合大多是关于喷嘴式同轴等离子-MIG复合焊接，研究主要集中在工艺参数、组织性能、熔滴过渡、两电弧之间关系以及温度场的模拟等几方面。

 双丝（双弧）焊是多丝多弧焊接工艺的基础。在国内外已经开展了广泛的研究。早在1948年，为了提高生产效率，就有人开始研究双丝埋弧焊技术，并且该项技术很快为人们所接受，并出现了多种双丝埋弧焊方法，如纵列式、横列双丝串联式、横列双丝并联式等，近十多年，双丝（多丝）气保焊技术更是得到了迅速的发展。

 等离子-MIG复合焊接本身具有熔深大、成形好等优点，双丝焊接在高效、高速焊接方面亦具有相当优势，但是，它们也都具有自身的局限性：等离子-MIG复合焊接中，同轴式等离子-MIG复合焊炬的结构十分复杂，焊炬对焊丝的同轴度要求比较高，另外该类焊炬容易产生“串弧”现象，起弧过程也比较困难。旁轴式等离子-MIG复合焊炬的结构相对简单些，但是在焊接过程中MIG电弧会对等离子电弧产生影响，导致达不到理想的熔深，合适的工艺参数范围也很窄，另外，单一MIG焊接系统提供的熔覆率与大熔深的等离子发生器匹配度不够，无法将等离子-MIG复合焊接方法的效果发挥到最佳。双丝焊最常用的是串列双丝焊的形式，这种方法虽然提高了焊接的熔敷率和焊接速度，但是并没能起到加大熔深的作用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足和局限，提供一种等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，该焊炬集中了等离子焊接和双丝脉冲焊接各自的优点，通过利用等离子弧提供大的熔深，两侧的MIG焊接系统通过双向或者双向间隔填充，可以在减少电弧之间影响的同时实现高的焊丝填充效率，得到好的焊缝成形。最终通过稳定的焊接过程以及对三者能量的综合利用，同时提高熔敷效率与焊接熔深。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，包括一个等离子发生器、两个MIG焊接系统、焊炬支架、卡箍、支架筋板、焊炬支座、保护气罩；焊炬支架上安装有卡箍；等离子发生器和两个MIG焊接系统通过卡箍固定在焊炬支架上，等离子发生器在中间，两侧是MIG焊接系统；等离子发生器和两个MIG焊接系统的下端穿过焊炬支座，焊炬整体受到焊炬支座的约束；焊炬支座和焊炬支架之间通过支架筋板固定；焊炬支座下端安装有保护气罩，保护气罩上设有气管接口。

焊炬支架上设有长槽，卡箍通过内置螺钉与焊炬支架连接；卡箍可在长槽内移动，相对于焊炬支架旋转和移动。

焊炬支座上设有三个孔，等离子发生器和MIG焊接系统的下端穿过此三个孔。

本发明的MIG焊接系统是指MIG焊接送丝及导电系统。

 本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，等离子发生器的结构应尽量紧凑，其端部的外径应小于或等于30mm。通过对钨极的间接水冷以及对喷嘴的直接水冷，等离子发生器能够承受的最大电流应不小于300A。

本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬中的MIG焊接系统的外部尺寸应尽可能小，MIG焊接系统端部的外径应小于或等于15mm。MIG焊接系统可以采用水冷，能够承受的最大电流应不小于500A。

本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，两个MIG焊接系统和等离子发生器三者之间的相对位置关系可通过卡箍在长槽内的旋转和移动进行调节。

本发明的复合焊炬的一个技术核心是两MIG电弧与等离子热源的复合形式，即两个MIG焊接系统和等离子发生器三者之间的相对位置关系，通过控制三者之间的距离和角度来调整焊接过程，从而达到最佳焊接效果。

本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬在使用中，采用信号发生器来控制两个MIG焊接系统，信号发生器有两路输出，可以输出“频率”、“占空比”、“相位差”、“峰值”、“基值”可调的脉冲信号。

本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，等离子发生器采用直流正接方式，MIG焊接系统的电流模式以及接法根据焊件材料及其他相关条件来设定，范围较宽。

本发明的复合焊炬的另一个技术核心是两脉冲MIG电弧与等离子束的复合，两个MIG电弧位于等离子束的两侧。相对于提供大熔深的其他高能束，等离子束具有成本低，操作性好，场地限制条件少等优势。MIG电弧分布于两侧，可以有效抵消单个MIG电弧对等离子束的影响，使焊接过程更稳定。另外双MIG电弧的能量远高于单MIG电弧，其热源的整体能量较大，使得焊接效率显著提高。

本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬的有益效果是：通过利用等离子弧提供大的熔深，两侧的MIG焊接系统通过双向或者双向间隔填充，可以在减少电弧之间影响的同时实现高的焊丝填充效率，得到好的焊缝成形。最终通过稳定的焊接过程以及对三者能量的充分利用，可以实现大熔深与高熔敷效率的完美结合。

附图说明

图1是本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬结构示意图；

　　图2是卡箍的示意图；

　　图3是焊炬支座示意图；

　　图4是MIG焊接系统的空间位置示意图；

图5本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬使用状态示意图；

　　图6是使用状态中等离子发生器和两个MIG焊接系统的位置关系示意图。

具体实施方式

  下面结合附图和具体实施实例对本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬进行详细的说明。

  如图1、2和3所示，本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，包括一个等离子发生器1、两个MIG焊接系统2、焊炬支架3、卡箍4、支架筋板5、焊炬支座6、保护气罩7；焊炬支架3上安装有卡箍4，焊炬支架上设有长槽，卡箍4置于长槽内通过其内置的螺钉与焊炬支架3连接，因此卡箍可以相对于焊炬支架自由旋转和移动。卡箍4的结构如图2所示，等离子发生器1和两个MIG焊接系统2通过卡箍4固定在焊炬支架3上，等离子发生器1在中间，两个 MIG焊接系统2分别位于等离子发生器的两侧。如图3所示，焊炬支座6上设有三个孔，两侧是两个椭圆形孔，中间是一个圆孔；两个 MIG焊接系统和等离子发生器的下端分别通过这3个孔穿过焊炬支座，并受到焊炬支座的约束。焊炬支座6和焊炬支架3之间通过支架筋板5固定。焊炬支座6下端安装有保护气罩7，保护气罩7上设有气管接口8。本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬的保护气由三部分组成，分别是两个MIG焊接系统的保护气和保护气罩外通入的保护气。

 本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬中，等离子发生器端部的外径为25mm，MIG焊接系统端部的外径为15mm。

本发明的MIG焊接系统是指MIG焊接送丝及导电系统。

选择使用一台LORCH-V50焊机作为等离子发生器电源，两台松下500ER2焊机，两台YW-50KM3HRE送丝机，信号发生器RIGOL-DG1022U，一个焊接试验行走平台，此外还包括气瓶、气阀、遥控盒等焊接辅助设备。

  松下500ER2焊机是数字式CO2/MAG焊机，采用380V三相电源输入，能够提供恒流输出，其额定输出电流为500A，额定输出电压为39V，具有远程控制盒，可以对控制盒进行改装，便于本发明中的应用。

 本发明的等离子弧与双MIG进行复合的焊炬，按照以下方式调整等离子发生器和两个MIG焊接系统之间的位置参数：

   以某一边MIG焊接系统为例，详细说明等离子发生器和MIG焊接系统之间的关系，如图4所示，OA也即A’A与MIG焊接系统中心线在XOY平面内的投影线重合，投影线与X轴夹角为α，等离子发生器的中心线与X轴夹角为β，MIG焊接系统的中心线与OA夹角为γ，MIG焊接系统的焊点B与X轴相距为a，与Y轴相距为b。其中，α的范围为0°～90°，β的范围为80°～100°，γ的范围为15°～80°，a的范围为0～15mm，b的范围为0～15mm。另一把MIG焊接系统关于XOZ平面对称，或者关于OZ轴对称。

   焊炬参数设置好后，给焊机通电，然后调节焊机参数，等离子焊机输出电流设为150A，MIG焊机输出的电流均设为200A，等离子发生器末端距离试件高度为5～20mm，焊接状态如图5 、6所示。

   以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。