申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2018-12-27

公开（公告）日：2020-10-13

公开（公告）号：CN109454315B

主分类号：B23K9/167(20060101)

分类号：B23K9/167(20060101);B23K9/10(20060101);B23K9/32(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2022.12.06#未缴年费专利权终止;2019.04.05#实质审查的生效;2019.03.12#公开

摘要：针对现有钨极氩弧堆焊过程中为保证低的稀释率使得熔敷速度较低的问题，本发明提供一种多钨极氩弧热源、控制方法及焊接装置，属于堆焊技术领域。一种多钨极氩弧热源，包括N个焊接电源、N个切换开关、M个钨极和氩保护气；N、M均取大于等于3的正整数；每个焊接电源的负极连接一个或多个钨极，M个钨极的端面排列成线形或面形，相邻两个钨极的间距能够保证电弧传递，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源；M个钨极位于母材的上方；每个焊接电源的正极通过一个切换开关连接母材；氩保护气分布在钨极与母材之间。所述焊接装置包括所述的热源和焊炬；所述热源的M个钨极同时设置在焊炬内。

主权项：1.一种多钨极氩弧热源的控制方法，所述热源包括N个焊接电源、N个切换开关、M个钨极和氩保护气；N、M均取大于等于3的正整数；每个焊接电源的负极连接一个或多个钨极，M个钨极的端面排列成线形或面形，相邻两个钨极的间距能够保证电弧传递，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源；M个钨极位于母材的上方；每个焊接电源的正极通过一个切换开关连接母材；氩保护气分布在钨极与母材之间；其特征在于，所述控制方法包括：通过切换开关的控制，使电弧在M个钨极中切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，获得线形热源或面形热源。

全文数据：一种多钨极氩弧热源、控制方法及焊接装置技术领域本发明涉及一种钨极氩弧堆焊的热源，特别涉及一种多钨极氩弧热源、控制方法及焊接装置，属于堆焊技术领域。背景技术堆焊是将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上，在焊件表面获得耐磨、耐热等特殊性能的熔敷金属层的工艺。堆焊可显著提高焊件的使用寿命，节省制造及维修费用，缩短修理时间，从而提高生产率，因此广泛地应用于各行各业的制造和维修工作中。钨极氩弧堆焊具有电弧稳定、飞溅少、可见度好，堆焊层形状容易控制等诸多优点，但为了保证低稀释率，电弧能量较小，因此熔敷速度不高，目前只适用于堆焊质量要求高而形状复杂的小工件。发明内容针对现有钨极氩弧堆焊过程中为保证低的稀释率使得熔敷速度较低的问题，本发明提供一种多钨极氩弧热源、控制方法及焊接装置。一种多钨极氩弧热源，所述热源包括N个焊接电源、N个切换开关、M个钨极和氩保护气；N、M均取大于等于3的正整数；每个焊接电源的负极连接一个或多个钨极，M个钨极的端面排列成线形或面形，相邻两个钨极的间距能够保证电弧传递，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源；M个钨极位于母材的上方；每个焊接电源的正极通过一个切换开关连接母材；氩保护气分布在钨极与母材之间。优选的是，所述切换开关具有设定频率的通断、且能通过百安培数量级的电流。优选的是，焊接电源具有陡特性。本发明还提供一种热源控制方法，包括：通过切换开关的控制，使电弧在M个钨极中切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，获得线形热源或面形热源。本发明还提供一种焊接装置，所述装置包括所述的热源和焊炬；所述热源的M个钨极同时设置在焊炬内。本发明的有益效果，本发明为一种以钨极氩弧为基础的热源，采用多个钨电极来实施，可以形成线热源或面热源。本发明的优点是采用多个钨极，最少用三个电源即可实现，电弧在多个钨极之间切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，因此对每个钨极而言，只有很少一部分时间燃弧，其余时间钨极冷却，钨极的电流承载能力将大大提高，可大幅度提高电弧能量。因为热源是线热源或面热源，所以对母材而言电弧的能量密度并不增加，因此可在保证稀释率的同时提高熔敷率，解决钨极氩弧堆焊的低熔敷率问题。附图说明图1为本发明的多钨极氩弧热源的原理示意图；图2为六个钨极呈直线排列形成线热源的示意图；图3为九个钨电极形成的面热源的示意图；图4为六个钨电极形成的环形面热源的示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。本实施方式的多钨极氩弧热源，包括N个焊接电源、N个切换开关、M个钨极和氩保护气；N、M均取大于等于3的正整数；每个焊接电源的负极连接一个或多个钨极，M个钨极排列成形，除了排列的第一个和最后一个钨极，其余钨极至少有两个相邻的钨极，相邻两个钨极的间距能够保证电弧传递，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源；M个钨极位于母材的上方；每个焊接电源的正极通过一个切换开关连接母材；氩保护气分布在钨极与母材之间。本实施方式采用多个钨极排列出热源的形状，最少用三个焊接电源控制钨极的供电，一个切换开关控制一个焊接电源的焊接回路的通断，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源，例如：利用第一个焊接电源对第一个钨极通电，在第一个钨极与母材之间加一个电弧，第一个钨极进行电弧燃烧，利用第二个焊接电源对与第一个钨极相邻的第二个钨极通电，第一个钨极的电弧传递给第二个钨极，只有一个电弧在燃烧，电弧切换的瞬间有一个或两个电弧在燃烧，再利用第三个焊接电源对与与第二个钨极相邻的第三个钨极通电，第二个钨极的电弧传递给第三个钨极，……，按照这样的顺序，电弧传递到最后一个钨极，最后一个钨极再继续传递，电弧在多个钨电极之间切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，因此对每个钨电极而言，只有很少一部分时间燃弧，其余时间钨电极冷却，钨电极的电流承载能力将大大提高，可大幅度提高电弧能量。本实施方式可以根据工艺的要求，选择钨极排列组成需要的形状，所以对母材而言电弧的能量密度并不增加，因此可在保证稀释率的同时提高熔敷率，解决钨极氩弧堆焊的低熔敷率问题。优选实施例中，本实施方式的M个钨极排列成线形，形成线热源：包括直线和曲线。优选实施例中，本实施方式的M个钨极排列成面形，形成面热源。优选实施例中，本实施方式的M个钨极排列成圆形，形成环形面热源。优选实施例中，由于钨极之间的电弧切换是否成功很大程度上依赖于钨电极间距，本实施方式使相邻两个钨极间的间距均相同。优选实施例中，本实施方式的切换开关具有设定频率的通断、且能通过百安培数量级的电流。每个焊接电源与多个钨电极形成焊接回路，在每个焊接回路中串联切换开关，可以设定频率控制回路的通断，来控制电弧的切换，为了保证热源分布均匀及能量，要保证切换开关的切换频率。优选实施例中，焊接电源具有陡特性。因为在引弧时需要高一点的电压，引弧以后电弧的电压大幅度下降。如果焊接电源和普通电源特性一样，容易造成电源短路，不能调整热源电流，还会使焊接电源过热，严重时烧掉。所以焊接电源采用改变调整初次级间耦合程度的办法来调整其输出特性，使次级拉弧以后焊接电源输出电压大幅度下跌而初级电流并不需要按变比增加，实现电压陡降。本实施方式还提供一种热源控制方法，包括：通过切换开关的控制，使电弧在M个钨极中切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，获得线形热源或面形热源。本实施方式还提供一种焊接装置，包括本实施方式所述的热源和焊炬；所述热源的M个钨极同时设置在一个焊炬内。焊炬要保证：连接同一焊接电源的钨极间电气相通，连接不同焊接电源的钨极间电气绝缘。由于钨极之间的电弧切换是否成功很大程度上依赖于钨电极间距，因此设计焊炬时要保证钨电极间的间距相同。实施例1：如图1和图2所示，本实施例的热源包括三个焊接电源、三个切换开关、六个钨极和氩保护气；六个钨电极呈直线排布，分别用数字1～6表示；使用三个电源，分别用A、B、C表示；1号和4号钨极连接焊接电源A，2号和5号钨极连接焊接电源B，3号和6号钨极连接焊接电源C；本实施例中钨极间距1-6mm，焊接电流30-500A，切换开关的切换频率1～1000Hz，钨极与母材间距为2～6mm；热源工作时，切换开关使电源A的焊接回路通电，电弧先在1号钨极燃弧，然后切换开关使电源B的焊接回路通电，电弧从1号切换到2号钨极，切换开关使电源A的焊接回路断电，接着电源C的焊接回路通电，电弧从2号切换到3号钨极，以设定的频率依次切换到6号钨极，再从6号钨极依次切换到1号钨极。通过电弧在多个钨极间切换，将钨极氩弧的点热源扩展成线热源。因为电弧在六个钨极之间切换，对每个钨极而言，只有六分之一的时间在燃弧，其余时间钨电极冷却，因此钨电极的电流承载能力大大提高，电弧能量大大提高，而作用在母材上的能量密度不增加，稀释率不增大。实施例2：如图3所示，本实施例的热源包括三个焊接电源、三个切换开关、九个钨极和氩保护气；九个钨电极呈3*3阵列排布，分别用数字1～9表示；使用三个电源，分别用A、B、C表示；1号、4号和7号钨极连接焊接电源A，2号、5号和8号钨极连接焊接电源B，3号、6号和9号钨极连接焊接电源C；本实施例中钨极间距1-6mm，焊接电流30-500A，切换开关的切换频率1～1000Hz，钨极与母材间距为2～6mm；热源工作时，切换开关使电源A的焊接回路通电，电弧先在1号钨极燃弧，然后切换开关使电源B的焊接回路通电，电弧从1号切换到2号钨极，切换开关使电源A的焊接回路断电，接着使电源C的焊接回路通电，电弧从2号切换到3号钨极，以设定的频率依次切换到9号钨电极，再从9号钨极依次切换到1号钨极，通过电弧在多个钨极间切换，将钨极氩弧的点热源扩展成面热源。因为电弧在九个钨极之间切换，对每个钨极而言，只有九分之一的时间在燃弧，其余时间钨电极冷却，因此钨电极的电流承载能力大大提高，电弧能量大大提高，而作用在母材上的能量密度不增加，稀释率不增大。实施例2：如图4所示，本实施例的热源包括三个焊接电源、三个切换开关、六个钨极和氩保护气；六个钨电极呈圆形排布，分别用数字1～6表示；使用三个电源，分别用A、B、C表示；1号和4号钨极连接焊接电源A，2号和5号钨极连接焊接电源B，3号和6号钨极连接焊接电源C；本实施例中钨极间距1-6mm，焊接电流30-500A，切换开关的切换频率1～1000Hz，钨极与母材间距为2～6mm；热源工作时，切换开关使电源A的焊接回路通电，电弧先在1号钨极燃弧，然后切换开关使电源B的焊接回路通电，电弧从1号切换到2号钨极，切换开关使电源A的焊接回路断电，接着使电源C的焊接回路通电，电弧从2号切换到3号钨极，以设定的频率依次切换到6号钨极，再从6号钨极依次切换到1号钨极。通过电弧在多个钨极间切换，将钨极氩弧的点热源扩展成环形面热源。因为电弧在六个钨极之间切换，对每个钨极而言，只有六分之一的时间在燃弧，其余时间钨电极冷却，因此钨电极的电流承载能力大大提高，电弧能量大大提高，而作用在母材上的能量密度不增加，稀释率不增大。虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

权利要求：1.一种多钨极氩弧热源，其特征在于，所述热源包括N个焊接电源、N个切换开关、M个钨极和氩保护气；N、M均取大于等于3的正整数；每个焊接电源的负极连接一个或多个钨极，M个钨极的端面排列成线形或面形，相邻两个钨极的间距能够保证电弧传递，相邻三个钨极分别连接不同的焊接电源；M个钨极位于母材的上方；每个焊接电源的正极通过一个切换开关连接母材；氩保护气分布在钨极与母材之间。2.根据权利要求1所述的多钨极氩弧热源，其特征在于，所述切换开关能以设定频率通断、且能通过百安培数量级的电流。3.根据权利要求2所述的多钨极氩弧热源，其特征在于，焊接电源具有陡特性。4.权利要求1、2或3所述的一种多钨极氩弧热源的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：通过切换开关的控制，使电弧在M个钨极中切换，任意时刻只有一个电弧在燃烧，获得线形热源或面形热源。5.一种焊接装置，其特征在于，所述装置包括权利要求1、2或3所述的热源和焊炬；所述热源的M个钨极同时设置在焊炬内。

百度查询： 哈尔滨工业大学 一种多钨极氩弧热源、控制方法及焊接装置

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