铝合金感应热丝系统应用和优化

1、铝合金感应热丝系统应用和优化摘要：构建了铝合金超音频及高频感应热丝系统， 实现了铝合金感应热丝系统的稳定应用。通过采用最高振荡 频率为1. 1 mhz的高频感应电源，解决了超音频感应热丝系 统无法有效加热直径为1.2 mm铝合金焊丝的问题，实现了 1. 6 mni和1. 2 mill不同直径铝合金焊丝在02 m/min的送丝 速度内的有效稳定加热。对比了超音频及高频感应热丝系统 不同直径焊丝温度随感应电流的变化曲线，并对相关现象进 行了解释和分析。关键词：铝合金；感应加热；热丝abstract： ultrasonic and high frequency induetion hot wire

2、systems of aluminum alloy were developed in this study. by using a high frequency induetion heating power with 1. 1 mhz frequency instead of the ultrasonic heating power, the 1 2 mm aluminum welding wire could be heated to a satisfactory temperature. besides, both the aluminum welding wire with the

3、diameter of 1. 6 mm and 1. 2 mm could be heated steadily and effectively at 0 2 m/min wire feeding rate furthermore , the differences of wire temperature-induction heating current relationships between the two heating systems were compared and discussed.key words： aluminum alloy, indution heating, h

4、ot wire0前言传统的tig焊电弧稳定、无飞溅，焊缝质量高，一直是 焊接关键或精密部件的重要焊接方法。人们提出了热丝tig 焊来进一步提高焊接效率、调整焊缝热输入、改善焊缝质量。 热丝tig焊接方法于上世纪50年代兴起，并在80年代逐步 广泛应用于工业领域。它保持了传统tig焊接方法电弧稳定、 焊缝成形美观、焊接品质优异、焊区清洁等优点，并在此基 础上，通过预热焊丝提高了电弧能量在形成焊缝上的利用 率、增大了熔敷效率、提高了焊接速度，进而成为一种保证 质量的高效焊接方法1-3 o至今，研究人员已经开发了多 种热丝技术，包括电阻热丝、电弧热丝与高频感应热丝 4-6 o其中电阻热丝应用最广，发

5、展也最为成熟。但其应 用多局限于高电阻率的材料，而且直流电阻热丝还会造成电 弧磁偏吹现象；电弧热丝方法通过将焊丝连接电极，引弧加 热，设备简单、成本低，不存在磁偏吹和高频；适用于所有 材质的焊丝，但加热处伴随弧光产生，且一旦送丝出现不畅, 电弧会将焊丝直接烧断；高频感应热丝技术利用高频感应加 热电源配合合适的感应加热线圈，在焊丝上形成高密度的涡 流，从而达到加热焊丝的目的，该方法效率高，适用于各种 金属材质的焊丝，没有旁路电流磁场干扰，消除了磁偏吹现 象，是一种具备广泛应用前景的热丝技术6。但自从该项 技术提出以来，一直没有得到广泛应用和推广。本文在已有感应热丝理论的基础上，通过一系列计算与

6、实验，构建超音频及高频感应热丝系统，使不同送丝速度下 不同直径的铝合金焊丝都能够被加热到预期温度，为感应热 丝技术的良好应用奠定基础。1实验材料与设备本实验选用er1100商用纯铝焊丝，直径为4)1.6 mm与 ©1.2 mm,化学成分见表1。加热设备为：深圳双平电源 技术有限公司生产的sp-15自控型超音频感应加热设备，加 热电流范围200600 a,功率15 kw,振荡频率为3080 khz； 深圳双平电源技术有限公司的spg-06b-iii高频感应加 热电源，振荡频率5001 100 khz,功率6.6 kwo感应线 圈为紫铜材质，线圈匝数根据具体情况而定。采用数显热电 偶测温

7、仪测量加热后的焊丝温度。2实验过程、结果与分析2. 1超音频感应加热系统构建及加热效果分析根据之前的研究结果6,采用sp-15a超音频感应加热 电源结合21匝加热线圈构建热丝系统，如图1所示。线圈 采用较小电阻的紫铜管制成，可减少电阻产热与电能消耗； 线圈外用电木作为套筒，起到绝缘、连接与固定的作用；线 圈中套入石英管将焊丝与线圈隔离并通入氫气保护，以防止 焊丝在加热过程中氧化；送丝嘴采用不锈钢制成，最大程度 地减少焊丝由线圈送出后的散热。热丝系统构建完成后，分别测量了 ei.6mm与ei.2mm 焊丝送丝速度为1 m/min时的加热效果。如图2所示，焊丝 温度随感应加热电流的增大而线性增加。

8、对于直径为1. 6 mm 的纯铝焊丝，焊丝温度可达到450 9以上，已经完全满足热 丝tig焊的要求；而直径1.2 mm焊丝温度随感应电流的增 加变化幅度很小，以至于当感应电流增加到设备许用电流极 限时，焊丝温度只能达到180 °c左右，加热效果不能令人满 意。对比图4a与图4b可见，“ 1.2 mm焊丝的预热温度随感 应加热电流变化幅度与4)1.6 mm焊丝的变化幅度相比要略 高一些；而对于超音频热丝系统，图2显示© 1.6 mm焊丝 的预热温度随感应加热电流变化幅度与4>1. 2 mm焊丝的变 化幅度相比要高很多。分析认为，焊丝预热是产热与散热结 合的过程，在对感

9、应加热系统优化之前，sp-15电源能提供 的感应频率较低，且均低于两种焊丝加热到450 °c的临界频 率，产热效率相对低，相当于落在文献7中极限频率与加 热效率关系图的“线性上升区间”，故此时产热作为影响二 者的主导因素。根据前文分析，由于感应频率更接近临界频 率，<h.6 mm焊丝产热效率高于1.2 mm焊丝，而使用spg-06b-iii高频感应电源提供的感应频率较高，远高于两 种焊丝的预热临界频率，因而加热效率情况相当于落在极限 频率与加热效率关系图的“平缓区间”，此时产热效率几乎 一致，则散热应该占主要地位，显然，d 1.6 mm焊丝散热面 积大于巾1.2 mm焊丝，故其

10、温度随加热电流变化幅度要略 低。3结论(1) 使用sp-15超音频感应加热设备配合21匝线圈可 将dl. 6 mm纯铝焊丝加热至450°c以上，可以满足使用要求; 但在设备许用电流范围内只能将4)1.2 mm纯铝焊丝加热至 18ctc左右，加热效果不理想。(2) 改用spg-06b-iii高频感应加热电源配合4匝线 圈可同时满足在02 m/min焊接速度范围内4)1. 6 mm与 ei.2mm焊丝的热丝要求。与超音频热丝系统相比，热丝温 度随感应电流增加的变化幅度都有所提高。(3) 感应电源提供的感应电流频率与焊丝加热到某一 温度所需极限频率的关系决定了焊丝是否在一定电流范围 内能被

11、有效加热。高频热丝系统可同时满足两种焊丝加热极 限频率的感应频率，加热效果更好。参考文献1 陈裕川.热丝tig焊技术的新发展j.现代焊接,2008 (6)：9-14.2 shinozaki k, yamamoto m, mitsuhata m k, etal. bead formation and wire temperature distribution during ultra-high-speed gta welding using pulseheated hot-wirej welding in the world, 2011,55 (3-4)：12-18.3 hori k ,wata

12、nabe h , myoga t , et al.development of hot wire tig welding methods using pulsed current to heat filler wire research on pulse heated hot wire tig welding processesj welding international, 2004,18 (6)：456-468.：4赵福海，华学明，叶欣，等.热丝tig焊方法最新 研究进展j热加工工艺，2011,40 (3)：151-155.5 lv sx, tian xb, wang ht, et al. arc heatinghot wire assisted arc welding technique for low resistance welding wirej. science and technology of welding and joining, 2007,12(5)：431-435.6 范成磊，梁迎春，杨春利，等.铝合金高频感应热丝tig焊接方法j.焊接学报，2006,27 (7)：49-52.7 semiatin s l.