一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法与流程

本技术涉及铝合金焊接的，尤其是涉及一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法。

背景技术：

1、目前，铝合金火箭贮箱是运载火箭的核心结构件，通常由前后箱底与若干筒段通过多条环形对接焊缝依次对接焊接而成。环形对接焊缝的质量直接关系到贮箱整体的结构强度与飞行安全性，因此要求焊缝可靠牢固、搭接接头质量稳定、焊缝尺寸均匀且焊缝性能满足标准要求。

2、等离子弧焊接因其能量密度高、熔深大的特点，被广泛应用于铝合金火箭贮箱筒段的环形对接焊接中。然而，在等离子环缝焊接过程中，起弧与收弧搭接区域的焊缝过渡成形质量不稳定，搭接处易出现烧穿或未完全熔合等缺陷，导致该区域往往需要铣削刨除后进行手工修补，不仅降低了焊接效率，也影响了接头的可靠性。

3、经分析，起收弧搭接区域焊缝成形质量不稳定的根本原因在于：起弧阶段，焊接电流和离子气流量需要快速升高以建立等离子小孔并实现穿透，但热输入升高过快会导致起弧点母材过热烧穿或熔池翻腾；而收弧阶段，需要逐渐降低热输入以闭合小孔并完成填充，但热输入降低过快会导致小孔未完全闭合而形成缩孔或未熔合缺陷。即，起弧阶段对热输入“快速升高”的需求与“避免烧穿”之间存在矛盾，收弧阶段对热输入“平缓降低”的需求与“保证小孔闭合”之间存在矛盾，焊接参数在起弧和收弧阶段对热输入的要求存在根本对立。

4、因此，亟需一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法。

技术实现思路

1、为了提高铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接区域焊缝的成形质量稳定性，本技术提供一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法。

2、本技术提供的一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法，采用如下的技术方案：

3、一种铝合金贮箱等离子环缝焊接起收弧搭接控制方法，包括以下步骤：

4、s1、提供环形筒段，将两个所述环形筒段组对固定，以使两个所述环形筒段之间形成对接焊缝，并对所述对接焊缝进行焊前处理；

5、s2、对所述对接焊缝进行等离子环缝焊接，焊接过程中对焊接参数进行分段控制，所述分段控制包括沿所述对接焊缝的焊接方向依次设置的多个焊接控制段，多个所述焊接控制段至少包括起弧段、穿孔段、焊接段、填弧坑段、收小孔段和收弧段，针对每个所述焊接控制段，独立设定该所述焊接控制段的焊接电流、离子气流量、焊接速度和送丝速度中的至少一者的参数值；

6、其中，在所述起弧段中，焊接电流和离子气流量从初始值逐步升高以对焊缝起弧点进行预热；在所述穿孔段中，焊接电流和离子气流量继续升高至实现等离子小孔穿透所述环形筒段；所述焊接段以预设参数维持主体焊接；在所述填弧坑段中，通过调节焊接电流和/或离子气流量实现对所述对接焊缝在焊接方向上的所述起弧段与所述收弧段的背面熔透区域平缓衔接过渡；在所述收小孔段中，通过调节焊接电流、焊接速度、离子气流量和送丝速度实现等离子小孔闭合；所述收弧段降至熄弧参数，且其离子气流量小于所述焊接段的离子气流量。

7、通过采用上述技术方案，通过对焊接参数进行分段控制，将起弧至熄弧的完整焊接过程划分为多个独立的焊接控制段，每个段独立设定焊接参数，实现了焊接电流、离子气流量、焊接速度和送丝速度等关键工艺参数的分段独立控制与协同配合。起弧段至穿孔段通过焊接电流和离子气流量的逐步升高实现等离子小孔的平稳穿透，避免了快速穿透或熔池翻腾的问题。焊接段以稳定参数维持主体焊接质量；填弧坑段至收小孔段通过参数的精细调节实现了焊缝背透首尾的平缓衔接过渡以及等离子小孔的有序闭合，有利于维持焊接过程中电弧的稳定性；收弧段通过降低离子气流量避免了焊缝产生缩孔、裂纹等缺陷，从而提高了起收弧搭接区域的焊缝成形质量和焊接接头的可靠性。

8、可选的，在多个所述焊接控制段中：

9、所述起弧段中，焊接电流从初始值逐渐升高，以低于所述焊接段的离子气流量的起弧离子气流量对焊缝起弧点进行预热；

10、所述穿孔段中，同步增大焊接电流、离子气流量和焊接速度，以穿透所述环形筒段并形成等离子小孔，当等离子小孔形成后开始送丝；

11、所述焊接段中，维持预设焊接参数对所述对接焊缝的主体焊接；

12、所述填弧坑段中，焊接电流和离子气流量中的至少一者大于所述焊接段中的对应参数值，使所述对接焊缝在焊接方向上的所述起弧段与所述收弧段的背面熔透区域平缓衔接过渡；

13、所述收小孔段中，降低焊接电流、焊接速度和离子气流量，同时增加送丝速度，实现等离子小孔的闭合；

14、所述收弧段中，以第二离子气流量供气并降低焊接电流、焊接速度和送丝速度至熄弧，所述第二离子气流量小于所述焊接段的离子气流量。

15、通过采用上述技术方案，将焊接过程细化为六个功能明确的焊接控制段，各段具有不同的参数控制策略：起弧段通过小离子气流量和缓慢升高的电流实现焊缝起弧点的预热，提高基础温度，为后续平稳穿透奠定基础；穿孔段通过逐步增大焊接电流、离子气流量和焊接速度实现等离子小孔的稳定成型；焊接段维持稳定参数确保整圈环缝的主焊接质量；填弧坑段通过适当增大焊接电流或离子气流量实现环焊缝背透首尾的平缓衔接过渡；收小孔段通过降低焊接电流和焊接速度、较大程度降低离子气流量并快速增加送丝速度，实现等离子小孔的快速闭合且不影响焊缝外观和内部质量；收弧段通过较小的离子气流量避免产生等离子小孔并实现电弧的缓慢熄灭，各段参数之间合理匹配、协同配合，实现了环形焊缝搭接头的焊接参数的平稳过渡控制。

16、可选的，所述焊接电流采用变极性等离子方式施加，在所述起弧段、所述穿孔段、所述焊接段、所述填弧坑段、所述收小孔段和所述收弧段中，正向电流持续时间与反向电流持续时间的比值保持相同。

17、通过采用上述技术方案，采用变极性等离子方式进行焊接，利用正向电流实现工件的充分熔透，利用反向电流破碎铝合金表面氧化膜并实现阴极清理，各焊接控制段中正向电流与反向电流的时间比保持一致，有利于提高焊接过程中电弧的稳定性和阴极清理效果的均匀性，避免了因极性比例变化导致的焊缝成形不一致问题，有利于提高搭接区域焊缝质量的均匀性。

18、可选的，所述穿孔段的持续时间与所述环形筒段的壁厚正相关；所述穿孔段中，焊接电流的终止值与所述焊接段中的焊接电流值相同。

19、通过采用上述技术方案，穿孔段的持续时间与壁厚正相关，确保不同壁厚规格的环形筒段均能获得充分的穿孔时间，实现等离子小孔的稳定成型；穿孔段中焊接电流的终止值与焊接段中的焊接电流值相同，实现了穿孔段向焊接段的无级平滑过渡，避免了因电流突变导致的焊缝形貌不均匀问题，有利于保证搭接区域焊缝成形质量的稳定性。

20、可选的，所述收小孔段中，在相同持续时间内，所述离子气流量的降低幅值大于所述焊接电流和所述焊接速度的降低幅值，所述送丝速度的增加幅值大于所述焊接电流的降低幅值。

21、通过采用上述技术方案，收小孔段中离子气流量的降低速率大于焊接电流和焊接速度的降低速率，确保等离子穿透力快速衰减的速度快于熔化能力的下降速度，使小孔能够快速闭合而非缓慢塌陷；同时送丝速度的增加速率大于焊接电流的降低速率，确保在电流仍能提供充分熔化能力的条件下，快速增加的送丝量能充分填充熔合并快速缩小的等离子小孔，实现了小孔闭合与焊缝填充的合理匹配，有效避免了收弧时出现缩孔、裂纹等缺陷，同时保证了搭接区域焊缝的熔透熔深和外观形貌质量。

22、可选的，当所述环形筒段的壁厚达到使所述收小孔段终止后直接过渡至所述收弧段会导致焊缝截面收缩缺陷的厚度以上时，在所述收小孔段与所述收弧段之间增设搭接过渡段，所述搭接过渡段中焊接电流从所述收小孔段终止时的焊接电流值逐渐降低至所述收弧段的起始焊接电流值，离子气流量和焊接速度保持不变。

23、通过采用上述技术方案，当环形筒段的壁厚较大时，收小孔段终止后直接过渡至收弧段会导致焊缝出现“掐腰”缺陷，即焊缝截面突然收缩变窄。通过在收小孔段与收弧段之间增设搭接过渡段，使焊接电流在该段中缓慢降低，而离子气流量和焊接速度保持不变，实现了焊接电流从高值到低值的平缓过渡，有效消除了大壁厚规格下收小孔段与收弧段之间的焊缝“掐腰”问题，保证了厚板规格搭接区域焊缝成形质量的均匀性和一致性。

24、可选的，所述穿孔段可设置一个或多个依次衔接的穿孔子阶段，所述搭接过渡段可设置一个或多个依次衔接的过渡子阶段；所述穿孔段中穿孔子阶段的数量和所述搭接过渡段中过渡子阶段的数量可独立调整。

25、通过采用上述技术方案，穿孔段和搭接过渡段的数量可独立调整，使得焊接控制段的总数能够根据实际焊接需要进行灵活增减，为不同壁厚规格、不同材质组合的环形筒段焊接提供了更大的参数调节空间，进一步提高了搭接控制方法的通用性和适应性，能够更精确地实现不同工况下的起收弧搭接控制。

26、可选的，当所述环形筒段的壁厚满足设定条件而增设所述搭接过渡段时，所述收小孔段终止时的焊接电流值等于所述搭接过渡段起始时的焊接电流值，所述搭接过渡段终止时的焊接电流值等于所述收弧段起始时的焊接电流值。

27、通过采用上述技术方案，收小孔段、搭接过渡段和收弧段三者之间的焊接电流首尾相接、连续过渡，避免了段间电流突变导致的电弧不稳和焊缝成形缺陷，确保了搭接过渡段引入后整个收弧过程的电流连续性和平稳性，进一步提高了大壁厚规格搭接区域焊缝的成形质量。

28、可选的，所述填弧坑段在焊接至距起弧点预设距离时启动，所述预设距离根据所述环形筒段的壁厚确定，且所述填弧坑段、所述收小孔段和所述收弧段沿焊接方向所覆盖的焊缝区域与所述起弧段所覆盖的焊缝区域形成重叠搭接区。

29、通过采用上述技术方案，填弧坑段的启动时机根据壁厚确定，确保不同壁厚规格下均有足够的搭接长度实现背面熔透区域的平缓衔接；填弧坑段、收小孔段和收弧段与起弧段形成重叠搭接区，使收弧侧的焊接热输入和填充金属能够充分覆盖起弧段的初始焊缝区域，有效消除了搭接处的未熔合、凹坑等缺陷，提高了搭接接头的可靠性。

30、可选的，所述起弧段中，起弧离子气流量小于所述穿孔段的离子气流量且小于所述焊接段的离子气流量；所述起弧段保持送丝暂停状态；焊接电流从初始值逐渐升高，且起弧段的焊接电流升高速度低于穿孔段的焊接电流升高速度。

31、通过采用上述技术方案，起弧段以小于穿孔段和焊接段的离子气流量配合暂停送丝，在焊缝起弧点建立稳定的预热电弧而不形成等离子小孔，避免了起弧瞬间离子气流量过大导致的气流紊乱和熔池翻腾；焊接电流以低于穿孔段的速度缓慢升高，使起弧点母材温度逐步上升，为穿孔段的快速穿透建立了均匀的温度基础，有效防止了起弧点烧穿或未熔合缺陷。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、1.通过对焊接参数进行多段式分段精确控制，各焊接控制段独立设定焊接电流、离子气流量、焊接速度和送丝速度等参数，实现了起弧至熄弧全过程的精确协同控制，有效解决了起收弧搭接区域焊缝成形质量不稳定的技术问题，显著提高了搭接接头的焊接质量和焊接效率；

34、2.起弧段通过小离子气流量和缓慢升高的电流实现预热，穿孔段通过逐步增大参数实现小孔平稳成型，填弧坑段通过适当增大参数实现背透首尾平缓衔接，收小孔段通过离子气流量的快速降低与送丝速度的快速增加实现小孔精确闭合，各段参数协同配合，确保了搭接区域焊缝的熔透熔深和外观形貌质量；

35、3.针对大壁厚规格，通过在收小孔段与收弧段之间增设搭接过渡段并保持焊接电流首尾连续，有效消除了焊缝截面收缩缺陷；通过根据壁厚确定填弧坑段启动时机并形成重叠搭接区，确保了起收弧背面熔透区域的平缓衔接；通过起弧段小离子气流量、暂停送丝和缓慢升流的协同控制，为后续穿孔建立了均匀温度基础，进一步提高了搭接区域焊缝的成形质量和接头可靠性。