專利名稱：空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在金屬基體上的特種焊接技術(shù)，特別是一種采用感應(yīng)及旋轉(zhuǎn)電弧復(fù)合熱 源的在空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法。
背景技術(shù)：
在兵器裝甲車輛車體和炮塔內(nèi)、外部；船體船艙中；各種壓力容器內(nèi)外壁、及其它 領(lǐng)域均廣泛應(yīng)用金屬基體與鋼、鋁、不銹鋼螺柱的焊接，許多螺柱采用了空心結(jié)構(gòu)或是 金屬基體上焊接螺母。目前對于空心螺柱或螺母的焊接通常采用手工電弧焊、半自動氣 體保護(hù)焊方法，國外個別知名研究機(jī)構(gòu)針對小直徑不銹鋼螺母開發(fā)了旋轉(zhuǎn)電弧螺柱焊， 對于空心鋼螺柱、鋁螺柱和中大直徑不銹鋼空心螺柱與鋼基體的連接目前尚無有效的螺 柱焊接工藝方法和裝備。隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，空心螺柱的使用率越來越高，需要快 速、高質(zhì)量、高可靠、操作簡便的螺柱焊接工藝方法，以滿足現(xiàn)代化制造業(yè)的發(fā)展。
手工電弧焊接螺柱工藝是采用焊條和弧焊電源、由焊工運(yùn)條、送進(jìn)、人工旋轉(zhuǎn)一周 進(jìn)行焊接的一種工藝方法，半自動熔化極氣體保護(hù)焊接螺柱方法采用C02、 Ar或Ar十 C02混合氣保護(hù)，由焊槍自動送進(jìn)焊絲、人工移動焊槍一周進(jìn)行焊接的一種工藝方法， 手工電弧和半自動氣體保護(hù)焊接螺柱雖具有操作簡單，適用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但在焊接 空心螺柱時都存在焊接結(jié)合面積少、強(qiáng)度低、焊接內(nèi)部存在缺陷、焊縫外觀成形難看、 效率特別低下等缺點(diǎn)。
普通電弧螺柱焊和電容儲能電弧螺柱焊要求螺柱頂部制成尖端，該尖端和金屬基體 之間由焊接電源供電產(chǎn)生瞬間電弧，熔化尖端并在壓力作用下形成焊接接頭，而空心螺 柱不可能制成尖端，電弧只能在空心螺柱四周"壁"端產(chǎn)生電弧，電弧陽(陰)極位置 無法穩(wěn)定，電弧加熱極不均勻，不能形成合格穩(wěn)定的焊接接頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種能夠焊接高強(qiáng)、超高強(qiáng)基體金屬與黑色金屬螺柱、 不銹鋼基體與不銹鋼螺柱、鋁合金基體與鋁合金螺柱、黑色金屬基體與不銹鋼螺柱、不
3銹鋼基體與黑色金屬螺柱等，可焊接的基體金屬板厚范圍及空心螺柱螺母直徑范圍寬的 感應(yīng)與旋轉(zhuǎn)電弧復(fù)合熱源焊接空心螺柱的焊接方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為 一種空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，對空 心螺柱或螺母與不同厚度金屬板之間的連接，焊接初始時采用焊前感應(yīng)加熱機(jī)頭對待焊 位置進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)定溫度及時間時，引燃加熱電弧、同時感應(yīng)電源停止加熱，啟動 旋轉(zhuǎn)電弧控制器產(chǎn)生磁場，對電弧產(chǎn)生電磁力作用，形成整個電弧以軸線為繞空心螺柱 或螺母旋轉(zhuǎn)，均勻?qū)w金屬和空心螺柱或螺母加熱，待結(jié)合界面產(chǎn)生塑性流動并開始 熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷卻凝固，隨后啟動焊后感應(yīng)加熱機(jī)頭對接頭部位進(jìn) 行加熱，焊后對空心螺柱接頭緩冷。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是1、采用感應(yīng)+旋轉(zhuǎn)電弧復(fù)合熱源，其中采 用電磁場使"拉弧"圍繞螺柱壁旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)電弧，并均勻加熱螺柱壁，解決空心螺 柱(螺母)均勻熔合的難題，實現(xiàn)了空心螺柱與金屬基體的焊接；2、采用感應(yīng)熱源加 熱金屬基體，大幅度縮小了焊接時金屬基體與螺柱的溫度差，解決了單純旋轉(zhuǎn)"拉弧" 熱源焊接時，厚大金屬基體溫度偏低造成未熔合缺陷的難題；也解決了單純旋轉(zhuǎn)"拉弧" 熱源焊接時，螺柱溫度過高造成螺柱燒壞的缺陷；3、采用感應(yīng)熱源在旋轉(zhuǎn)拉弧產(chǎn)生前 加熱金屬基體，旋轉(zhuǎn)拉弧熄滅后加熱金屬基體與接頭，延緩了基體和接頭的冷卻速度， 解決了高強(qiáng)、高硬中厚鋼上焊接螺柱出現(xiàn)裂紋缺陷的難題


圖1是本發(fā)明的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法流程圖。
圖2是本發(fā)明的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法采用的裝置的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
結(jié)合圖1和圖2，焊接機(jī)頭[1]和焊后感應(yīng)機(jī)頭[2]可上下運(yùn)動，空心螺柱[5]和陶瓷 保護(hù)模焊前組裝于焊接機(jī)頭[l]的前端；焊前感應(yīng)機(jī)頭[6]可在水平方向作轉(zhuǎn)動、其安裝 高度距基體金屬[5]2-8mm;旋轉(zhuǎn)電弧電源[7]可使空心螺柱[5]與基體金屬[12]之間產(chǎn)生 電弧；旋弧控制器[10]控制旋弧驅(qū)動器[9]產(chǎn)生軸向磁場，該磁場的設(shè)計使電弧[13]的電子流受到指向中心的徑向作用力，電弧產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的軸線是空心螺柱[5]的中心 軸線；感應(yīng)電源[8]給感應(yīng)機(jī)頭[2]和感應(yīng)機(jī)頭[6]供電并控制其通斷；溫度檢測器[ll] 可檢測焊接區(qū)域的加熱溫度。
結(jié)合圖1和圖2，焊接機(jī)頭[l]上抬的同時，轉(zhuǎn)動感應(yīng)機(jī)頭[6]到指定位置，感應(yīng)電 源[8]控制感應(yīng)機(jī)頭[6]對待焊位置進(jìn)行加熱，同時由溫度檢測器[ll]檢測加熱部位，當(dāng) 達(dá)到預(yù)定溫度時，停止感應(yīng)機(jī)頭[6]的加熱，實現(xiàn)復(fù)合熱源中的感應(yīng)熱源對基體金屬[12] 的焊接部位進(jìn)行加熱，保持厚大基體金屬焊接部位的溫度；
其次，當(dāng)達(dá)到預(yù)定溫度時，停止感應(yīng)機(jī)頭[6]加熱并將其轉(zhuǎn)出焊接區(qū)域，同時焊接 機(jī)頭[l]下降與基體金屬短路后回抽，引燃空心螺柱[5]與基體[12]之間的電弧[13]，此 時啟動旋弧控制器[10]使旋弧驅(qū)動器[9]產(chǎn)生磁場，作為導(dǎo)電體電弧[13]中的電子流從 負(fù)極穿過磁場到達(dá)正極，電子流在磁場中受到電磁力的作用，電磁力始終指向電弧中線， 在該電磁力的作用下，電子流作圓周運(yùn)動，形成整個電弧以軸線為繞空心螺柱或螺母旋 轉(zhuǎn)，均勻?qū)w金屬和空心螺柱或螺母加熱子流作圓周運(yùn)動，形成整個電弧[13]以空心 螺柱[5]中心線為軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電弧[13]均勻?qū)w金屬[12]和空心螺柱[5]的焊接界面 加熱，使待焊界面產(chǎn)生塑性流動并開始熔化；，電弧[13]均勻加熱時間到，焊接機(jī)頭[l] 帶動空心螺柱[5]下壓并擠出部分熔化金屬，實現(xiàn)空心螺柱[5]和基體金屬[12]的焊接；
再次，焊接機(jī)頭[1]下壓并使空心螺柱[5]和基體金屬[12]實現(xiàn)連接并處于高溫狀態(tài)
時，感應(yīng)機(jī)頭[2]向下運(yùn)動至距基體金屬2-8mm，同時啟動感應(yīng)電源[8]控制感應(yīng)機(jī)頭[2]
對接頭部位進(jìn)行加熱，加熱實現(xiàn)溫度或時間控制，即采用溫度檢測器[U]檢測加熱部位
溫度或通過計時對感應(yīng)電源[8]進(jìn)行關(guān)斷，實現(xiàn)焊后對空心螺柱接頭進(jìn)行緩冷，保證了接
頭和基體金屬組織的性能，也可實現(xiàn)對接頭的熱處理。
下面以實施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的空心螺柱感應(yīng)與電弧復(fù)合熱源悍接方法。
實施例，結(jié)合圖1至2，以23mm直徑空心螺柱和45mm厚高強(qiáng)度中碳調(diào)質(zhì)鋼板為例。
將外徑為23mm、內(nèi)徑為16mm，長度為60mm的空心鋼螺柱預(yù)先裝夾在焊接機(jī)頭 [l]上，感應(yīng)機(jī)頭[6]調(diào)整到距工件表面5mm高度，在空心螺柱[5]前端裝夾有陶瓷保護(hù)模[5-2]，此時焊接機(jī)頭[1]及感應(yīng)機(jī)頭[2]均處于提升狀態(tài)。焊接開始，感應(yīng)機(jī)頭[6]轉(zhuǎn)到指 定焊接區(qū)域位置，感應(yīng)機(jī)頭[6]在感應(yīng)電源[8]控制下對待焊位置加熱，加熱功率18KW， 12秒，由溫度檢測器[ll]檢測加熱部位，當(dāng)達(dá)到350^C度時，此時加熱時間約10-15秒， 停止感應(yīng)機(jī)頭[6]的加熱并將其轉(zhuǎn)出焊接區(qū)域，同時焊接機(jī)頭[l]下降與基體金屬短路后 回抽，弓l燃空心螺柱[5]與基體[12]之間的電弧[13]，此時啟動旋弧控制器[10]使旋弧驅(qū)動 器[9]產(chǎn)生磁場，電弧[13]以空心螺柱[5]中心線為軸旋轉(zhuǎn)，8秒后，焊接機(jī)頭[l]帶動空心 螺柱[5]下壓并擠出部分熔化金屬，實現(xiàn)了空心螺柱[5]和基體金屬[12]的連接；在此高溫 狀態(tài)時，感應(yīng)機(jī)頭[2]向下運(yùn)動至距基體金屬5mm，同時啟動感應(yīng)電源[8]控制感應(yīng)機(jī)頭 [2]對接頭部位進(jìn)行加熱，加熱功率15kw， 20秒后，進(jìn)行關(guān)斷感應(yīng)電源[8]，實現(xiàn)了焊后 對空心螺柱接頭的緩冷。
權(quán)利要求
1、一種空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，其特征在于對空心螺柱或螺母與不同厚度金屬板之間的連接，焊接初始時采用焊前感應(yīng)加熱機(jī)頭對待焊位置進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)定溫度及時間時，引燃加熱電弧、同時感應(yīng)電源停止加熱，啟動旋轉(zhuǎn)電弧控制器產(chǎn)生磁場，對電弧產(chǎn)生電磁力作用，形成整個電弧以軸線為繞空心螺柱或螺母旋轉(zhuǎn)，均勻?qū)w金屬和空心螺柱或螺母加熱，待結(jié)合界面產(chǎn)生塑性流動并開始熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷卻凝固，隨后啟動焊后感應(yīng)加熱機(jī)頭對接頭部位進(jìn)行加熱，焊后對空心螺柱接頭緩冷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，其特征在于焊接 過程結(jié)束后，采用溫度檢測器檢測加熱部位溫度，達(dá)到設(shè)定的溫度時，感應(yīng)電源關(guān)斷， 實現(xiàn)溫度控制，進(jìn)行焊后對空心螺柱接頭進(jìn)行緩冷及接頭的后熱處理。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，其特征在于 焊接過程結(jié)束后，采用時間控制器控制感應(yīng)電源關(guān)斷，實現(xiàn)時間控制，進(jìn)行焊后對空心 螺柱接頭進(jìn)行緩冷及接頭的后熱處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，其特征在于 焊接過程采用陶瓷成形?；蛟诤笜寖?nèi)壁通氣保護(hù)，陶瓷成形模依靠焊接機(jī)頭套在空心螺 柱上，保護(hù)氣體通過焊接機(jī)頭內(nèi)部氣路由空心螺柱內(nèi)的空腔噴出，對空心螺柱焊接接頭 內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法，其特征在于 采用的保護(hù)氣體為純氬氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空心螺柱復(fù)合旋轉(zhuǎn)弧熱源焊接方法。焊前感應(yīng)加熱機(jī)頭對待焊位置加熱，達(dá)到預(yù)定溫度及時間時，引燃加熱電弧、同時感應(yīng)電源停止加熱，啟動旋轉(zhuǎn)電弧控制器產(chǎn)生磁場，對電弧產(chǎn)生電磁力，形成整個電弧以軸線為繞空心螺柱或螺母旋轉(zhuǎn)，均勻?qū)w金屬和空心螺柱或螺母加熱，待結(jié)合界面產(chǎn)生塑性流動并開始熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷卻凝固，隨后啟動焊后感應(yīng)加熱機(jī)頭對接頭部位加熱，焊后對空心螺柱接頭緩冷。本發(fā)明采用感應(yīng)與旋轉(zhuǎn)電弧復(fù)合熱源，解決空心螺柱、螺母均勻熔合的難題，實現(xiàn)了空心螺柱與金屬基體的焊接；采用感應(yīng)熱源加熱金屬基體，大幅度縮小了焊接時金屬基體與螺柱的溫度差，消除螺柱溫度過高造成螺柱燒壞的缺陷。
文檔編號B23K9/20GK101468420SQ20071019199
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者進(jìn) 余, 馮曰海, 琦 周, 張德庫, 王克鴻, 顧民樂, 俊 黃 申請人:南京理工大學(xué)