一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法，通過(guò)抽氣裝置對(duì)低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔進(jìn)行抽氣處理，使位于中心負(fù)壓腔中的穿透電弧的尾焰和穿孔熔池的背面處在以氬氣氛圍的負(fù)壓狀態(tài)，使穿孔熔池形成從熔池正面指向背面的壓力梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)穿透電弧于熔池正面的挺度和電弧穩(wěn)定性，并在不改變穿孔熔池正面受力分布和溫度梯度的前提下提高穿透電弧的穿孔能力。這種焊接裝置及方法不僅極大了增加了常規(guī)穿透電弧焊接工藝的可焊厚度，而且通過(guò)維持熔池背面的負(fù)壓狀態(tài)，改善了穿孔焊接的焊縫背面成形。
【專利說(shuō)明】一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法，屬于焊接【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)向著大型化結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)，中、超厚板的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此，對(duì)于焊接方法的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)上的焊接方法已經(jīng)很難滿足此類焊接的要求。對(duì)于壓力容器、鍋爐、鐵軌、艦艇等厚壁金屬結(jié)構(gòu)的制造和大型工程建造現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，大量厚板接頭普遍采用大坡口多層多道MAG/MIG焊或埋弧焊，隨著焊接結(jié)構(gòu)板厚的不斷增力口，上述方法已經(jīng)表現(xiàn)出了很大的局限性和不適用性。最突出的表現(xiàn)就是由于厚板坡口面積的急劇增大而導(dǎo)致了焊接工作量成倍增加，消耗焊材多，生產(chǎn)效率低，焊接成本高。并且還會(huì)引起一些焊接缺陷如熱輸入量大、晶粒粗大、熱影響區(qū)寬、焊接接頭力學(xué)性能低和裂紋坐寸ο
[0003]等離子弧焊作為三大高能束技術(shù)，在電弧的能量密度和指向性上與傳統(tǒng)的自由電弧相比有了明顯的改善，其高的能量密度和極強(qiáng)的電弧穿透力，對(duì)于厚板的焊接具有明顯的優(yōu)勢(shì)。穿孔等離子弧的能量密度介于激光焊與自由電弧之間，兼具了高能束與自由電弧的優(yōu)點(diǎn)，焊接變形小，單面焊雙面成型，成為了一種近乎無(wú)缺陷的焊接方法，而且設(shè)備的復(fù)雜程度與價(jià)格上與之激光、電子束相比，更有著明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，隨著焊接板厚的增加，對(duì)等離子弧的穿透能力要求也越來(lái)越高，小孔失穩(wěn)趨勢(shì)增加，在熱輸入與小孔的穩(wěn)定成形之間尋求一個(gè)較好的平衡是極其困難的，當(dāng)被焊工件厚度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，等離子弧將無(wú)法穿透被焊工件。等離子弧的穿孔穩(wěn)定性和在其焊接工藝方面進(jìn)一步提高焊接板厚的成為了亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有焊接方法的上述缺陷及不足，提供了一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種低背壓穿透電弧焊接裝置及方法。
[0005]一種低背壓穿透電弧焊接裝置，包括焊槍和低背壓保護(hù)裝置，其中，所述低背壓保護(hù)裝置包括敞口的中心負(fù)壓腔，其中所述低背壓保護(hù)裝置和所述焊槍位于焊接工件的兩偵牝并且在焊槍的電弧穿透所述焊接工件時(shí)，所述穿透電弧尾焰位于所述中心負(fù)壓腔中。
[0006]所述低背壓保護(hù)裝置還包括氬氣腔，所述氬氣腔位于中心負(fù)壓腔的周圍。
[0007]所述焊槍為能夠形成穿透電弧焊接的焊槍。
[0008]所述低背壓保護(hù)裝置為柱狀，其中，所述低背壓保護(hù)裝置的中心凹陷形成所述中心負(fù)壓腔，圍繞所述凹陷的外圍凹槽形成所述氬氣腔，其中所述低背壓保護(hù)裝置的底部設(shè)有與所述中心負(fù)壓腔連通的底部接口，所述低背壓保護(hù)裝置的外壁上設(shè)有與所述氬氣腔相連通的氬氣接口，并且所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔與所述焊接工件接觸，所述低背壓保護(hù)裝置外圍的氬氣腔與所述焊接工件留有1-10_的微量間隙。
[0009]所述焊接裝置還包括抽氣裝置、壓力釋放裝置、壓強(qiáng)顯示裝置、閥門和連接管，所述抽氣裝置、壓力釋放裝置和閥門通過(guò)所述連接管順次相連，并與所述低背壓保護(hù)裝置的底部接口相連通，構(gòu)成由所述抽氣裝置至所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔的氣體管路，所述壓強(qiáng)顯示裝置與所述壓力釋放裝置相連通。
[0010]所述低背壓保護(hù)裝置的外壁周圍均勻地設(shè)有所述氬氣接口。
[0011]一種使用所述低背壓穿透電弧焊接裝置的焊接方法，其特征在于:包括下述步驟:通過(guò)所述低背保護(hù)裝置外圍的氬氣接口向所述低背壓保護(hù)裝置的氬氣腔持續(xù)充入氬氣，打開所述閥門，連通所述抽氣裝置至所述低背壓保護(hù)裝置底部接口處的氣體管路，啟動(dòng)所述抽氣裝置，使所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔處于負(fù)壓狀態(tài)；由所述焊槍在所述焊接工件上產(chǎn)生穿透電弧，使穿孔熔池形成從熔池正面指向背面的壓力梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)穿透電弧于熔池正面的挺度和電弧穩(wěn)定性，并在不改變穿孔熔池正面受力分布和溫度梯度的前提下提高穿透電弧的穿孔能力。
[0012]焊接過(guò)程中所述焊槍和所述低背壓保護(hù)裝置始終處于所述焊接工件兩側(cè)相對(duì)位置，穿透電弧的尾焰始終處于所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔中。
[0013]本發(fā)明的工作原理如下所述:該種焊接裝置及方法在焊接工件的背面，與焊槍處于相對(duì)的位置處設(shè)有一個(gè)低背壓保護(hù)裝置，在焊接過(guò)程中，通過(guò)所述低背壓保護(hù)裝置的氬氣腔持續(xù)的氬氣供應(yīng)，排出所述低背壓保護(hù)裝置周圍的空氣，通過(guò)對(duì)存在于抽氣裝置至所述低背壓保護(hù)裝置的氣體管路進(jìn)行抽氣處理，使所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔處于負(fù)壓狀態(tài)，焊接過(guò)程中，所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔與焊接工件接觸(這里考慮到與所述焊接工件接觸可能有縫隙，但是由于中心負(fù)壓腔外圍的空氣被氬氣腔中流出的氬氣排走，因此，所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔處于氬氣氛圍的負(fù)壓狀態(tài)。)所述焊槍始終與所述低背壓保護(hù)裝置處于相對(duì)位置，穿透電弧的尾焰和穿孔熔池的背面始終處于所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔的負(fù)壓氬氣氛圍中，使穿孔熔池形成從熔池正面指向背面的壓力梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)穿透電弧于熔池正面的挺度和電弧穩(wěn)定性，并在不改變穿孔熔池正面受力分布和溫度梯度的前提下提高穿透電弧的穿孔能力。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的焊接裝置及方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易，通過(guò)低背壓保護(hù)裝置的作用，這種焊接裝置及方法不僅極大了增加了常規(guī)穿透電弧焊接工藝的可焊厚度，而且通過(guò)維持熔池背面的負(fù)壓狀態(tài)，改善了穿孔焊接的焊縫背面成形。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本焊接方法實(shí)施裝置的示意圖。
[0016]圖2是本焊接方法以穿孔等離子弧焊焊接工件的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的裝置示意圖。
[0017]圖3是所述低背壓保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0018]圖4是所述低背壓保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0019]圖5是所述低背壓保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0020]圖中:1、焊接電源及其控制系統(tǒng)，2、焊槍，3、焊接工件，4、抽氣裝置，5、導(dǎo)氣管路A，6、壓力釋放裝置，7、壓強(qiáng)顯示裝置，8、導(dǎo)氣管路B，9、閥門，10、導(dǎo)氣管路C，11、低背壓保護(hù)裝置，12、焊接電纜A，13、焊接電纜B，14、電弧，111、中心負(fù)壓腔，112、氬氣腔，113、底部接口，114、氬氣接口。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下參考附圖具體地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。如圖1所示為是本焊接方法實(shí)施裝置的示意圖，該低背壓穿透電弧焊接裝置主要包括焊接電源及其控制系統(tǒng)1、焊槍2、焊接工件3、抽氣裝置4、壓力釋放裝置6、壓強(qiáng)顯示裝置7、閥門9和低背壓保護(hù)裝置11，其中抽氣裝置4——導(dǎo)氣管路A5——壓力釋放裝置6——導(dǎo)氣管路B8——閥門9——導(dǎo)氣管路ClO——低背壓保護(hù)裝置11組成一路氣體管路，壓強(qiáng)顯示裝置7與壓力釋放裝置6相連通，焊接電源及其控制系統(tǒng)I——焊接電纜A12——焊接工件3—焊槍2——焊接電纜B13——焊接電源及其控制系統(tǒng)I，構(gòu)成一路電氣回路，該焊接方法有關(guān)焊槍必須的氣路和水路連接法都是常規(guī)接法，所以不再進(jìn)行說(shuō)明。
[0022]下面結(jié)合圖2至圖5，以穿孔等離子弧焊接為具體實(shí)例對(duì)該焊接裝置及方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0023]首先，將焊接工件3及相匹配的焊絲準(zhǔn)備就緒，等離子焊槍2處于焊接工件3的一側(cè)，距離焊接工件3合適位置，低背壓保護(hù)裝置11在焊接工件3的另一側(cè)，使低背壓保護(hù)裝置11的中心負(fù)壓腔111與等離子焊槍2處于相對(duì)中的位置，且中心負(fù)壓腔111的開口端與焊接工件3接觸，等離子焊槍必需的氣路和水路按照常規(guī)方法連接，確保抽氣裝置4——導(dǎo)氣管路A5—壓力釋放裝置6—導(dǎo)氣管路B8—閥門9—導(dǎo)氣管路ClO——低背壓保護(hù)裝置11這一路正確連接。然后，通過(guò)低背壓保護(hù)裝置11周圍的氬氣接口 114向氬氣腔112內(nèi)持續(xù)的充入氬氣，打開閥門9，啟動(dòng)抽氣裝置4，通過(guò)抽氣裝置4對(duì)由抽氣裝置4至低背壓保護(hù)裝置11底部接口 113的氣體管路進(jìn)行抽氣處理，使低背壓保護(hù)裝置11的中心負(fù)壓腔111處于氬氣氛圍的負(fù)壓狀態(tài)，通過(guò)壓強(qiáng)顯示裝置7可以觀測(cè)該氣體管路的壓強(qiáng)值，待達(dá)到預(yù)設(shè)的壓強(qiáng)值，啟動(dòng)焊接電源及其控制系統(tǒng)I，在焊接工件3上建立穿孔等離子電弧14。焊接過(guò)程中，可以另焊接工件3運(yùn)動(dòng)，等離子焊槍2與低背壓保護(hù)裝置11的中心負(fù)壓腔111始終處于相對(duì)中的位置，低背壓保護(hù)裝置11的中心負(fù)壓腔111為穿孔等離子弧和穿孔熔池的背面提供負(fù)壓的氬氣氛圍，使穿孔熔池形成從熔池正面指向背面的壓力梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)穿透電弧于熔池正面的挺度和電弧穩(wěn)定性，并在不改變穿孔熔池正面受力分布和溫度梯度的前提下提高穿透電弧的穿孔能力。
【權(quán)利要求】
1.一種低背壓穿透電弧焊接裝置，其特征在于:包括焊槍和低背壓保護(hù)裝置，其中所述低背壓保護(hù)裝置包括敞口的中心負(fù)壓腔，其中所述低背壓保護(hù)裝置和所述焊槍位于焊接工件的兩側(cè)，并且在焊槍的電弧穿透所述焊接工件時(shí)，穿透電弧的尾焰位于所述中心負(fù)壓腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于:所述低背壓保護(hù)裝置還包括氬氣腔，所述氬氣腔位于中心負(fù)壓腔的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于:所述焊槍為能夠形成穿透電弧焊接的焊槍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的裝置，其特征在于:所述低背壓保護(hù)裝置為柱狀，其中，所述低背壓保護(hù)裝置的中心凹陷形成所述中心負(fù)壓腔，圍繞所述中心凹陷的外圍凹槽形成所述氬氣腔，其中所述低背壓保護(hù)裝置的底部設(shè)有與所述中心負(fù)壓腔連通的底部接口，所述低背壓保護(hù)裝置的外壁上設(shè)有與所述氬氣腔相連通的氬氣接口，并且所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔與焊接工件接觸，所述低背壓保護(hù)裝置的氬氣腔與所述焊接工件留有1-10_的微量間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其特征在于:所述焊接裝置還包括抽氣裝置、壓力釋放裝置、壓強(qiáng)顯示裝置、閥門和連接管，所述抽氣裝置、壓力釋放裝置和閥門通過(guò)所述連接管順次相連，并與所述低背壓保護(hù)裝置底部接口相連通，構(gòu)成由所述抽氣裝置至所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔的氣體管路，所述壓強(qiáng)顯示裝置與所述壓力釋放裝置相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:所述低背壓保護(hù)裝置的外壁周圍均勻地設(shè)有所述氬氣接口。
7.一種根據(jù)使用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的裝置的焊接方法，其特征在于:包括下述步驟:通過(guò)所述低背保護(hù)裝置外圍的氬氣接口向所述低背壓保護(hù)裝置的氬氣腔持續(xù)充入氬氣，打開閥門，連通抽氣裝置至所述低背壓保護(hù)裝置底部接口的氣體管路，啟動(dòng)所述抽氣裝置，使所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔處于負(fù)壓狀態(tài)；由所述焊槍在所述焊接工件上產(chǎn)生穿透電弧，使穿孔熔池形成從熔池正面指向背面的壓力梯度，進(jìn)一步增強(qiáng)穿透電弧于熔池正面的挺度和電弧穩(wěn)定性，并在不改變穿孔熔池正面受力分布和溫度梯度的前提下提高穿透電弧的穿孔能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的焊接方法，其特征在于:焊接過(guò)程中所述焊槍和所述低背壓保護(hù)裝置始終處于所述焊接工件兩側(cè)相對(duì)位置，穿透電弧的尾焰始終處于所述低背壓保護(hù)裝置的中心負(fù)壓腔中。
【文檔編號(hào)】B23K9/16GK104227191SQ201410458970
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】蔣凡, 王建新, 陳樹君, 盛珊, 張亮 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)