[发明专利]中高强度大厚度构件电磁控制窄间隙或超窄间隙脉冲射流熔化极气体保护焊接方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是一种中高强度大厚度构件电磁控制窄间隙或超窄间隙脉冲射流熔化极气体保护焊接方法与设备。

背景技术

随着国家大型工程项目和重点工程建设计划的制定与实施，如三峡工程，大飞机项目等，越来越多的重大装备采用中高强度材料和大厚度结构进行制造与生产，现代焊接技术的应用占据着重要的地位，起着较为关键的作用。

由于中高强度大厚度构件焊接工艺复杂，所以，如何防止焊缝产生缺陷、改善焊缝金属组织及焊接接头质量，提高焊接效率问题也就比较突出。目前，中高强度钢结构材料超厚大部件的焊接可选用的主要焊接方法包括以下三种：(1)埋弧焊；可供选择的埋弧焊技术主要有：窄间隙埋弧焊技术，窄间隙双丝埋弧焊技术，窄间隙脉冲埋弧焊技术。其技术特点是：焊接接头质量好，效率高。但无法实现全位置焊接，焊接过程较繁琐(需要清渣)，容易出现焊接缺陷(夹渣)。(2)电渣焊；可供选择的电渣焊技术主要有：机械振动电渣焊技术。其技术特点是：焊接效率高，提高了厚板焊接接头的侧弯性能和热影响区的冲击韧性，焊缝的机械性能较佳，降低了焊接残余应力。但需要附加机械振动装置，附加设备较大，焊接适应面较受局限。传统电渣焊的焊缝晶粒粗大，焊接接头韧性较差。(3)气体保护熔化焊。可供选择的气体保护熔化焊技术主要有：高熔敷率MAG焊接技术，多丝高效MAG焊接技术，复合熔化焊接技术。其技术特点是：焊接效率高，易操作，焊接接头质量好，自动化程度高。

目前，国内外研究者关于窄间隙焊接技术，公开了四项该方面的专利申请：一项是超窄间隙超低线能量熔化极气体保护自动弧焊方法与设备(专利申请号01138322.4)，它是采用熔化极气体保护电弧焊、单丝居中无电弧侧偏工艺及超低飞溅率波形控制脉冲逆变电源，使电流、电压波形输出与熔滴空间状态接近完全对应，实现小于等于6mm超窄间隙低线能量厚板焊接，该技术焊接速度不高，技术参数多而复杂。一项是高效单丝窄间隙活性气体保护焊接方法(专利申请号03129629.7)，它是在前者的基础上，采用氧气、氩气、二氧化碳组成的三元保护气体，焊丝居中布置，通过控制焊丝伸出长度、送丝速度与电压获得稳定的旋转喷射过渡方式，实现一定的间隙坡口内焊道与工件侧壁之间的良好熔合。第三项是空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置(专利号ZL200510038527.4)，它以机械方法使焊炬导电杆绕其自身轴线旋转，来带动从偏心导电嘴焊丝端部穿出的电弧作旋转扫描运动，从而得到均匀稳定的两侧壁熔深，但是其外置式箱形喷嘴形状与结构复杂，体积较大，电弧可观察性较差，外置式喷嘴没有采用水冷措施，且其高度调节装置调节精度较低。第四项是一种旋转电弧窄间隙焊接用气体保护方法及装置(专利申请号200610038184.6)，它是在前者的基础上，采用两个对称分布在电弧两侧的伸入型扁形喷嘴，使其中流出的保护气体以一定角度从旋转电弧的前后两侧同时导入，实施对焊缝保护；当导电嘴接近工件表面或露出坡口时，采用外置式套筒形喷嘴供气，为最后几层焊缝提供有效保护。以上在先专利或专利申请在窄间隙或超窄间隙焊接时，并未采用电磁控制的脉冲射流焊接技术，这些焊接技术效率较低，焊接工艺复杂，焊接成本较高，接头质量欠佳。

本发明人在研究中发现，采用熔滴射流过渡的熔化极气体保护焊具有以下作用：(1)有利于提高焊接效率和质量，减少缺陷，降低焊接成本；(2)可自动调节，劳动条件好；(3)可避免热裂纹和冷裂纹焊接缺陷；(4)避免了焊接产生的气孔和焊接变形，未熔合和未焊透；(5)焊接材料(焊条，焊丝，焊剂等)品种十分丰富，焊丝制造设备与工艺比较成熟，可供借鉴的研究成果很多，有利于材料焊丝的选择与快速研制。

以前包括教科书所言，旋转射流熔滴过渡形式的熔化极混合气体保护(MAG)焊，因为焊接过程飞溅大、焊缝成型差，被认为根本不可应用于实际机械制造过程之中。目前，国内外被广泛使用的同类高效MAG焊接技术是以高昂的氦气为主要组元的混合气体焊接技术(如TIME、RAPID MELT、LINFAST等)，但这些技术的工艺和设备的使用都比较昂贵。