[发明专利]一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场实现稳弧效应的装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于埋弧焊接领域，更具体地说，涉及一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场实现稳弧效应的装置及其使用方法。

背景技术

金属结构中的焊缝是在电弧加热作用下熔化成液态熔池，随后经凝固而形成的，电弧加热作用对熔池的几何形状起着决定性的作用。焊接过程中不可避免地因电弧波动形成多种外观缺陷，如焊缝表面欠光滑，焊缝宽窄不均匀，焊缝边缘咬边等。外观缺陷，特别是咬边缺陷会造成严重的应力集中，使该处在承力状态下容易产生裂纹源最终导致结构的失效。同时焊缝表面成形又直接影响产品的外观形貌，制造厂商及用户对此都较为关注。为此，重要金属结构如化工压力容器、船舶制造等都需在焊后进行焊缝表面打磨修复，但这又耗费大量的时间及劳动成本，而且打磨修复工况条件也较为恶劣。目前大型化工压力容器的建造主要依靠高效大线能量埋弧自动焊进行焊接加工，由于压力容器制造一般都要求使用工艺性能相对不如酸性渣系的碱性烧结焊剂进行焊接，而对焊缝表面质量又有较高的要求，尤其对焊道咬边深度、焊缝余高、焊缝宽度的均匀性以及焊缝表面光洁度等都制订有量化的检验指标。为此通过进一步提高焊接过程电弧的稳定性，最大限度地控制焊缝形成过程的波动，可以有效地减少焊后返修工作量从而提高生产效率。

根据熔渣的离子特性，熔渣在熔融状态本身具有一定的导电性能，充分利用熔渣的这种性能目前在炼钢冶金领域已成为颇为新颖的研究热点。《渣金间外加直流电场无污染脱氧》（李建朝，张捷宇，鲁雄刚，等，过程工程学报，2006 增刊），公开了在钢液与Al₂O₃-CaO-MgO熔渣间施加稳定的直流电场，进行钢液的脱氧方法。该方法通过外电场诱导钢液和熔渣中离子的迁移，对钢液中溶解氧具有良好的脱除效果。《可控氧流冶金》（高运明、姜英、张华，等，武汉科技大学学报（自然科学版），2007，第五期）公开了利用电化学原理控制钢液中氧流的方法。此外《渣金间外电场无污染脱氧法的研究》（鲁雄刚，梁小伟，袁威，等，金属学报2005年第二期）也公开了利用渣金间施加直流电场诱导熔体内带电离子有序运动的方法。由于焊接冶金过程与炼钢冶金过程在本质上具有相似之处，在焊接过程中渣金间实施外电场的作用也必然会引发熔渣及液态金属内部电导载流体的某些有序运动。但熔渣的导电性能相比金属而言又差得多，为此若能设法改善焊接过程中熔渣的导电性能，也就能对这种外电场作用下熔体内部的有序运动加以有效地利用，这将有可能从一个全新的角度开辟焊接冶金质量控制的新途径。笔者在对焊接过程渣金间施加外电场控制氧化夹杂物研究的基础上，通过试验研究发现，在一定条件下外电场对焊接工艺还存在一些有益作用，这对解决焊接过程的稳定性具有良好的应用价值。

发明内容

要解决的技术问题

针对现有技术中存在的压力容器等重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作等问题，本发明提供了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场实现稳弧效应的装置及其使用方法，它可以对渣金电导载流进行导流，进而实现稳弧效应。

技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场实现稳弧效应的装置，它包括焊炬和焊接主电路，它还包括可形成焊接辅助电场的辅助电路，所述的辅助电路包括直流电源和金属导电电极，所述直流电源的负极接金属导电电极，正极接母材金属；所述的金属导电电极为钨棒。

优选地，所述的钨棒用绝缘树脂夹头固定在焊接机头上且与导电嘴绝缘，此处必须注意钨棒与导电嘴保持绝缘，否则焊接主电路电流将流经钨棒，则起不到辅助电场的作用。所述钨棒的尖端距离焊丝末端5-8mm，焊接过程中钨棒作为电极与焊接机头作同步运动，该绝缘树脂夹头上设置有夹紧、松开旋钮，用于将钨棒夹紧，钨棒位置固定后即将旋钮夹紧，如需调节所述钨棒的上下高度则可松开旋钮，对钨棒进行上下调整；所述的钨棒与导线连接处用铜制夹片将导线芯线与所述钨棒缠绕后夹紧。

优选地，所述的直流电源为30V/50A的直流稳压电源。由于交流电不能构成稳定的电场，因此必须采用直流电源，同时熔渣的导电率是有限的，渣金间流经的电流一般不能超过15A，因此选择过大的电源电压是没有意义的。

优选地，所述的钨棒直径为3.2mm。

一种所述的利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场实现稳弧效应的装置的使用方法，使用时，所述的辅助电路中作为金属导电电极的钨棒的下端伸入液态焊渣内部。

有益效果