[实用新型]一种可控制减少埋弧焊焊缝金属氧化夹杂物的焊接装置

说明书

技术领域

本实用新型属于埋弧焊接领域，更具体地说，涉及一种可控制减少埋弧自动焊形成的焊缝金属内部氧化夹杂物的焊接装置。 

背景技术

现有的埋弧焊是先把焊剂堆在焊接件上面，然后埋入连续供给的焊丝，引弧后进行焊接，并不断产生焊渣，此时电弧被焊剂埋上，形成的熔池金属不便于直接观察，焊剂起保护作用。埋弧焊因使用的焊丝直径较粗、电流大及熔池深，故大多用于厚钢板的高效率焊接加工。 

埋弧自动焊，其利用大电流在焊剂层下产生电弧，在熔融焊剂的保护下形成一较大体积的液态熔池金属区域，随后经凝固获得焊缝金属。埋弧自动焊具有高效、高质量的特点，在压力容器、石油机械、造船、钢结构件等生产行业发挥着不可替代的作用。 

通常埋弧焊效率是手工焊条电弧焊的4～5倍，加之焊接过程可实现机械自动化操作，因而已成为大厚件金属结构的主要焊接加工方法。埋弧焊接过程伴随有强烈的熔渣与液态金属的交互作用，其结果使焊缝金属在较大程度上存在增氧现象。同时由于焊接冶金过程的动力学特点，焊缝金属的洁净度通常难以达到母材金属的高洁净水平，因而容易形成过量的氧化夹杂物。一般情况下，氧化夹杂物易诱发微裂纹而显著降低焊缝金属的低温韧性。此外，目前在锅炉、压力容器等重要金属结构制造中对焊接质量也提出了越来越高的要求，国家技术标准GB3323-87《钢焊缝射线照相及底片等级分类法》也对焊缝中夹杂物尺寸大小作了明确的等级要求。与此同时在关于焊缝金属中夹杂物研究方面，近年来的氧化物冶金形核理论认为，在适当的氧含量下形成尺寸细小而均匀分布的氧化物可诱导奥氏体晶内针状铁素体的形核，促使焊缝形成高比例的针状铁素体组织，又可极大地改善低温冲击韧性。为此若能有效地控制焊缝中氧含量及其夹杂物尺寸和分布，即可使氧化物夹杂由有害转化为有利，发挥氧化物冶金形核效果以改善焊缝金属低温冲击韧性。但目前关于钢中夹杂物尺寸大小及分布的有效控制技术尚未见有报道。 

由于液态熔渣是一种具有离子导电特性的电解质，且液态熔渣更易于离子的迁移，目前在炼钢领域用外加电场的方法来脱除金属中的氧是一颇为新颖的思路。《渣金间外加电场无污染脱氧方法的研究》（鲁雄刚、梁小伟、袁威、孙铭山、丁伟中、周国治；金属学报，2005年，第二期）公开了在铜液与Na₃AlF₆-Al₂O₃渣系间施加稳定的直流电场，进行铜液的无污染脱氧，有效地将铜液中溶解氧脱除到10×10^-6左右。该方法避免了氧化物夹杂对金属液的污染以及固体电解质脱氧方法的高成本和二次氧化等问题。《熔渣无污染短路电化学还原分析》（高运明、郭兴敏、周国治 ；中国有色金属学报，2006年第三期）公开了利用碳饱和的铁液作还原剂，组成两种电池，从CaO-SiO₂-Al₂O₃-FeO系熔渣中分别得到了纯铁和无碳铁合金。其基本思路是在冶炼后期利用渣金间的电化学还原对金属液进行无污染深度脱氧。焊接过程不可能像炼钢那样进行深度脱氧，但可以利用这种原理进行氧含量及夹杂物尺寸控制。 

发明内容

要解决的技术问题

针对现有技术中存在的埋弧自动焊熔敷金属中氧化夹杂物及氧含量无法得到有效控制的技术问题，本实用新型提供了一种可控制减少埋弧焊焊缝金属氧化夹杂物的焊接装置，该装置在焊接过程中实现随焊施加渣-金间辅助外电场，可有效地降低离子间相互结合形成氧化物夹杂的机率，控制焊缝中夹杂物的尺寸及分布。

技术方案

实用新型原理：本实用新型利用外电源向焊接回路提供一辅助外电场，并用耐高温导电的金属作辅助电场的导电电极，焊接前将该导电电极固定在焊炬上与焊接机头作同步运动，并使金属电极正好插入熔化焊剂内部，这样就可以在熔渣-熔池间施加一辅助外电场作用，利用辅助电场促使液态熔池及熔渣中离子进一步电离，并在电场作用下形成定向电荷迁移，使带正荷的离子和带负电荷的离子相互逆向运动，从而有效地减少离子相互结合形成氧化物夹杂的机率，同时在电场力的作用下诱导熔池内部与氧亲和力大的金属离子迁移至渣金界面优先与熔渣中活性氧结合成氧化物进入熔渣中，最终达到控制焊缝中夹杂物尺寸及分布的目的。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现。