[发明专利]一种低背压穿透电弧焊接装置及方法有效
申请号: | 201410458970.6 | 申请日: | 2014-09-10 |
公开(公告)号: | CN104227191A | 公开(公告)日: | 2014-12-24 |
发明(设计)人: | 蒋凡;王建新;陈树君;盛珊;张亮 | 申请(专利权)人: | 北京工业大学 |
主分类号: | B23K9/16 | 分类号: | B23K9/16 |
代理公司: | 北京思海天达知识产权代理有限公司 11203 | 代理人: | 纪佳 |
地址: | 100124 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 低背压 穿透 电弧焊接 装置 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种低背压穿透电弧焊接装置及方法,属于焊接技术领域。
背景技术
随着现代工业向着大型化结构发展的趋势,中、超厚板的焊接结构应用越来越广泛,因此,对于焊接方法的要求也越来越高,传统上的焊接方法已经很难满足此类焊接的要求。对于压力容器、锅炉、铁轨、舰艇等厚壁金属结构的制造和大型工程建造现场作业中,大量厚板接头普遍采用大坡口多层多道MAG/MIG焊或埋弧焊,随着焊接结构板厚的不断增加,上述方法已经表现出了很大的局限性和不适用性。最突出的表现就是由于厚板坡口面积的急剧增大而导致了焊接工作量成倍增加,消耗焊材多,生产效率低,焊接成本高。并且还会引起一些焊接缺陷如热输入量大、晶粒粗大、热影响区宽、焊接接头力学性能低和裂纹等。
等离子弧焊作为三大高能束技术,在电弧的能量密度和指向性上与传统的自由电弧相比有了明显的改善,其高的能量密度和极强的电弧穿透力,对于厚板的焊接具有明显的优势。穿孔等离子弧的能量密度介于激光焊与自由电弧之间,兼具了高能束与自由电弧的优点,焊接变形小,单面焊双面成型,成为了一种近乎无缺陷的焊接方法,而且设备的复杂程度与价格上与之激光、电子束相比,更有着明显的优势。然而,随着焊接板厚的增加,对等离子弧的穿透能力要求也越来越高,小孔失稳趋势增加,在热输入与小孔的稳定成形之间寻求一个较好的平衡是极其困难的,当被焊工件厚度达到一定数值时,等离子弧将无法穿透被焊工件。等离子弧的穿孔稳定性和在其焊接工艺方面进一步提高焊接板厚的成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有焊接方法的上述缺陷及不足,提供了一种低背压穿透电弧焊接装置及方法。为实现上述目的,本发明采用的技术方案为一种低背压穿透电弧焊接装置及方法。
一种低背压穿透电弧焊接装置,包括焊枪和低背压保护装置,其中,所述低背压保护装置包括敞口的中心负压腔,其中所述低背压保护装置和所述焊枪位于焊接工件的两侧,并且在焊枪的电弧穿透所述焊接工件时,所述穿透电弧尾焰位于所述中心负压腔中。
所述低背压保护装置还包括氩气腔,所述氩气腔位于中心负压腔的周围。
所述焊枪为能够形成穿透电弧焊接的焊枪。
所述低背压保护装置为柱状,其中,所述低背压保护装置的中心凹陷形成所述中心负压腔,围绕所述凹陷的外围凹槽形成所述氩气腔,其中所述低背压保护装置的底部设有与所述中心负压腔连通的底部接口,所述低背压保护装置的外壁上设有与所述氩气腔相连通的氩气接口,并且所述低背压保护装置的中心负压腔与所述焊接工件接触,所述低背压保护装置外围的氩气腔与所述焊接工件留有1-10mm的微量间隙。
所述焊接装置还包括抽气装置、压力释放装置、压强显示装置、阀门和连接管,所述抽气装置、压力释放装置和阀门通过所述连接管顺次相连,并与所述低背压保护装置的底部接口相连通,构成由所述抽气装置至所述低背压保护装置的中心负压腔的气体管路,所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。
所述低背压保护装置的外壁周围均匀地设有所述氩气接口。
一种使用所述低背压穿透电弧焊接装置的焊接方法,其特征在于:包括下述步骤:通过所述低背保护装置外围的氩气接口向所述低背压保护装置的氩气腔持续充入氩气,打开所述阀门,连通所述抽气装置至所述低背压保护装置底部接口处的气体管路,启动所述抽气装置,使所述低背压保护装置的中心负压腔处于负压状态;由所述焊枪在所述焊接工件上产生穿透电弧,使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度,进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性,并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。
焊接过程中所述焊枪和所述低背压保护装置始终处于所述焊接工件两侧相对位置,穿透电弧的尾焰始终处于所述低背压保护装置的中心负压腔中。
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