[发明专利]一种采用混粉辅助的水下湿法焊接工艺

说明书

本发明涉及一种水下湿法焊接工艺及设备，尤其涉及一种采用混粉辅助的水下湿法焊接工艺及设备。采用高压泵(7)、过滤器(9)、搅拌电机（8）、搅拌桨（10）等组成混粉循环搅拌装置，在混粉槽（11）中加入硅粉或其他可悬浮于水并有利于液体击穿的粉末进行混粉溶液（3）制备，此装置可置于岸上或船中，制备好的混粉溶液（3）通过进液管（6）进入预先制作的密闭腔体（5）中，此密闭腔体（5）可随焊件（1）结构及形状变化，可大可小，不要求形状，只需包容焊件（1）即可。水下药芯焊丝（4）和电弧（2）都被包容于密闭腔体（5）中。通过出液管（12）连接密闭腔体（5）及混粉槽（11），形成混粉溶液（3）循环利用以进行混粉溶液（3）的过滤清洁。采用此种焊接工艺及设备进行水下湿法焊接，所添加的粉末增强了水中电弧液体介质击穿能效，从而增强电弧稳定性。由于水下混粉密闭腔体（5）制作的便捷性，适当变换高压泵后，这种焊接工艺的施加不受水深加深的影响。

技术领域

本发明涉及一种水下湿法焊接工艺，尤其涉及一种采用混粉辅助的水下湿法焊接工艺，适用于深水水下湿法焊接。

背景技术

在水下湿法焊接过程中，焊接过程完全暴露在水环境中进行，不同于只涉及气体击穿理论的陆地焊接，水下湿法药芯焊接涉及的是液体击穿机理,并且是复合液体导电介质(包含水,气泡,杂质)基础上的液体击穿机理。如何增强水中电弧液体介质击穿能效，是水下湿法焊接必须考虑的问题。

针对水下湿法焊接问题,研究者们采用调整焊接材料成分配比和添加合金元素，以协助液体介质的击穿。或者调整焊丝的截面形状，通过渣气联合保护，实现优化焊缝组织及性能的目的，以便适应水下的复杂环境。

目前水下湿法焊接中使用最普遍的是水下手工药皮焊条焊接，即SMAW（shieldedmetal arc welding）使用最为广泛。现有水下焊条按其主要成分划分，可分为金红石型、氧化铁型、奥氏体不锈钢型及镍基型焊条等几种，金红石型焊条仍是现今应用最多的水下焊接用焊条，金红石型焊条渣系主要由Ti0₂-SiO₂及硅酸盐构成，属于酸性焊条，因而其焊缝中扩散氢含量很高(可达70～90 mL／100 g)，易在焊缝中形成氢气孔，在接头热影响区处常伴有氢致裂纹产生。目前，湿法焊接中降低扩散氢含量方法主要有两种：①加入CaCO₃等造气物质，使其在焊接冶金过程中，分解出CO₂气体稀释气泡，从而减小氢气在电弧气泡中的分压；②加入CaF₂ 等化合物，使之在高温下与氢气反应生成HF等不溶于熔敷金属的气体，从而减少了气氛中的氢气含量。随着奥氏体不锈钢焊条及镍基焊 条的不断改进，其在高强钢、高碳钢连接中的应用会不断增加。

由于焊条焊接需要潜水员潜水进行焊接作业，每个潜水焊工在水下工作的时间很有限，并且随水深的增加而减少。另外，受焊条长度的限制，焊接过程中需要频繁更换焊条，这不仅延长了水下施工的时间，导致生产效率很低，而且会在焊缝的结合处容易产生焊接缺陷，焊接质量难于保证。相较于SMAW，FCAW（flux cored arc welding）能够有效减少焊缝中的氢裂和孔隙，提高电弧的稳定性，而且易于在自动化设备上使用，因此药芯焊丝的冶金学成为越来越多人的研究课题。

然而，自保护药芯焊丝与焊条相比，也有不利之处：一是药粉的加入量受到限制，一般占焊丝总重量的15％～30％，而焊条药皮则占总重量30％以上。药粉越少，造渣和造气量越少，保护效果和冶金反应会受到影响：二是采用自保护药芯焊丝焊接时，外层的钢皮先熔化，内层的药粉后熔化，保护作用滞后；其三，熔化的先期是钢水在外，熔渣在内，保护效果下降。基于以上原因，焊缝力学性能下降。

发明内容

为了克服背景技术所述的水下湿法焊接中自保护药芯焊丝与焊条的使用限制及缺陷，本发明针对水下湿法焊接的特点，基于混粉电火花工艺对液体击穿效率提升机理，结合水下药芯焊丝的成分，提出一种适用于深水水下湿法焊接的混粉辅助水下湿法焊接新工艺。