[发明专利]有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法

说明书

本发明公开了有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法，涉及有色金属焊接领域，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，人员过渡舱与工作车间连接，工作人员通过人员过渡舱进入工作车间进行焊接作业，被焊工件进入工作车间进行焊接，生命支持系统分别连接人员过渡舱和工作车间并为工作人员提供呼吸气体，供气系统分别连接人员过渡舱和工作车间并提供用于焊接的保护气体，真空系统连接工作车间，用于对工作车间内部抽真空，循环洗气系统连接工作车间，用于在焊接过程中吸收工作车间内部的杂质气体；本申请实现了工作人员进入充满保护气体的工作车间进行焊接作业，可近距离精细操作以提升焊接质量。

技术领域

本发明涉及有色金属焊接领域，尤其是有色金属气体全保护焊接车间及其作业方法。

背景技术

钛合金等有色金属在船舶工业、航空航天等领域中应用广泛。由于许多有色金属合金化学性质活泼，高温焊接过程中容易与空气中的氧气、氮气等发生化学反应，影响焊接质量。例如钛合金在高温下具有强烈的吸氢、吸氧、吸氮特性，焊接过程中若不采取保护措施会出现焊缝及热影响区发蓝现象，使焊缝金属冶金质量恶化，焊缝起皱、外观差。因此，有色金属焊接过程中必须采取各类气体保护措施，即利用惰性气体在焊接电弧周围高温区域形成保护层，防止空气中有害气体的侵入，保证焊接质量。

目前解决钛合金焊接保护的方法主要包括：

1)使用焊枪保护气喷嘴：美国宇航局Marshall航天中心的Gradl等(2009)，哈尔滨工业大学陶汪等(2017)均设计了钛合金焊接同轴保护喷嘴进行焊接保护，但是此种方式容易受使用环境条件影响，对操作人员的使用要求也较高，当气流参数及环境条件发生变化时，会产生紊流，反而影响钛合金焊接气体保护效果；

2)使用保护罩等保护工具：湖南大学的张屹等(2013)、中船重工725所的廖志谦等(2007)均采用拖罩等局部保护模具进行钛合金焊接保护，局部气体保护的效果受到气体流量、保护装置结构、焊接工件形状以及人员操作方法等多重因素的影响，保护效果不可靠；对于不同形状的被焊工件需要制作相应的保护模具，并对焊接效果进行多次试验验证，不仅耗费加工工时，还要承担较高的保护模具费用。此外，部分复杂的被焊工件难以制作合适的保护模具，无法对焊接部位进行良好的局部气体保护；

3)使用小型真空箱或惰性气体箱：日本东海大学的Kuwahara等(2000)、中国电子科技集团第二研究所廖正贵等(2007)均设计了用于钛合金焊接的保护箱体装置，此类方法通过在小型箱体内抽真空或充入保护气体的方式，实现小型被焊工件的整体保护。但是此类保护箱体一般空间尺寸较小，仅适用于小型焊接件的气体保护，难以容纳船体、飞行器、潜水器等大型被焊工件。此外，此类保护箱体的操作人员仅可以在箱体外进行焊接操作，观察视角及操作空间受限，难以保证良好的焊接质量。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了有色金属气体全保护焊接车间及其作业法，实现了工作人员进入充满保护气体的工作车间进行焊接作业，可近距离精细操作以提升焊接质量。

本发明的技术方案如下：

一种有色金属气体全保护焊接车间，包括人员过渡舱、工作车间、生命支持系统、供气系统、真空系统和循环洗气系统，人员过渡舱分别与工作车间和外部空间连接，工作人员通过人员过渡舱进入工作车间进行焊接作业，工作车间与外部空间连接，被焊工件进入工作车间进行焊接，生命支持系统分别连接人员过渡舱和工作车间并为工作人员提供呼吸气体，供气系统分别连接人员过渡舱和工作车间并提供用于焊接的保护气体，真空系统连接工作车间，用于对工作车间内部抽真空，循环洗气系统连接工作车间，用于在焊接过程中吸收工作车间内部的杂质气体。

其进一步的技术方案为，人员过渡舱包括舱体及设置在舱体上的人员进出舱门、人员转换舱门和布气管，工作人员通过人员进出舱门进入舱体，通过人员转换舱门进入工作车间，布气管设于舱体底部并连接供气系统，舱体顶部设有第一排气阀，通过气体吹扫置换法实现空气-保护气体的常压气体过渡置换。