[其他]旋流式双层气体保护焊方法及焊炬

说明书

本发明属于气体保护电弧焊。

目前普遍使用的非熔化极或熔化极气体保护电弧焊的焊炬，大部分只有一层喷咀，从喷咀喷出的惰性或混合气体为保护气体，同时作为电弧气氛，气体消耗量较大;一般为8～40升/分。当采用较昂贵的惰性气体（如氩气和氦气）作保护气体时，将明显地增加焊接成本。为了节省惰性气体，有人提出了双层气体保护熔化极电弧焊，内层用惰性气体或混合气体，外层用较廉价的活性气体作为保护气体。并获得了专利（US4166940，FR2314798，EP77705）。我国杭州汽轮机厂叶长昱等发表的文章《双层气体保护焊炬的研究》（焊接学报VOl.4，NO2，1983）和西德的C.G.Rommen-hoeller有限股份公司二氧化碳厂的MAGCI方法，（Metal    con-struction    OCT    1982）也涉及到双层气体保护熔化极电弧焊方法。在这些方法中，两层气流都是只有轴向的层流，它们存在如下缺点：

1.为了使双层气体保持层流状态，要求严格控制内、外层气流的流量，而且两层气体流量有严格的相互匹配关系，不能随意调节。

2    为了节省惰性气体，内层惰性气体或混合气体的流量一般都较小，使得外层气体流量也不能过大，由于气流的挺度较差，焊接过程中甚至焊炬喷咀到工件表面距离的波动都会引起内、外层气流的混乱和保护效果下降，气流抗外界干扰能力弱，目前还不能用于手工焊和半自动焊过程。

本发明的目的在于改进双层气体保护焊方法。提出一种旋转射流方式（简称旋流式）的双层气流气体保护焊方法。这种方法既节省惰性气体，又克服了现有的双层气流气体保护电弧焊方法的两层气体的流量有严格的相互匹配关系和气流的抗外界干扰能力弱，不能用于手工焊和半自动焊过程等缺点。

旋流式双层气体保护焊方法有双层保护气体，外层为旋转射流，气体可以是惰性的、活性的或混合的气体，内层为轴向射流，气体是惰性的，焊接过程和相应的气体保护电弧焊方法相同。实现上述旋流式双层气体保护焊方法的非熔化极和熔化极电弧焊焊炬，包括同心的内喷咀和外喷咀、梳流板、钨极或焊丝，其特征是在内、外喷咀之间，装有一个旋流器，它是由圆环或空心圆柱体的外面开多头螺旋槽制得的，而且它的内径与内喷咀的外径相同，外径与外喷咀的内径相同。螺旋槽的头数为4～8，螺旋角在30°～60°之角，所用材料为金属、陶瓷、电木、高温塑料等。外层气流流经旋流器后，获得一定的切向速度，从喷咀喷出后，一面旋转，一面向下流动，直至被焊工件表面，形成外层旋转射流的封闭保护气罩。由于外层气流有切向速度分量，增加了保护气罩的稳定性，也促进了内、外层气流更好地分层流动，提高了两层气流的保护效果和抗外界干扰能力，不仅可进行自动焊，也可进行半自动焊和手工焊。

旋流式双层气体保护焊方法，内层保护气体为惰性的，流量为2.5升/分～25升/分。外层为惰性的、活性的或混合的气体，流量为7升/分～35升/分。两层气体流量可以在上述范围内分别任意调节。

当旋流式双层气体保护焊方法用于非熔化极气体保护电弧焊时，在内层保护气流的流量比现有的单层喷咀焊炬节省60%的惰性气体的情况下，加外层廉价气体的保护（例如CO₂），就能保持惰性气体保护焊的电弧特征，焊接接头的机械性能与常规惰性气体保护焊基本一致。旋流式双层气流气体保护焊方法亦可用于熔化极气体保护电弧焊，在比现有的单层喷咀保护方法节省85%的惰性气体的情况下，即可实现稳定的射流过渡，电弧稳定，飞溅率低。其抗侧向风的能力比现有的双层气体保护熔化极电弧焊方法强。在风速为3米/秒时，前者可以进行正常焊接，而后者已无法进行正常焊接。

图1为非熔化极旋流式双层气体保护焊焊炬的示意图;

图2为熔化极旋流式双层气体保护焊焊炬的示意图。

两种焊炬的共同特点是在同心的内喷咀〔4〕和外喷咀〔5〕之间装有一个旋流器〔6〕，其外面以开5头螺旋槽，螺旋角45°为最佳。外喷咀〔5〕的气流流经旋流器〔6〕之后呈旋转射流状态，从外喷咀〔5〕喷出，形成封闭的气罩〔3〕，起到了隔离空气，保护焊接区的作用。内层气流流经梳流板〔7〕后，形成稳定的内层层流〔2〕，从内喷咀〔4〕喷出，并通过外层旋转气流的封闭气罩〔3〕的中心区到达工件〔9〕的表面，既保护了钨极〔10〕或焊丝〔8〕又为焊接电弧〔1〕的燃烧提供了合适的气氛，同时还起到保护熔池的作用。