[发明专利]等离子涂层连续焊条

说明书

本发明涉及一种焊接材料，特别是用于自动或半自动电弧焊的等离子涂层连续焊条。

普通的电弧焊过程都会伴随等离子流的产生，同时也会有一些微弱的等离子效应。若要获得强大的等离子流并进行等离子弧焊接，则必须大幅度提高电弧弧柱的单位面积功率，即弧柱的能量密度，使之达到10⁵～10⁶W/cm²。而普通电弧焊的能量密度仅有10³～10⁴W/cm²。显然，要提高弧柱的能量密度，最有效的手段就是缩小弧柱的截面积，将原来呈发散状态的粗大电弧柱压缩为集中状态的微细电弧柱。由于普通电弧的温度高达4000℃，等离子弧的温度则更高，任何固体物质都会被其熔化，因此压缩电弧在工业实施过程中存在极大的困难。

目前比较成功地获得强大等离子流并已形成工业化焊接设备的方法是：在沿着电弧的发射方向设置一个带水套冷却的喷嘴，让压缩气体和电弧强迫通过这个喷嘴喷出，达到利用气体来压缩电弧并诱发电弧冷收缩和磁收缩的目的。

这种方法虽然应用已久，但是在焊接过程中特别是中厚板的焊接上依然存在许多严重问题，目前社会公认的缺陷和弊端有：

1、起约束电弧作用的喷嘴由于受高能等离子弧的热影响，极易烧坏，使用寿命大大缩短。

2、对喷嘴的构造、钨极的安装要求很高，否则容易产生双弧弊端，导致焊丝与钨极、喷嘴之间的短路。

3、由于熔化极与等离子弧电极不能合二为一，为了产生强烈的等离子弧和添加填充金属，必须配置下降特性和平特性两套独立电源。

4、供气系统庞大。为了保证焊接时既能形成强大的等离子弧，又能保护焊接区域，必须提供焊接和保护两条供气线路，随之又带来了供气安全问题。

5、整个焊枪结构及电气控制线路复杂，费用昂贵。

认真分析前面所述的现有等离子焊接设备的缺点，不难发现其症结问题都是由于“气体压缩电弧”而引起。假若不利用“气体压缩”而直接运用固体喷嘴压缩电弧的话，不但使一切弊病和缺点彻底解决，同时也使等离子流形成过程大大简化。

那么用什么固体材料做成的喷嘴能经受得起4000℃高温电弧的冲击？显然静态的固体是不存在的。

本发明的目的就是提供一种利用固体相对运动原理制造出来的等离子涂层连续焊条，采用这种焊条进行等离子焊接时，在焊条端部会自动形成一个不断消耗的、但又是连续稳定的等离子动态固体喷嘴，它可以根治由于气体压缩电弧所带来的一切弊病，同时又能彻底解决等离子弧源和填充金属电源不能合一的严重缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：与普通的连续涂层焊条的区别特征是焊条药皮与焊芯的熔点比为0.90～1.05，重量比为0.9～1.1，而且该种等离子涂层连续焊条的电接点节距被控制在20～40mm之间。

使用该种焊条，在焊接时焊条端部会自动形成由药皮组成的、其长度为焊芯直径的1.1～2.5倍的不断消耗且又连续稳定的固体电弧喷嘴，而电接点节距长度的控制使得焊接电流进一步提高，因而本发明既保留了普通电弧焊的优点，同时又利用自耗的药皮喷嘴代替焊枪喷嘴，实现自熔电极的等离子弧焊，简化了焊接电源及控制线路，省略了供气供水系统，消除等离子焊接设备长期以来无法克服的严重缺点。

下面结合附图对如何实现本发明作详细阐述：

图1为等离子涂层连续焊条结构示意图；

图2为等离子涂层连续焊条焊芯熔化速度曲线图；

图3为等离子涂层连续焊条药皮喷嘴结构示意图；

图4为Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条焊芯熔化速度曲线图；

图5为Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条药皮熔化速度曲线图。

图1所示的结构中，d为焊芯直径，D为焊条外径，L为电接点节距，V_f为外施电弧电压；并定义I_f为电弧电流，G₁为焊芯重量，G₂为药皮重量，K₁、K₂分别为焊芯和药皮的熔点。