用于管道焊接的圆弧形半密闭气体保护拖罩及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道焊接用圆弧形半密闭气体保护拖罩及管道焊接方法，属于自动化焊接设备保护装置技术领域，适用于各行业系列直径焊接管道焊接时高温区焊缝表面的气体保护。
【背景技术】
[0002]核电现场核岛回路管道材料多采用奥氏体不锈钢、双相不锈钢、镍基合金，对焊缝性能要求很高，小直径回路管道焊接时多采用开放式自动焊接轨道机头，焊接过程中只有陶瓷喷嘴正下方的熔池区及很小范围的焊缝区处于气体保护之中，而焊接接头高温区焊缝及热影响区尤其是处于400°C以上的焊缝及热影响区处于大气环境下，得不到气体保护。由于不锈钢、镍基合金自身的焊接性，处于高温区的焊缝及热影响区极易氧化，被空气、水分、油脂等污染，极易吸收氧、氮、氢、碳等杂质，产生各种焊接缺陷，进而导致焊接接头的塑性和韧性显著降低。
[0003]所以核电现场核岛回路管道焊接的关键是加强高温区焊缝及热影响区的保护。加强气体保护作用的措施常见有两大类:一是在管道外附加通有保护气的拖罩，使在400°C以上的焊缝和热影响区处于保护之中；二是在焊缝背面采用可通保护气体的垫板、反面保护罩或在被焊管子内部局部密闭气腔内充满保护气体以加强反面的保护。由于核电现场的情况，回路管道的长度，直径，采用等二种气体保护措施不可行，只有采用第一种措施在管道外附加通有保护气的拖罩。
[0004]目前常采用的气体保护拖罩存在的不足有:
[0005]1、气体拖罩夹持陶瓷喷嘴的部位设计不合理，焊接过程中常因压力过大导致陶瓷喷嘴碎裂，加大生产成本；
[0006]2、气体通道设计不合理，使达到高温区焊缝及热影响区的保护气分布不均匀，达不到良好的保护效果，导致焊接接头表面发蓝；
[0007]3、保护拖罩直接与焊缝刚性接触，极易造成焊缝C、Fe等元素的污染，影响焊缝质量;
[0008]4、保护拖罩与机头喷嘴分离，自动焊时不能随机头自动转动，需要另外增加一人进行辅助，随时拖动气体保护拖罩，增加人工成本。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，针对现常用气体保护拖罩存在的不足，在陶瓷喷嘴周围狭小的安装空间内，在不破坏现场开放式轨道焊接机头情况下，在不影响原有机头送丝装置的情况下，设计一种管道焊接用圆弧形半密闭气体保护拖罩，同时还提供了基于该保护罩的一种焊接方法，该保护拖罩设计合理，结构简单，单人操作，能有效并大范围进行接头高温区焊缝及热影响区的保护。
[0010]为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]用于管道焊接的圆弧形半密闭气体保护拖罩，包括:弧形壳体、弧形压环、不锈钢丝网层、弧形挡板、固定耳、缓冲层和进气组件；
[0012]弧形壳体朝向焊接管道的内壁开有弧形腔，弧形腔内开有卡槽，卡槽内放置不锈钢丝网层，弧形挡板与所述卡槽相配合，将不锈钢丝网层压在所述卡槽内，且弧形挡板的内表面与所述弧形壳体朝向焊接管道的内表面平齐，弧形挡板上均匀分布有通孔，弧形压环上开有所述气体保护拖罩的出气孔，且弧形压环与所述弧形壳体的内表面相匹配，将弧形挡板的边缘压住，弧形挡板的其余中间部分露出，弧形挡板露出部分的宽度、所述气体保护拖罩的出气孔的宽度以及弧形壳体内弧形腔的宽度相同，宽度范围为:15?25_ ；
[0013]弧形壳体的径向侧壁上加工有锥形螺纹进气孔，进气组件与所述锥形螺纹进气孔连通，用于给弧形壳体内的弧形腔提供保护气体；
[0014]弧形壳体的一端通过固定耳与焊枪固定连接，弧形壳体与焊枪之间以及固定耳与焊枪之间均贴有缓冲层，管道工件的待焊接部位与所述弧形压环上的出气孔相对应，管道工件的轴线平行于弧形压环的内表面，管道工件表面与弧形压环的内表面不接触。
[0015]弧形壳体和弧形压环的弧度相同，弧度范围:120?180度，所述弧形腔的弧度比弧形壳体的弧度小30度。
[0016]所述弧形压环通过三组压紧螺钉和弧形壳体紧密连接贴合。
[0017]所述弧形挡板上均匀分布的通孔直径相同，通孔的朝向为弧形挡板的弧面径向方向，通孔直径范围为:1?2mm，轴向间隔范围为:1.5?3mm，径向间隔范围为:4?6度。
[0018]所述不锈钢丝网层包括五层不锈钢丝网，中间一层不锈钢丝网目数范围为:100-110，靠近弧形挡板的两层不锈钢丝网目数为60-70，远离弧形挡板的两层不锈钢丝网目数为80-90。
[0019]所述进气组件包括两个进气接嘴、两个气管和三通接头，外部气源通过三通接头的输入端输入，三通接头的两个输出端分别通过两个气管与两个进气接嘴连接，进气接嘴与所述锥形螺纹进气孔匹配连接，外部气源提供的保护气体依次经过三通接头、气管和进气接嘴进入弧形壳体内的弧形腔。
[0020]所述圆弧形半密闭气体保护拖罩还包括耐高温柔性裙边，裙边的一端与管道工件的表面接触，另一端连接在弧形压环的侧壁上。
[0021]所述弧形压环上出气口的气体流量小于焊枪中固有气路的保护气体流量，所述保护气体为氩气、氦气或者氩气氦气的混合气体。
[0022]所述缓冲层采用橡胶或者玻璃棉材料。
[0023]基于圆弧形半密闭气体保护拖罩的管道工件焊接方法，步骤如下:
[0024](I)通过固定耳将气体保护拖罩固定在焊枪上并进行调节，使得管道工件的待焊接部位与所述弧形压环上的出气孔相对应，管道工件的轴线平行于弧形压环的内表面，同时，使得气体保护拖罩随焊枪围绕管道工件转动的时候，气体保护拖罩中的弧形压环与管道工件不接触；
[0025](2)焊枪内固有的气路通过第一导气管路与第一气瓶连通；
[0026](3)三通接头的输入端通过第二导气管路与第二气瓶连通；
[0027](4)将所述第一导气管路和第二导气管路通过尼龙扎带固定在一起；
[0028](5)调整焊枪中的钨极的伸出长度以及焊丝的伸出长度，开始对管道工件的待焊接部位进行氩弧焊接，气体保护拖罩随焊枪围绕管道工件转动，所述弧形压环上出气口流出的保护气体对接头焊后高温区焊缝及热影响区进行保护。
[0029]本发明相对现有技术带来的有益效果为:
[0030](I)本发明的气体保护拖罩气体通道设计合理、结构简单、操作方便、气密性好、与焊枪一体化、与工件及焊缝不接触，保护范围大，有效地对焊接后高温区焊缝及热影响区进行保护，表面银白色，焊接质量优良，减少了焊接工时，显著提高了焊接效率。
[0031](2)本发明的气体保护拖罩安装在焊枪陶瓷喷嘴的下后部，气瓶气体经本发明气体保护拖罩流出后形成层流流态，不断向焊缝及热影响区提供均匀充足的保护气体，延长了气体保护时间，防止了焊缝氧化，保证了接头焊接质量；同时与焊枪形成一体，可随焊接机头自带的焊接轨道一起围绕焊接管道运动，不存在人工拖动气体保护拖罩的情况，节约了人工成本；另外在气体保护拖罩转动的过程中是不与焊接工件直接接触的，避免了接头焊缝C、Fe等元素的污染，提高了焊接接头的质量。
[0032](3)本发明的气体保护拖罩的进气组件安装在气罩的径向侧壁上，从气瓶经过进气组件进入拖罩弧形腔内的保护气体先吹向对面侧壁，经对面侧壁反射后充满整个弧形腔后再流向不锈钢丝网层，起到初步降低保护气体流速的作用；同时内部设置有多层不同目数的不锈钢丝网，进一步降低保护气体的流速，有效地逐层分散并均匀保护气体，形成层流层，提高了保护效果；同时采用两个进气嘴给气罩供气，分散了气体流量，初步降低了气体流速，利于气体最终流出流态呈层流流态。
[0033](4)