一种活性空心阴极真空电弧焊接装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电弧焊接装置及方法，具体涉及一种活性空心阴极真空电弧焊接装置及方法，属于焊接领域。
【背景技术】
[0002]目前，真空保护环境下的熔化焊接方法主要包括:空心阴极真空电弧(HollowCathode Vacuum Arc，简称HCVA)、电子束焊及激光焊，不同焊接方法具有不同特点。吴林，冯吉才，高洪明，等.空间焊接技术[J].航空制造技术，2005，5:32-35.认为随着国际太空领域开发的深入，国际空间站的修复和连接技术需求逐渐增加，因此，对于真空环境下的熔化焊方法的研究具有重要意义。空心阴极真空电弧焊由于硬件结构简单、操作方便和价格低廉等特点被视为真空保护环境下的一种重要的熔化焊接技术。
[0003]HCVA焊接方法相对于大气环境下的TIG焊而言，它的焊接熔化深度显著地增加，但是它的焊接熔化深度显著地低于其他两种真空环境下的焊接方法的焊接熔化深度。早期的学者认为:空心阴极真空电弧在高焊接电流时的高能量密度特性(相对于TIG焊)是这种焊接方法的熔化深度高的原因，而随着研究的深入，最近日本大阪焊接研究所的学者 Nerovnyi V M, Pod yapol skii G V.A device for sampling the plasma in an arcdischarge with a hollow cathode [J].Automatic Welding, 1985, 38:39-41.提出了空心阴极真空电弧的中心区域存在定向运动的电子束流辅助加热理论，该电子流的动能在电弧加热工件的同时能够进一步为工件提供热能。
[0004]但是，由于空心阴极真空电弧焊需要抽真空的焊前准备工序，导致它的生产效率降低，因此有必要进一步提高它的焊接熔化深度，进而在保证这种焊接技术方法的廉价性特点的前提下通过增加焊接熔化深度而提高焊接生产效率。
[0005]空心阴极真空电弧焊的电弧发散特性和电弧对熔池金属的挖掘作用力较弱的缺陷，是这种焊接技术方法的熔化深度相对较浅的原因。因此，为了提高它的焊接熔化深度，需要改善它的上述两个缺陷。目前，在TIG焊接中形成了活性TIG概念，能够增加TIG焊接熔化深度，但是在空心阴极真空电弧焊接生产中没有使用活性剂。
【发明内容】
[0006]本发明为解决现有空心阴极真空电弧焊接熔化效率较低，熔化深度较浅的问题，进而提出一种活性空心阴极真空电弧焊接装置及方法。
[0007]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明所述第一焊接装置包括空心阴极、活性剂、焊接电源、工作气体、真空室和抽气机构，空心阴极设置在真空室内，工件设置在空心阴极的下方，焊接电源的阴极与空心阴极连接，焊接电源的阳极与工件连接，活性剂涂覆在工件的上表面上，工作气体填充在空心阴极内，抽气机构与真空室的排气口连接。
[0008]本发明所述第二种焊接装置包括空心阴极、焊接电源、工作气体、真空室、抽气机构和气体管，空心阴极设置在真空室内，工件设置在空心阴极的下方，焊接电源的阴极与空心阴极连接，焊接电源的阳极与工件连接，气体管设置在真空室内，且气体管的气体出口位于空心阴极与工件之间，工作气体填充在空心阴极内，抽气机构与真空室的排气口连接。
[0009]本发明所述第一种方法的具体步骤如下:
[0010]步骤一、用丙酮将活性剂调制成糊状，并涂覆在工件的表面，等待丙酮挥发；
[0011]步骤二、通过抽气机构将真空室内的空气抽出；
[0012]步骤三、将工作气体注入空心阴极内，空心阴极、工件、焊接电源组成电弧放电回路；
[0013]步骤四、工件在电弧作用下熔化，随着工件的移动，获得深熔化焊接接头。
[0014]本发明所述第二种方法的具体步骤如下:
[0015]步骤一、通过真空抽气机构将真空室内的空气抽出；
[0016]步骤二、将工作气体注入空心阴极内，空气阴极、工件、焊接电源组成电弧放电回路，并获得真空电弧；
[0017]步骤三、活性气体通过气体管送入空气阴极与工件之间的电弧内部；
[0018]步骤四、电弧作用下工件实现熔化，随着工件的移动，获得深熔化焊接接头。
[0019]本发明所述第三种方法的具体步骤如下:
[0020]步骤一、通过真空抽气机构将真空室内的空气抽出；
[0021]步骤二、将工作气体注入空心阴极内，空气阴极、工件、焊接电源组成电弧放电回路，并获得真空电弧；
[0022]步骤三、活性气体与工作气体共同注入空气阴极内，并进入空气阴极与工件之间的电弧内部；
[0023]步骤四、电弧作用下工件实现熔化，随着工件的移动，获得深熔化焊接接头。
[0024]本发明的有益效果是:本发明提出了在真空保护环境下的活性空心阴极真空电弧焊接方法，进一步提高空心阴极真空电弧焊接熔化效率和熔化深度，进而在保证空心阴极真空电弧焊廉价性特点的前提下提高焊接生产效率。
【附图说明】
[0025]图1是工件上涂覆活性剂时本发明的焊接原理图，图2是使用活性气体使本发明的焊接原理图。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接装置包括空心阴极1、活性剂3、焊接电源4、工作气体5、真空室6和抽气机构7，空心阴极1设置在真空室6内，工件2设置在空心阴极1的下方，焊接电源4的阴极与空心阴极1连接，焊接电源4的阳极与工件2连接，活性剂3涂覆在工件2的上表面上，工作气体5填充在空心阴极1内，抽气机构7与真空室6的排气口连接。
[0027]【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接装置的活性剂3是由Si02、Cr203、NaCl、Mn0、MnC12、CdC12、V205和Ti02组成。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】三:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接装置的工作气体5是氩气或氦气。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0029]【具体实施方式】四:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接方法的具体步骤如下:
[0030]步骤一、用丙酮将活性剂3调制成糊状，并涂覆在工件2的表面，等待丙酮挥发；
[0031]步骤二、通过抽气机构7将真空室6内的空气抽出；
[0032]步骤三、将工作气体5注入空心阴极1内，空心阴极1、工件2、焊接电源4组成电弧放电回路；
[0033]步骤四、工件2在电弧作用下熔化，随着工件2的移动，获得深熔化焊接接头。
[0034]【具体实施方式】五:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接装置包括空心阴极1、焊接电源4、工作气体5、真空室6、抽气机构7和气体管8，空心阴极1设置在真空室6内，工件2设置在空心阴极1的下方，焊接电源4的阴极与空心阴极1连接，焊接电源4的阳极与工件2连接，气体管8设置在真空室6内，且气体管8的气体出口位于空心阴极1与工件2之间，工作气体5填充在空心阴极1内，抽气机构7与真空室6的排气口连接。
[0035]【具体实施方式】六:结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接方法的具体步骤如下:
[0036]步骤一、通过真空抽气机构7将真空室6内的空气抽出；
[0037]步骤二、将工作气体5注入空心阴极1内，空气阴极1、工件2、焊接电源4组成电弧放电回路，并获得真空电弧；
[0038]步骤三、活性气体通过气体管8送入空气阴极1与工件2之间的电弧内部；
[0039]步骤四、电弧作用下工件2实现熔化，随着工件2的移动，获得深熔化焊接接头。
[0040]【具体实施方式】七:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种活性空心阴极真空电弧焊接方法的具体步骤如下: