专利名称：一种气体保护焊接熔池搅拌喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型属于焊接工艺技术领域，特别涉及到一种利用保护气体流搅拌 焊接熔池的焊枪喷嘴结构。
背景技术：
钢铁的晶粒大小用晶粒度来表示，可以由平面截面单位面积所包含晶粒的
个数来表示，也可以用晶粒平均直径D的-^次方来表示，晶粒度越高，晶粒越 细，标准晶粒度共分八级，l级到4级为粗晶，5级到8级为细晶。
钢铁强韧化机制主要有固溶强化、细晶强化、沉淀强化、相变强化等，但 在所有强韧化机制中，仅有晶粒细化既提高强度，又能改善韧性，所以细晶强 化是一种很重要的强韧化方式。
下面介绍有关细化焊缝晶粒，改善焊缝组织现状。
焊接熔池由于具有熔池体积小冷却速度大且在运动状态下结晶的独特结晶 条件和特点，因此很容易形成粗大的柱状晶粒焊缝金属，同时很快的冷却速度 造成已结晶的焊缝金属中化学成分来不及扩散，合金元素的分布不均匀，出现 偏析现象，这些对于焊接4妄头性能会产生不利的影响。
通过冶金和工艺措施控制结晶过程来改善焊缝金属的组织，从而细化晶粒 并减少化学成分的不均匀性，目前主要通过三种途径来实现
(1) 变质处理通过焊接材料向熔池加入某些合金元素如V、 Mo、 Ti、 Nb、 Al、 B、 N等，可以细化晶粒，得到细晶组织，从而既可保证强度和塑性，又能 提高抗裂性；
(2) 振荡处理振荡结晶是通过不同的途径使熔池产生一定频率的振动， 打乱柱状的方向性并对熔池产生强烈的搅拌作用，从而细化晶粒并促进气体和 夹杂物的浮出，常用振荡方法有低频振荡法、超声振荡法和电磁振荡法；
(3调整焊接工艺艺参数决定了熔池的温度、形状、尺寸和冷却速度，最终直接影响熔池结晶时晶粒成长的方向、晶粒的形状和尺寸，并影响焊缝金 属的化学不均性。实践证明，采用较小的线能量，并适当控制熔池的冷却条件 对改善焊缝组织是有益的。
下面再介绍有关气体保护焊接喷嘴的现状。
气体保护焊接喷嘴目前主要根据不同的应用情况从喷嘴形状和喷嘴材料两 个方面来开展研究和选才,应用。
现有的气体保护焊接喷嘴形状主要有三种，分别为如图1中的(a)、 (b)、 (c)所示的圆柱形、扩散形和收敛形(图1中的箭头方向为气流方向)。图1中 (a)为圆柱形喷嘴，气流在喷嘴中流通时，不会引起流速的变化，也不会增加 气流的径向速度分量，因此在喷嘴中易形成较厚的附壁层流层，而有较大的有 效保护范围，在气体保护焊接中得到最为广泛的应用；图1中(b)扩散形喷嘴， 由于气流在喷嘴中流通的截面面积逐渐扩大，喷嘴出口处的气流流速将会低于 原始流速，气流对液态金属的承托力也因此下降，所以扩散形喷嘴应用情况很 少见；图1中(c)为收敛形喷嘴，其中气流在喷嘴出口处的流速，由于截面面 积缩小，流速比'原始流速高，它的有效保护范围虽有减少，但气流的流速和挺 度均有所增加，气流引起的对液态金属的作用也较大，具有很好的保护效果， 因此在某些领域也能够得到推广应用。
喷嘴材料一般情况下熔化极气体保护焊接采用铜合金，非熔化极气体保护 焊接采用陶瓷材料，目前也有将陶瓷应用于熔化极气体保护焊接，但应用较少。
上述现有技术的不足
在细化焊缝晶粒，改善焊缝组织的各种方法中，除变质处理和调整焊接工 艺外，还应辅以振荡处理，但目前低频振荡、超声振荡和电磁振荡一般情况下 均需要添加额外的设备，对于电磁振荡搅拌处理效果还受到周围电子设备的电 磁场影响，均须增加额外的设备和调试成本。
现有气体保护焊接喷嘴技术主要还是从保护效果或是为了方便焊接操作来 考虑设计，没有考虑到可以将保护气体流螺旋喷出，形成螺旋搅拌力作用到熔 池上。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有的气体保护焊接喷嘴喷出保护气体主要 对熔滴和熔池保护的单一化作用的问题，提供一种使喷嘴喷出保护气体对熔池 有搅拌作用，以细化晶粒、改善焊缝组织的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴。
本实用新型的目的是这样实现的 一种气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于包括 一喷嘴主体，为圓柱形喷嘴；
在所述喷嘴主体的末端内侧固定设置数个分别与喷嘴主体的内壁具有一个 螺旋角的涡扇叶片。
本实用新型的有益效果
本实用新型是在气体保护焊接时，利用喷嘴的涡扇叶片来促成螺旋形保护 气体流的形成，以形成螺旋吹力来搅拌焊接熔池，达到细化晶粒减少熔池区域 化学成分不均匀性，从而提高焊缝金属的性能，全面改善焊接接头的质量。本 实用新型还具有实施简单，无需添加额外的设备，且利用螺旋形保护气体来搅 拌熔池不受周围磁场的影响。
为进一步说明本实用新型的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图 对本实用新型进行详细^兌明。
图1为现有的气体保护焊接喷嘴结构示意图； 图2为本实用新型的焊接熔池搅拌喷嘴末端结构示意图； 图3为本实用新型的焊接熔池搅拌喷嘴末端正视图； 图4为图3的侧面剖;现图5为本实用新型的另一实施例双层焊接熔池搅拌喷嘴末端结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴的具体实施方式进4亍详细i兌明。
参见图2 ~图4，图2 ~图4是本实用新型的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴(以下简称焊接熔池搅拌喷嘴)的结构示意图。
本实用新型的焊接熔池搅拌喷嘴10结构如下
一喷嘴主体1,为圓柱形喷嘴；在喷嘴主体1的末端内侧固定设置数个分 别与喷嘴主体的内壁具有一个螺旋角的涡扇叶片2，涡扇叶片2的凄t量才艮据喷 嘴主体l的口径大d、一般选择3 15个，图2~3示为6个固定涡扇叶片2,涡 扇叶片2的螺旋角可根据喷嘴主体l 口径的大小和喷嘴长度来选择， 一般选择 在10° ~45°范围内；在数个涡扇叶片2的中间形成一圓柱孔3，圓柱孔3是 用来通焊接用的焊丝或钨电极的，圆柱孔3的直径d应比焊丝或钨电极的直径 大1 ~ 5mra。图4是图3的侧面剖视图，涡扇叶片2的长度L 一般应在不干扰保 护气体通入喷嘴的情况下尽可能长一些。
本实用新型的焊接熔池搅拌喷嘴10工作时，在数个涡扇叶片2的作用下， 从喷嘴主体1内喷出的保护气流是螺旋形的，该螺旋形的保护气流作用到焊接 熔池(未图示)上，达到搅拌焊接熔池的目的(相当上述现有技术中的振荡处 理)，使晶粒细化，以改善焊缝组织、提高焊接接头性能。
对于不同的应用场合只需改变喷嘴主体1的口径、涡扇叶片2的数量及其 涡扇形状及尺寸、保护气体流量等参数，即可达到很好的搅拌焊接熔池提高焊 接接头性能的目的。
由于本喷嘴形成螺旋形的保护气流，很容易将周围空气巻入，因此在一些
对于防止空气巻入要求较为严格的焊接应用场合，可对焊接熔池搅拌喷嘴的末 端采用如图5所示的双层结构，此双层焊接熔池搅拌喷嘴末端结构是在上述焊 接熔池搅拌喷嘴10的喷嘴主体1的末端外面还固定套置有一个外管4，外管4 内壁与喷嘴主体1外壁之间具有一间距，该间距为2 10ram。本实施例中，外 管4与喷嘴主体1的固定是采用数根固定条5的两端分别与喷嘴主体1的外壁 与外管4内壁通过粘结胶粘接固定而成，该双层焊接熔池搅拌喷嘴的末端结构 使螺旋形保护气流外围形成一层保护气体的保护气流的近似层流层。 现对本实用新型的喷嘴与普通焊枪喷嘴的焊接进行对比实验。 两者的喷嘴孔径均为11.5mm，本实用新型的喷嘴圓柱孔3的直径d为 3.5mm,涡扇叶片2的螺旋角为20°左右，焊接1. 14mm厚B409L型冷轧不锈钢 板，采用直流正接，焊枪保护气体采用纯Ar气，流量为12L/min，背保护气也采用纯Ar气，钨极直径2. 4mm, 45°锥角，焊接工艺参数记录见表1。
表l:
喷嘴类型焊接电流(A)电压(V)焊速(mm/min )
普通焊枪喷嘴759. 0~ 9. 4400
焊接熔池搅拌喷嘴758. 9 ~ 9. 3400
实验结果，采用普通焊枪喷嘴进行焊接的焊接接头横向焊缝金相照片中所
示的晶粒度为4 ~ 5级；釆用本实用新型的喷嘴进行焊接的焊接接头横向焊缝金 相照片所示晶粒度为5~6级。可以看出，在同样的焊接工艺条件下，采用本实 用新型的喷嘴进行焊接比采用普通焊枪喷嘴进行焊接能够很明显细化焊缝金属 晶粒。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本 实用新型的目的，而并非用作对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质 范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求的范 围内。
权利要求1、一种气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于包括一喷嘴主体，为圆柱形喷嘴；在所述喷嘴主体的末端内侧固定设置数个分别与喷嘴主体的内壁具有一个螺旋角的涡扇叶片。
2、 如权利要求1所述的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于所述数个涡扇叶片是指3 ~ 15个涡扇叶片。
3、 如权利要求1或2所述的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于所述涡扇叶片的螺旋角为10° ~45° 。
4、 如权利要求1或2所述的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于所述数个涡扇叶片的中间形成一圓柱孔，圓柱孔的直径比焊接用的焊丝或鴒电才及的直径大1 ~ 5mm。
5、 如权利要求l所述的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于所述喷嘴主体的末端外面还固定套置有一个外管，外管内壁与喷嘴主体外壁之间具有2 ~ 10mm的间距。
6、 如权利要求5所述的气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，其特征在于所述外管与喷嘴主体之间设有数根固定条，固定条的两端分别与喷嘴主体外壁与外管内壁粘接固定。
专利摘要一种气体保护焊接熔池搅拌喷嘴，解决现有的气体保护焊接喷嘴喷出保护气体主要对熔滴和熔池保护的单一化作用的问题，要使喷嘴喷出保护气体对熔池有搅拌作用，以细化晶粒、改善焊缝组织。该喷嘴包括一喷嘴主体，为圆柱形喷嘴；在喷嘴主体的末端内侧固定设置数个分别与喷嘴主体的内壁具有一个螺旋角的涡扇叶片。本实用新型的喷嘴是在气体保护焊接时，利用喷嘴的涡扇叶片促成螺旋形保护气体流的形成，以形成螺旋吹力来搅拌焊接熔池，达到细化晶粒减少熔池区域化学成分不均匀性，从而提高焊缝金属的性能，全面改善焊接接头的质量。本实用新型还具有实施简单，无需添加额外的设备，且利用螺旋形保护气体来搅拌熔池不受周围磁场的影响。
文档编号B05B1/34GK201283468SQ20082015439
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者朱双春, 王宝森, 轲 许, 马朝晖 申请人:宝山钢铁股份有限公司