一种低背压穿透电弧焊接装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种低背压穿透电弧焊接装置及方法，通过抽气装置对低背压保护装置的中心负压腔进行抽气处理，使位于中心负压腔中的穿透电弧的尾焰和穿孔熔池的背面处在以氩气氛围的负压状态，使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度，进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性，并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。这种焊接装置及方法不仅极大了增加了常规穿透电弧焊接工艺的可焊厚度，而且通过维持熔池背面的负压状态，改善了穿孔焊接的焊缝背面成形。
【专利说明】一种低背压穿透电弧焊接装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低背压穿透电弧焊接装置及方法，属于焊接【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着现代工业向着大型化结构发展的趋势，中、超厚板的焊接结构应用越来越广泛，因此，对于焊接方法的要求也越来越高，传统上的焊接方法已经很难满足此类焊接的要求。对于压力容器、锅炉、铁轨、舰艇等厚壁金属结构的制造和大型工程建造现场作业中，大量厚板接头普遍采用大坡口多层多道MAG/MIG焊或埋弧焊，随着焊接结构板厚的不断增力口，上述方法已经表现出了很大的局限性和不适用性。最突出的表现就是由于厚板坡口面积的急剧增大而导致了焊接工作量成倍增加，消耗焊材多，生产效率低，焊接成本高。并且还会引起一些焊接缺陷如热输入量大、晶粒粗大、热影响区宽、焊接接头力学性能低和裂纹坐寸ο
[0003]等离子弧焊作为三大高能束技术，在电弧的能量密度和指向性上与传统的自由电弧相比有了明显的改善，其高的能量密度和极强的电弧穿透力，对于厚板的焊接具有明显的优势。穿孔等离子弧的能量密度介于激光焊与自由电弧之间，兼具了高能束与自由电弧的优点，焊接变形小，单面焊双面成型，成为了一种近乎无缺陷的焊接方法，而且设备的复杂程度与价格上与之激光、电子束相比，更有着明显的优势。然而，随着焊接板厚的增加，对等离子弧的穿透能力要求也越来越高，小孔失稳趋势增加，在热输入与小孔的稳定成形之间寻求一个较好的平衡是极其困难的，当被焊工件厚度达到一定数值时，等离子弧将无法穿透被焊工件。等离子弧的穿孔稳定性和在其焊接工艺方面进一步提高焊接板厚的成为了亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服了现有焊接方法的上述缺陷及不足，提供了一种低背压穿透电弧焊接装置及方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种低背压穿透电弧焊接装置及方法。
[0005]一种低背压穿透电弧焊接装置，包括焊枪和低背压保护装置，其中，所述低背压保护装置包括敞口的中心负压腔，其中所述低背压保护装置和所述焊枪位于焊接工件的两侦牝并且在焊枪的电弧穿透所述焊接工件时，所述穿透电弧尾焰位于所述中心负压腔中。
[0006]所述低背压保护装置还包括氩气腔，所述氩气腔位于中心负压腔的周围。
[0007]所述焊枪为能够形成穿透电弧焊接的焊枪。
[0008]所述低背压保护装置为柱状，其中，所述低背压保护装置的中心凹陷形成所述中心负压腔，围绕所述凹陷的外围凹槽形成所述氩气腔，其中所述低背压保护装置的底部设有与所述中心负压腔连通的底部接口，所述低背压保护装置的外壁上设有与所述氩气腔相连通的氩气接口，并且所述低背压保护装置的中心负压腔与所述焊接工件接触，所述低背压保护装置外围的氩气腔与所述焊接工件留有1-10_的微量间隙。
[0009]所述焊接装置还包括抽气装置、压力释放装置、压强显示装置、阀门和连接管，所述抽气装置、压力释放装置和阀门通过所述连接管顺次相连，并与所述低背压保护装置的底部接口相连通，构成由所述抽气装置至所述低背压保护装置的中心负压腔的气体管路，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。
[0010]所述低背压保护装置的外壁周围均匀地设有所述氩气接口。
[0011]一种使用所述低背压穿透电弧焊接装置的焊接方法，其特征在于:包括下述步骤:通过所述低背保护装置外围的氩气接口向所述低背压保护装置的氩气腔持续充入氩气，打开所述阀门，连通所述抽气装置至所述低背压保护装置底部接口处的气体管路，启动所述抽气装置，使所述低背压保护装置的中心负压腔处于负压状态；由所述焊枪在所述焊接工件上产生穿透电弧，使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度，进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性，并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。
[0012]焊接过程中所述焊枪和所述低背压保护装置始终处于所述焊接工件两侧相对位置，穿透电弧的尾焰始终处于所述低背压保护装置的中心负压腔中。
[0013]本发明的工作原理如下所述:该种焊接装置及方法在焊接工件的背面，与焊枪处于相对的位置处设有一个低背压保护装置，在焊接过程中，通过所述低背压保护装置的氩气腔持续的氩气供应，排出所述低背压保护装置周围的空气，通过对存在于抽气装置至所述低背压保护装置的气体管路进行抽气处理，使所述低背压保护装置的中心负压腔处于负压状态，焊接过程中，所述低背压保护装置的中心负压腔与焊接工件接触(这里考虑到与所述焊接工件接触可能有缝隙，但是由于中心负压腔外围的空气被氩气腔中流出的氩气排走，因此，所述低背压保护装置的中心负压腔处于氩气氛围的负压状态。)所述焊枪始终与所述低背压保护装置处于相对位置，穿透电弧的尾焰和穿孔熔池的背面始终处于所述低背压保护装置的中心负压腔的负压氩气氛围中，使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度，进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性，并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。
[0014]与现有技术相比，本发明的焊接装置及方法设备简单，操作简易，通过低背压保护装置的作用，这种焊接装置及方法不仅极大了增加了常规穿透电弧焊接工艺的可焊厚度，而且通过维持熔池背面的负压状态，改善了穿孔焊接的焊缝背面成形。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本焊接方法实施装置的示意图。
[0016]图2是本焊接方法以穿孔等离子弧焊焊接工件的一个【具体实施方式】的装置示意图。
[0017]图3是所述低背压保护装置结构的主视图。
[0018]图4是所述低背压保护装置结构的俯视图。
[0019]图5是所述低背压保护装置结构的左视图。
[0020]图中:1、焊接电源及其控制系统，2、焊枪，3、焊接工件，4、抽气装置，5、导气管路A，6、压力释放装置，7、压强显示装置，8、导气管路B，9、阀门，10、导气管路C，11、低背压保护装置，12、焊接电缆A，13、焊接电缆B，14、电弧，111、中心负压腔，112、氩气腔，113、底部接口，114、氩气接口。
【具体实施方式】
[0021]以下参考附图具体地说明本发明的实施方式。如图1所示为是本焊接方法实施装置的示意图，该低背压穿透电弧焊接装置主要包括焊接电源及其控制系统1、焊枪2、焊接工件3、抽气装置4、压力释放装置6、压强显示装置7、阀门9和低背压保护装置11，其中抽气装置4——导气管路A5——压力释放装置6——导气管路B8——阀门9——导气管路ClO——低背压保护装置11组成一路气体管路，压强显示装置7与压力释放装置6相连通，焊接电源及其控制系统I——焊接电缆A12——焊接工件3—焊枪2——焊接电缆B13——焊接电源及其控制系统I，构成一路电气回路，该焊接方法有关焊枪必须的气路和水路连接法都是常规接法，所以不再进行说明。
[0022]下面结合图2至图5，以穿孔等离子弧焊接为具体实例对该焊接装置及方法的步骤进行详细说明:
[0023]首先，将焊接工件3及相匹配的焊丝准备就绪，等离子焊枪2处于焊接工件3的一侧，距离焊接工件3合适位置，低背压保护装置11在焊接工件3的另一侧，使低背压保护装置11的中心负压腔111与等离子焊枪2处于相对中的位置，且中心负压腔111的开口端与焊接工件3接触，等离子焊枪必需的气路和水路按照常规方法连接，确保抽气装置4——导气管路A5—压力释放装置6—导气管路B8—阀门9—导气管路ClO——低背压保护装置11这一路正确连接。然后，通过低背压保护装置11周围的氩气接口 114向氩气腔112内持续的充入氩气，打开阀门9，启动抽气装置4，通过抽气装置4对由抽气装置4至低背压保护装置11底部接口 113的气体管路进行抽气处理，使低背压保护装置11的中心负压腔111处于氩气氛围的负压状态，通过压强显示装置7可以观测该气体管路的压强值，待达到预设的压强值，启动焊接电源及其控制系统I，在焊接工件3上建立穿孔等离子电弧14。焊接过程中，可以另焊接工件3运动，等离子焊枪2与低背压保护装置11的中心负压腔111始终处于相对中的位置，低背压保护装置11的中心负压腔111为穿孔等离子弧和穿孔熔池的背面提供负压的氩气氛围，使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度，进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性，并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。
【权利要求】
1.一种低背压穿透电弧焊接装置，其特征在于:包括焊枪和低背压保护装置，其中所述低背压保护装置包括敞口的中心负压腔，其中所述低背压保护装置和所述焊枪位于焊接工件的两侧，并且在焊枪的电弧穿透所述焊接工件时，穿透电弧的尾焰位于所述中心负压腔中。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于:所述低背压保护装置还包括氩气腔，所述氩气腔位于中心负压腔的周围。
3.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于:所述焊枪为能够形成穿透电弧焊接的焊枪。
4.根据权利要求1-2所述的装置，其特征在于:所述低背压保护装置为柱状，其中，所述低背压保护装置的中心凹陷形成所述中心负压腔，围绕所述中心凹陷的外围凹槽形成所述氩气腔，其中所述低背压保护装置的底部设有与所述中心负压腔连通的底部接口，所述低背压保护装置的外壁上设有与所述氩气腔相连通的氩气接口，并且所述低背压保护装置的中心负压腔与焊接工件接触，所述低背压保护装置的氩气腔与所述焊接工件留有1-10_的微量间隙。
5.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于:所述焊接装置还包括抽气装置、压力释放装置、压强显示装置、阀门和连接管，所述抽气装置、压力释放装置和阀门通过所述连接管顺次相连，并与所述低背压保护装置底部接口相连通，构成由所述抽气装置至所述低背压保护装置的中心负压腔的气体管路，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于:所述低背压保护装置的外壁周围均匀地设有所述氩气接口。
7.一种根据使用权利要求1-6中任一项所述的装置的焊接方法，其特征在于:包括下述步骤:通过所述低背保护装置外围的氩气接口向所述低背压保护装置的氩气腔持续充入氩气，打开阀门，连通抽气装置至所述低背压保护装置底部接口的气体管路，启动所述抽气装置，使所述低背压保护装置的中心负压腔处于负压状态；由所述焊枪在所述焊接工件上产生穿透电弧，使穿孔熔池形成从熔池正面指向背面的压力梯度，进一步增强穿透电弧于熔池正面的挺度和电弧稳定性，并在不改变穿孔熔池正面受力分布和温度梯度的前提下提高穿透电弧的穿孔能力。
8.根据权利要求7中所述的焊接方法，其特征在于:焊接过程中所述焊枪和所述低背压保护装置始终处于所述焊接工件两侧相对位置，穿透电弧的尾焰始终处于所述低背压保护装置的中心负压腔中。
【文档编号】B23K9/16GK104227191SQ201410458970
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】蒋凡, 王建新, 陈树君, 盛珊, 张亮 申请人:北京工业大学