本发明涉及水下湿法焊接领域，具体涉及一种水下湿法焊接气泡调控装置。
背景技术：
随着海洋工程技术的快速发展，对于水下湿法焊接的需求日益广泛，例如，海上工作平台、海底石油管道、近海工程结构物等的建造与修复，这是由于水下湿法焊接具有成本低、设备简单、适应性强的优点。
水下湿法焊接是在水中直接对工件进行施焊的焊接方法，焊接过程中，电弧与水之间没有任何机械保护措施，电弧仅靠焊接过程中产生的电弧气泡与周围的水隔开获得保护。其中，电弧气泡是气体在电弧周围形成的气泡，形成电弧气泡的气体包括电弧热分解水产生的氢气和氧气以及电极材料燃烧产生的水蒸气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等。
在水下湿法焊接的过程中，电弧气泡处于亚稳定状态，会不断的长大、破裂、上浮逸出，与此同时新的气泡形成，周期循环，如图1所示。
在电弧气泡上浮过程中焊接熔滴会受到气体拖拽力的作用，阻碍熔滴过渡，焊接熔滴容易被排斥偏离焊丝轴线，形成排斥过渡，造成焊接电弧不稳定，容易产生飞溅，影响焊接接头质量。
气泡的稳定存在是水下湿法焊接得以稳定进行的关键，然而，目前对水下湿法焊接的研究主要集中在对焊接材料的改进及优化，对于如何消除气泡上浮对熔滴过渡造成的不利影响，研究很少，不利于水下焊接技术获得长足发展和推广应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水下湿法焊接气泡调控装置，用以解决水下湿法焊接中电弧气泡上浮造成的焊接接头质量有待提高的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水下湿法焊接气泡调控装置，包括相互连接的固定装夹部和气泡调控部，在所述固定装夹部上设置有用于固定水下湿法焊枪的固定部，所述气泡调控部设置有通孔，所述通孔用于穿过焊丝或者焊条，所述气泡调控部的下端面用于调控电弧气泡的扩散，所述焊丝或者焊条的焊接端暴露在所述气泡调控部的下端面的下侧。
优选地，所述气泡调控部的下端面为平面或者内凹面。
优选地，所述内凹面为球面或者椭球面。
优选地，所述固定部为设置在所述固定装夹部上的贯穿孔，所述贯穿孔内设置有定位结构，所述定位结构用于对所述水下湿法焊枪进行定位。
优选地，所述贯穿孔包括阶梯孔，所述阶梯孔包括大直径段和小直径段，在所述大直径段和小直径段的连接处形成台阶面，所述台阶面形成定位结构。
优选地，在所述台阶面上设置有密封件，用于对所述贯穿孔和水下湿法焊枪之间的间隙的密封。
优选地，所述贯穿孔和水下湿法焊枪之间具有间隙；优选地，所述贯穿孔的内壁和水下湿法焊枪的外壁之间的最小间隙为1-2mm。
优选地，在所述气泡调控部的下端面上沿所述通孔的径向设置有尾孔，用于容纳焊接过程中形成的焊缝。
优选地，所述尾孔的横截面的尺寸大于所述焊缝的余高。
优选地，所述气泡调控部的材质为紫铜。
有益效果：
本发明中的水下湿法焊接气泡调控装置，利用气泡调控部的下端面调控电弧燃烧过程中产生的电弧气泡上浮，降低气泡上浮速度，更大限度的减小气体拖拽力对熔滴过渡的影响，提高了焊接电弧稳定性，提高了焊接接头的质量。
本发明中的水下湿法焊接气泡调控装置，气泡调控部的下端面和待焊接工件之间的气体环境隔绝了水与电弧的直接接触，使得气泡调控部和待焊接工件之间的水下湿法焊接类似于水下局部干法焊接，对水下湿法焊接起到气体保护作用，提高了焊接接头质量。
本发明中的水下湿法焊接气泡调控装置，结构简单，加工成本低，操作简单，适应性强，易于推广。
综上，本发明的水下湿法焊接气泡调控装置，能够使得水下湿法焊接的焊接接头质量提高，且结构简单，加工成本低，操作简单，适应性强，易于推广。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚。
图1是背景技术中焊丝水下湿法焊接电弧气泡上浮动态示意图，其中，a为电弧熄弧时；b为电弧开始燃烧时；c为电弧稳定燃烧时；
图2是本发明具体实施方式中气泡调控部的下端面为椭球面时水下湿法焊接过程侧视图；
图3是本发明具体实施方式中气泡调控部的下端面为平面时水下湿法焊接过程侧视图；
图4是本发明具体实施方式中水下湿法焊接过程立体示意图。
图中：
1、固定装夹部；11、固定部；111、大直径段；112、小直径段；
2、水下湿法焊枪；
3、气泡调控部；31、通孔；32、尾孔；
4、电弧气泡；
5、焊丝或者焊条；
6、密封装置；
7、待焊接工件；
8、导电嘴；
9、电弧。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
如图2至图4所示，本发明公开了一种水下湿法焊接气泡调控装置，包括相互连接的固定装夹部1和气泡调控部3，在所述固定装夹部1上设置有用于固定水下湿法焊枪2的固定部11，该固定部11例如可以为设置在所述固定装夹部1上的贯穿孔，该贯穿孔用于容纳且固定水下湿法焊枪2；所述气泡调控部3设置有通孔31，通孔31用于穿过焊丝或者焊条5；气泡调控部3的下端面用于调控电弧气泡4的扩散。
本发明中的固定装夹部1和气泡调控部3可以一体成型，也可以通过螺纹、焊接等方式固定连接成一个整体。
本发明中，当水下湿法焊枪2设置在固定装夹部1上后，焊丝或者焊条5穿过气泡调控部3的通孔31。优选地，焊丝或者焊条5与气泡调控部3的通孔31之间存在间隙，且焊丝或者焊条5的焊接端暴露在气泡调控部3的下端面的下面。
本发明中，焊丝可以为药芯焊丝。
本发明中，气泡调控部3的下端面不仅对电弧气泡4的上升起阻碍作用，而且对电弧气泡4的上升起导向作用。具体地，气泡调控部3的下端面为平面或者内凹面。内凹面的内凹侧与待焊接工件7相对。优选地，所述内凹面为球面或者椭球面，可实现对气泡的更好的导向。
本发明中，气泡调控部3的下端面的形状固定后，气泡调控部3的下端面的尺寸参数也会对电弧气泡4的上浮造成影响，例如，当气泡调控部3的下端面为平面时，平面的面积越大，电弧气泡4的上浮速度越慢，平面的面积越小，电弧气泡4的上浮速度越块；当气泡调控部3的下端面为球面时，球面的表面积越大，电弧气泡4的上浮速度越慢，球面的表面积越小，电弧气泡4的上浮速度越块；当气泡调控部3的下端面为椭球面时，椭球面的表面积越大，电弧气泡4的上浮速度越慢，椭球面的表面积越小，电弧气泡4的上浮速度越块。优选地，所述气泡调控部3的下端面的面积为300mm2-3000mm2。
本发明中，固定部11设置有定位结构，定位结构用于对水下湿法焊枪2位于固定部11的位置进行定位。优选地，所述固定部为贯穿孔，所述贯穿孔的一部分为阶梯孔，另一部分为锥形孔。所述阶梯孔包括大直径段111和小直径段112，阶梯孔的小直径段112与锥形孔的大径端对应。在所述大直径段111和小直径段112的连接处形成台阶面，所述台阶面为定位结构。当然，也可以采用其它定位结构，例如，螺丝定位。
上述贯穿孔一方面保证至少水下湿法焊枪2的导电嘴8设置在贯穿孔的内部，另一方面保证水下湿法焊枪2的导电嘴8固定焊丝或者焊条5后，焊丝或者焊条5的焊接端能够暴露在气泡调控部3的下端面以下，进而能够进行顺利焊接。
优选地，所述贯穿孔和水下湿法焊枪2之间存在间隙。优选地，所述贯穿孔的内壁和水下湿法焊枪2的外壁之间的最小间隙为1-2mm，如此，使得水下湿法焊枪2能够方便地安装于固定装夹部1内，并能够方便地对所述水下湿法焊枪2进行操作。
优选地，贯穿孔和通孔31之间同心设置，从而保证顺利安装水下湿法焊枪2和焊丝或者焊条5。
优选地，贯穿孔内侧与水下湿法焊枪2之间设置有密封装置6。具体地，所述密封装置6设置在水下湿法焊枪2和大直径段111、小直径段112连接处形成的台阶面上，这样能够实现对贯穿孔和水下湿法焊枪2之间的间隙很好的密封，当焊接过程中形成的电弧气泡4上浮时，可阻止电弧气泡4从水下湿法焊枪2与贯穿孔之间的间隙上浮，从而减少电弧气泡4的上升路径，减缓电弧气泡4的上升速度，进而稳定焊接电弧9，增加焊接接头的质量。
具体地，在气泡调控部3的下端面上沿通孔31径向设置有尾孔32，用于容纳焊接过程中形成的焊缝，该尾孔32的横截面的尺寸大于焊接形成的焊缝的余高。利用焊接将两个待焊接工件7固定在一起后，形成的焊缝会比待焊接工件7的表面高，即形成余高，余高会使得气泡调控部3的下端面与待焊接工件7的上表面之间形成侧隙，从而使得电弧气泡4从这个侧隙上浮，而设置尾孔32可以使得焊缝容纳于尾孔32中，避免了气泡调控部3的下端面与待焊接工件7的上表面之间的侧隙，从而减少电弧气泡4上升的路径，减缓电弧气泡4上升的速度，稳定焊接电弧9，增加焊接接头的质量。
优选地，气泡调控部3的材质为紫铜。由于焊接是利用局部高温熔化待焊接工件7以及焊丝或者焊条5，从而使得待焊接工件7固定连接在一起的连接方式，所以在焊丝或者焊条5和待焊接工件7之间的局部区域，温度很高，为了使得气泡调控部3能够不被焊接电弧9的高温破坏，气泡调控部3的材质应该采用高热导率的材质，而紫铜的热导率很高，能够及时将热量传导到周围的水中，不被熔化，满足使用要求。
利用本发明的水下湿法焊接气泡调控装置进行水下湿法焊接时，通过电极燃烧一方面将待焊接工件7熔化，另一方面将焊丝或者焊条5熔化，然后凝固实现焊接。
利用本发明的水下湿法焊接气泡调控装置进行水下湿法焊接时，电弧气泡4的产生原理和现有技术的产生原理一样，但是在电弧气泡4上浮时，电弧气泡4会受到气泡调控部3的下端面的调控作用，电弧气泡4上升的速度下降，气泡调控部3下端与待焊接工件7之间单位体积内的电弧气泡4数量增加，电弧周围形成更多的电弧气泡空腔，从而使得待焊接工件7和气泡调控部3之间形成类似于水下局部干法焊接的局部区域，对水下湿法焊接起到气体保护作用，获得经机械辅助强化的水下湿法焊接接头，焊接接头的质量得到提高。
利用本发明的水下湿法焊接气泡调控装置进行水下湿法焊接时，电弧气泡4的上升速度下降，从而使得气体对熔滴过渡的拖拽力减少，增加了焊接电弧9的稳定性，从而减少飞溅，增加了焊接接头的质量。
本发明的水下湿法焊接气泡调控装置，控制电弧气泡4的方式有以下几种：
1、通过气泡调控部3的下端面到待焊接工件7表面的距离实现对电弧气泡4的控制；
2、通过气泡调控部3的下端面的形状实现对电弧气泡4的控制；
3、通过气泡调控部3的下端面的端面尺寸大小实现对电弧气泡4的控制。
下面通过实施例一和实施例二进一步对本发明的水下湿法焊接气泡调控装置进行介绍。
实施例一
步骤一、将黄铜棒内孔机械加工成与水下湿法焊枪2相匹配的形状，形成固定装夹部1，固定装夹部1和水下湿法焊枪2留有间隙，间隙宽度选取为1-2mm；
步骤二、在紫铜棒的轴心开设通孔31，通孔31直径选取为1-5mm，将紫铜棒下端面设置成平面、椭球面或者球面，形成气泡调控部3，固定装夹部1与气泡调控部3通过螺纹连接；
步骤三、将水下湿法焊枪2伸入到固定装夹部1的贯穿孔，焊丝或者焊条5穿入气泡调控部3的通孔31，固定装夹部1的贯穿孔的台阶面与水下湿法焊枪2通过密封装置密封；
步骤四，用夹具将待焊接工件7固定，气泡调控部3的下端面与待焊接工件7上表面的距离设置为1-15mm，使得导电嘴8下端部到待焊接工件7上表面的距离为10mm；
步骤五，选取焊接电流100a，电弧电压20v，焊接速度20mm/min，进行水下湿法焊接。
本实施例中，待焊接工件7为钢板，进一步地，钢板为普通低碳钢、低合金钢或者是不锈钢。焊丝的直径为1.0-1.6mm，焊条的直径为3.2mm。焊丝或者焊条5参数的选择根据待焊接工件7的厚度确定。紫铜棒的厚度为20mm。密封装置为密封线圈。气泡调控部3的下端面设置有尾孔32，尾孔32尺寸大于焊接过程产生的余高，保证焊缝余高不会与气泡调控部3的下端面接触。
实施例二：
步骤一、将黄铜棒内孔机械加工成与水下湿法焊枪2相匹配的形状，形成固定装夹部1，固定装夹部1和水下湿法焊枪2留有间隙，间隙宽度选取为1-2mm；
步骤二、在紫铜棒的轴心开设通孔31，通孔31直径选取为1-5mm，将紫铜棒下端面设置成平面、椭球面或者球面，形成气泡调控部3，固定装夹部1与气泡调控部3通过螺纹连接；
步骤三、将水下湿法焊枪2伸入到固定装夹部1的贯穿孔，焊丝或者焊条5穿入气泡调控部3的通孔31，固定装夹部1的贯穿孔的台阶面与水下湿法焊枪2通过密封装置密封；
步骤四，用夹具将待焊接工件7固定，气泡调控部3的下端面与待焊接工件7上表面的距离设置为1-15mm，使得导电嘴8下端部到待焊接工件7上表面的距离为30mm；
步骤五，选取焊接电流300a，电弧电压40v，焊接速度600mm/min，进行水下湿法焊接。
本实施例中，待焊接工件7为钢板，进一步地，钢板为普通低碳钢、低合金钢或者是不锈钢。焊丝的直径为1.0-1.6mm，焊条的直径为3.2mm。焊丝或者焊条5参数的选择根据待焊接工件7的厚度确定。紫铜棒的厚度为60mm。密封装置为密封线圈。气泡调控部3的下端面设置有尾孔32，尾孔32尺寸大于焊接过程产生的余高，保证焊缝余高不会与气泡调控部3的下端面接触。
综上，本发明的水下湿法焊接气泡调控装置，能够使得水下湿法焊接的焊接接头质量提高，且结构简单，加工成本低，操作简单，适应性强，易于推广。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。