专利名称：等离子涂层连续焊条的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接材料，特别是用于自动或半自动电弧焊的等离子涂层连续焊条。
普通的电弧焊过程都会伴随等离子流的产生，同时也会有一些微弱的等离子效应。若要获得强大的等离子流并进行等离子弧焊接，则必须大幅度提高电弧弧柱的单位面积功率，即弧柱的能量密度，使之达到105～106W/cm2。而普通电弧焊的能量密度仅有103～104W/cm2。显然，要提高弧柱的能量密度，最有效的手段就是缩小弧柱的截面积，将原来呈发散状态的粗大电弧柱压缩为集中状态的微细电弧柱。由于普通电弧的温度高达4000℃，等离子弧的温度则更高，任何固体物质都会被其熔化，因此压缩电弧在工业实施过程中存在极大的困难。
目前比较成功地获得强大等离子流并已形成工业化焊接设备的方法是在沿着电弧的发射方向设置一个带水套冷却的喷嘴，让压缩气体和电弧强迫通过这个喷嘴喷出，达到利用气体来压缩电弧并诱发电弧冷收缩和磁收缩的目的。
这种方法虽然应用已久，但是在焊接过程中特别是中厚板的焊接上依然存在许多严重问题，目前社会公认的缺陷和弊端有1、起约束电弧作用的喷嘴由于受高能等离子弧的热影响，极易烧坏，使用寿命大大缩短。
2、对喷嘴的构造、钨极的安装要求很高，否则容易产生双弧弊端，导致焊丝与钨极、喷嘴之间的短路。
3、由于熔化极与等离子弧电极不能合二为一，为了产生强烈的等离子弧和添加填充金属，必须配置下降特性和平特性两套独立电源。
4、供气系统庞大。为了保证焊接时既能形成强大的等离子弧，又能保护焊接区域，必须提供焊接和保护两条供气线路，随之又带来了供气安全问题。
5、整个焊枪结构及电气控制线路复杂，费用昂贵。
认真分析前面所述的现有等离子焊接设备的缺点，不难发现其症结问题都是由于“气体压缩电弧”而引起。假若不利用“气体压缩”而直接运用固体喷嘴压缩电弧的话，不但使一切弊病和缺点彻底解决，同时也使等离子流形成过程大大简化。
那么用什么固体材料做成的喷嘴能经受得起4000℃高温电弧的冲击？显然静态的固体是不存在的。
本发明的目的就是提供一种利用固体相对运动原理制造出来的等离子涂层连续焊条，采用这种焊条进行等离子焊接时，在焊条端部会自动形成一个不断消耗的、但又是连续稳定的等离子动态固体喷嘴，它可以根治由于气体压缩电弧所带来的一切弊病，同时又能彻底解决等离子弧源和填充金属电源不能合一的严重缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的与普通的连续涂层焊条的区别特征是焊条药皮与焊芯的熔点比为0.90～1.05，重量比为0.9～1.1，而且该种等离子涂层连续焊条的电接点节距被控制在20～40mm之间。
使用该种焊条，在焊接时焊条端部会自动形成由药皮组成的、其长度为焊芯直径的1.1～2.5倍的不断消耗且又连续稳定的固体电弧喷嘴，而电接点节距长度的控制使得焊接电流进一步提高，因而本发明既保留了普通电弧焊的优点，同时又利用自耗的药皮喷嘴代替焊枪喷嘴，实现自熔电极的等离子弧焊，简化了焊接电源及控制线路，省略了供气供水系统，消除等离子焊接设备长期以来无法克服的严重缺点。
下面结合附图对如何实现本发明作详细阐述
图1为等离子涂层连续焊条结构示意图2为等离子涂层连续焊条焊芯熔化速度曲线图；图3为等离子涂层连续焊条药皮喷嘴结构示意图；图4为Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条焊芯熔化速度曲线图；图5为Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条药皮熔化速度曲线图。
图1所示的结构中，d为焊芯直径，D为焊条外径，L为电接点节距，Vf为外施电弧电压；并定义If为电弧电流，G1为焊芯重量，G2为药皮重量，K1、K2分别为焊芯和药皮的熔点。
假设在Vf的作用下，焊芯的熔化速度为f(v1)，药皮的熔化速度为f(v2)，显然f(v1)必须是满足焊接工艺规范的要求的，通常在焊接电流恒定的情况下，f(v1)基本上是一条水平的直线，唯在通过电接点时稍有波动，如图2所示。而药皮的熔化速度f(v2)在满足焊接工艺条件的基础上，还受两个物理特性的影响而发生变化①众所周知，药皮是由多种矿物质、铁合金、岩石和有机物等成份组成的混合物，这种混合物的熔点K2随其配方的不同而不同，因此在满足指定焊接工艺规范的基础上，可以通过调整配方来获得各种不同的熔点；而药皮熔点的高低，会直接影响药皮的熔化速度。
②药皮的重量G2也是直接影响药皮熔化速度的重要物理因素。
前面所述静态的电弧固体喷嘴是不可能存在的，然而让药皮的熔化速度f(v2)按特定的规律滞后于焊芯的熔化速度f(v1)，则两者相对运动的速度差值，必然会由药皮自动形成一个固体的喷嘴，如图3所示，其喷嘴长度为H，喷嘴端部截面直径为d1。
通过对各种类型的涂层连续焊条的实验，发现在药皮配方时，若使药皮的熔点K2＝(0.90～1.05)K1，同时使其重量G2＝(0.9～1.1)G1，则药皮的熔化速度f(v2)和焊芯的熔化速度f(v1)的差值会形成一个长度为(1.1～2.5)d的稳定的药皮喷嘴。
以Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条为例，当Vf＝60V，If＝200A时，经过反复实验可以得到如图4和图5所示形状的速度曲线，其中药皮的熔化速度曲线是一条受焊条电接点影响的周期函数曲线，其周期T随电接点节距的不同而变化，t2是形成药皮喷嘴的时间。将两图曲线相减，可得药皮喷嘴长度HH=(∫otf(v1)dt-∫otf(v2)dt)/|t/T|]]>当K2＝0.98K1，G2＝G1时，根据曲线计算所得的H＝2.6mm，约为焊芯直径d的1.85倍，实际测得的药皮喷嘴长度平均为2.5mm；当K2＝0.90K1，G2＝0.9G1时，根据曲线计算所得的H＝1.6mm，约为焊芯直径d的1.1倍，实际测得的药皮喷嘴长度平均为1.5mm；当K2＝1.05K1，G2＝1.1G1时，根据曲线计算所得的H＝3.5mm，约为焊芯直径d的2.5倍，实际测得的药皮喷嘴长度平均为3.5mm；实测结果与计算值均相接近或相等。其余规格的焊条试验结果均如此。
综上所述，只要将药皮与焊芯的熔点比控制在0.90～1.05，重量比控制在0.9～1.1，药皮的喷嘴长度就能始终稳定在(1.1～2.5)d的范围内，只有这样的喷嘴才能保证具有很好的电弧压缩的发射直线度。象普通的连续涂层焊条，虽然也能在焊接时形成微小的固体喷嘴，但因喷嘴长度过小，电弧呈发散状态，喷嘴不能压缩电弧以集中能量；另一方面，如果喷嘴长度过长，电弧就不能连续稳定燃烧。
那么由此喷嘴压缩的电弧能量密度是否能达到等离子焊接的技术要求呢？首先焊条的电接点节距要控制在20～40mm之间，使焊条能实现大电流焊接。
仍以Φ1.4mm的等离子涂层连续焊条为例，当电接点间节距选择为38.1mm，最大焊接电流可达250A以上，取Vf＝60V，If＝200A，焊条喷嘴直径d1为1.8mm，根据电弧能量密度近似公式计算p=VfIf/S=4VfIf/πd12]]>＝4×60×200/[3.14×(1.8×10-1)2]＝4.8×105W/cm2计算结果表明这种固体等离子喷嘴压缩电弧的效果是很好的。
本发明仅对药皮的配方、重量和电接点间节距作了进一步限制，却使连续涂层焊条上升为等离子涂层连续焊条，实现了涂层焊条的等离子弧焊。
权利要求
1.一种用于连续电弧焊的等离子涂层连续焊条，包括焊芯和包覆其外的药皮，单根长度大于0.5米，每隔一定长度节距处开制电接点，便于导电，其特征在于所述的焊条药皮与焊芯的熔点比为0.90～1.05，重量比为0.9～1.1。
2.根据权利要求1所述的等离子涂层连续焊条，其特征在于所述的电接点间节距为20～40mm。
全文摘要
本发明公开了一种等离子涂层连续焊条，焊条药皮与焊芯的熔点比为0.90～1.05，重量比为0.9～1.1，电接点间节距为20～40mm，在焊接过程中药皮喷嘴长度H稳定在焊芯直径的1.1～2.5倍之间，自动形成一个不断消耗但又是连续稳定的动态固体喷嘴，实现了小电流普通电弧焊，大电流等离子弧焊的焊接方式，从而根治了由于气体压缩电弧所带来的一切弊端，同时又解决了等离子弧源和填充金属电源不能合一的严重缺陷。
文档编号B23K35/22GK1144148SQ9510440
公开日1997年3月5日 申请日期1995年4月14日 优先权日1995年4月14日
发明者倪雪丰, 倪建明 申请人:倪雪丰, 倪建明