雙絲水下溼法焊接裝置及方法
2023-06-06 18:42:56 1
雙絲水下溼法焊接裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙絲水下溼法焊接裝置及方法，所述焊接裝置包括主焊槍電源、從焊槍電源、主送絲機、從送絲機、主焊槍和從焊槍，所述主焊槍和從焊槍分別與主焊槍電源和從焊槍電源連接，主焊絲和從焊絲分別通過所述主送絲機、從送絲機運送到主焊槍、從焊槍的端部，所述主焊槍和從焊槍分別與焊接工件之間成一定角度設置，並且所述主焊槍前端和從焊槍前端之間保持一定的距離。本發明中的主從焊槍中的兩根焊絲互為加熱，充分利用電弧的能量，從而大大提高熔敷率，解決水下溼法焊接熔池與母材不能充分熔合的問題。
【專利說明】
雙絲水下溼法焊接裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水下焊接【技術領域】，具體涉及一種引弧性好、提高電弧穩定燃燒，獲得高質量的水下溼法焊接接頭的雙絲水下溼法焊接裝置及方法。
【背景技術】
[0002]雙絲焊接顧名思義使用兩根焊絲同時焊接，相互加熱，充分利用電弧的能量，提高熔敷效率和焊接速度，並且熔池尺寸較大，高溫停留時間長，冷卻速度慢，加上雙電弧強烈的攪拌作用，使得熔池中的氣體有充足的時間析出，氣孔傾向低，目前已經成功應用在汽車、造船、壓力容器、發電設備等領域。
[0003]隨著對海洋的開發，水下焊接已經成為海洋結構安裝和維修的重要技術手段。但是水下環境使得水下焊接過程比路上複雜得多，並且會產生各種各樣陸地未出現的問題。目前水下焊接主要有幹法、溼法和局部幹法三種，其中幹法和局部幹法雖然安全性好、焊縫成形美觀，但由於其需要特製的設備來排除水的幹擾，造價高、難度大，應用不普遍；溼法焊接是在水下直接施焊，電弧是在氣泡中燃燒，這種方法不需要其他輔助設備，應用最多。但是由於水的存在，會造成焊縫含氫量高；冷卻速度快，會使焊縫產生淬硬組織；電弧環境壓力高會造成電弧弧柱變細，焊縫寬度變窄，焊縫高度增加，同時導電介質密度增加，增加電離難度，電弧電壓隨之升高，電弧穩定性降低。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種焊接電弧燃燒穩定，冷卻速度慢，降低熄弧率的雙絲水下溼法焊接裝置及方法，以獲得成形無缺陷、質量高的焊接接頭。
[0005]根據本發明的第一方面，提供一種雙絲水下溼法焊接裝置，包括主焊槍電源、從焊槍電源、主送絲機、從送絲機、主焊槍和從焊槍，所述主焊槍和從焊槍分別與主焊槍電源和從焊槍電源連接，主焊絲和從焊絲分別通過所述主送絲機、從送絲機運送到主焊槍、從焊槍的端部，所述主焊槍和從焊槍分別與焊接工件之間成一定角度設置，並且所述主焊槍前端和從焊槍前端之間保持一定的距離。
[0006]優選地，還包括用於固定所述主焊槍和從焊槍的十字滑臺，所述十字滑臺包括連接主焊槍的主卡具，連接從焊槍的從卡具以及調節整體高度的滑塊，所述滑塊位於所述主卡具和從卡具之間，並與所述主卡具和從卡具相連接，所述主卡具、從卡具相對於所述滑塊可以轉動和/或移動。
[0007]優選地，所述主卡具和從卡具均包括位於所述滑塊兩側的連接部，所述鉸軸由螺栓構成，在螺栓的端部設置有夾緊螺母，和/或在所述滑塊的兩側設置有開口，所述鉸軸插入所述開口內，並能夠在該開口內左右移動。
[0008]優選地，所述主焊槍包括主圓套管、主絕緣柔性管、主上銅管、主下銅管和主導電嘴，所述主絕緣柔性管套裝在所述主焊絲的外側，主圓套管位於所述主上銅管和主下銅管之間，並與所述主上銅管和主下銅管相連接，連接之後的主圓套管、主上銅管和主下銅管套裝在所述主絕緣柔性管的外側，所述主導電嘴位於所述主絕緣柔性管的前端，所述主導電嘴與所述焊接工件之間成一定角度設置。
[0009]優選地，所述從焊槍與所述主焊槍的結構相同，包括從圓套管、從絕緣柔性管、從上銅管、從下銅管和從導電嘴，所述從絕緣柔性管套裝在所述從焊絲的外側，從圓套管位於所述從上銅管和從下銅管之間，並與所述從上銅管和從下銅管相連接，連接之後的從圓套管、從上銅管和從下銅管套裝在所述從絕緣柔性管的外側，所述從導電嘴位於所述從絕緣柔性管的前端，所述從導電嘴與所述焊接工件之間成一定角度設置。
[0010]優選地，所述主導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?60。或60?120 ° ；所述從導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為90 °。
[0011]優選地，所述主焊絲採用實芯焊絲，所述從焊絲採用藥芯焊絲；或者，所述主焊絲採用藥芯焊絲，所述從焊絲採用實芯焊絲。
[0012]優選地，所述主絕緣柔性管和/或從絕緣柔性管的材質為聚四氟乙烯。
[0013]根據本發明的第二方面，提供一種用雙絲焊接裝置進行水下溼法焊接的方法，所述雙絲焊接裝置包括主焊槍、從焊槍、主焊絲、從焊絲和運動機構，其特徵在於，包括如下步驟:
[0014]步驟一，準備工作:將焊接工件夾在水下夾持板上，調節雙絲焊槍導電嘴端部與焊接工件表面之間的距離為10?20mm ；
[0015]步驟二，從焊絲引燃焊接:啟動從焊槍電源，調節焊接參數，焊接電流150?300A，焊接電壓20?40V ；
[0016]步驟三，主焊絲引燃焊接:待步驟二完成O?10s，從焊絲起弧燃燒穩定，形成渣-氣保護後，啟動主焊槍電源，調節焊接參數，焊接電流100?200A，焊接電壓21?39V ;
[0017]步驟四，運動機構啟動:待步驟三主焊絲起弧後，啟動運動機構，進行施焊。
[0018]步驟五，整理工作:施焊完成後，首先關閉主焊槍電源，再關閉從焊槍電源，最後關閉運動機構電源，焊接結束。
[0019]優選地，所述主焊絲採用實芯焊絲，所述從焊絲採用藥芯焊絲；或者，所述主焊絲採用藥芯焊絲，所述從焊絲採用實芯焊絲。
[0020]優選地，所述主焊槍的導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為30?60 °;所述從焊槍的導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為90 °。
[0021]本發明提供的水下溼法焊接裝置及方法中，由於主焊絲與從焊絲成一定角度設置，可以先引燃從焊絲，產生造氣和造渣功能，在電弧周圍形成氣囊，排除水的影響，在從焊絲電弧穩定燃燒後，將主焊絲伸入氣囊中，並引燃主焊絲，使主焊絲電弧在氣氛圍中進行焊接，實現水下溼法焊接電弧穩定燃燒。同時，本發明中的雙絲水下溼法焊接裝置中的主焊槍和從焊槍分別與十字滑臺相連接，可以方便地調節焊絲端部與焊接工件的角度和距離，並且採用獨立的焊接電源，獨立的送絲機構，焊接參數獨立可調，而且可以使用不同直徑、不同材質的焊絲，使主焊絲與從焊絲形成共熔池,完成焊接過程。
[0022]本發明中的兩根焊絲互為加熱，充分利用電弧的能量，從而大大提高熔敷率，解決水下溼法焊接熔池與母材不能充分熔合的問題；優選地，主焊絲採用實芯焊絲，從焊絲採用藥芯焊絲，藥芯焊絲具有造氣和造渣功能，造氣使電弧周圍形成氣囊，造渣能夠提高焊縫金屬的合金化，降低水對電弧的影響，可以促進熔滴過渡，這就解決了水下溼法焊接熔滴不易過渡到母材的問題；相比於單絲水下溼法焊接，雙絲焊接共熔池的尺寸較大，高溫停留時間長，冷卻速度慢，減少淬硬組織的出現，並提高焊縫寬度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中:
[0024]圖1為本發明雙絲水下溼法焊接裝置的整體結構示意圖；
[0025]圖2為本發明中十字滑臺的俯視圖；
[0026]圖3為本發明中滑塊的主視圖；
[0027]圖4為圖1中焊槍與焊接工件接觸部分放大圖；
[0028]圖5為實施例二中水下焊接電弧形式示意圖；
[0029]圖6為實施例三中水下焊接電弧形式示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下將參照附圖更詳細地描述本發明的各種實施例。在各個附圖中，相同的元件採用相同或類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪製。[0031 ] 如圖1及圖2所示，本發明的雙絲水下溼法焊接裝置，包括主焊槍電源1、從焊槍電源2、主送絲機3、從送絲機4、焊接水箱5、主焊槍6、從焊槍7、焊接工件8及工作平臺9。其中，焊接工件8通過夾持板緊固在工作平臺9上，主焊槍6和從焊槍7分別與主焊槍電源I和從焊槍電源2連接，主焊絲31和從焊絲41分別通過主送絲機3、從送絲機4運送到主焊槍6、從焊槍7的端部，所述主焊絲31和從焊絲41分別沿所述主焊槍6、從焊槍7的縱向中心線穿過所述主焊槍6、從焊槍7，所述主焊槍6和從焊槍7分別固定在相對應的十字滑臺10上，所述十字滑臺10包括連接主焊槍6的主卡具101，連接從焊槍7的從卡具102，調節整體高度的滑塊103和支架104 (該支架104是固定的)，主卡具101通過頂絲緊固主焊槍6，從卡具102通過頂絲緊固從焊槍7，滑塊103位於主卡具101和從卡具102之間，並與主卡具101和從卡具102分別通過鉸軸105、106相連接，所述主卡具101、從卡具102相對於所述滑塊103可以轉動和移動，這樣可以調節所述主焊槍6和從焊槍7的傾斜角度和相對距離，從而調節主焊絲31和從焊絲41端部與焊接工件8之間的角度。優選地，所述主卡具101和從卡具102分別包括位於所述滑塊103兩側的連接部1011、1021，在所述滑塊103兩側設置有開口 1031(如圖1、圖3所示)，所述鉸軸105、106由螺栓構成，在螺栓的端部設置有夾緊螺母，所述鉸軸105、106插入所述開口 1031內，並能夠在該開口 1031內左右移動，來調節所述主焊槍6和從焊槍7之間的距離，從而調節主焊絲31和從焊絲41端部與焊接工件8之間的角度和兩者之間的距離。所述主焊槍6和從焊槍7之間的角度和距離調整好後，通過夾緊螺母和螺栓的配合使得所述連接部1011、1021夾緊所述滑塊的相應側部，從而將所述主卡具101和從卡具102相對於所述滑塊103定位。所述滑塊103能夠在所述支架104上上下滑動，從而可以調節所述主焊槍6和從焊槍7的端部與焊接工件8之間的距離。所述主焊槍6和從焊槍7同時對所述焊接工件8上的同一個焊點進行焊接。
[0032]所述主焊槍6和從焊槍7結構相同，均分別包括主從圓套管61、71，主從絕緣柔性管62、72，主從上銅管63、73，主從下銅管64、74，和主從導電嘴65、75。所述主從絕緣柔性管62、72分別套裝在所述主焊絲31、從焊絲41外側，優選地，所述主從絕緣柔性管62、72的材質為聚四氟乙烯，主從絕緣柔性管62、72的設置可使主焊絲31、從焊絲41不與水直接接觸，保證電弧穩定燃燒。主從圓套管61、71分別位於所述主從上銅管63、73和主從下銅管64,74之間，通過螺紋分別與所述主從上銅管63、73和主從下銅管64、74相連接，連接之後的主從圓套管61、71、主從上銅管63、73和主從下銅管64、74分別套裝在所述主從絕緣柔性管62、72的外側，所述主從導電嘴65、75分別位於所述主從絕緣柔性管62、72的前端，主送絲機3和從送絲機4分別與主焊槍6和從焊槍7連接。主導電嘴65和從導電嘴75分別與焊接工件8成一定的角度設置，並且主導電嘴65和從導電嘴75之間保持一定的距離。
[0033]本發明中，所述主焊槍6和從焊槍7的焊接參數獨立可調，這樣參數調節互不影響，可以連續大範圍調整，其中主焊絲31可採用實芯焊絲，主要起填充金屬和控制熔池的作用，從焊絲41採用藥芯焊絲，主要起造渣和造氣的作用。
[0034]本發明所述的水下溼法焊接主焊槍6與從焊槍7結構相同，所述主焊槍6和從焊槍7可以交換使用，例如，所述主焊槍6與從焊槍7可以互換位置進行焊接，這樣主焊槍6的固定位置變為從焊槍7的固定位置，從焊槍7的固定位置變成主焊槍6的固定位置，從而形成更多不同的雙絲電弧形狀，增大了雙絲的應用範圍。
[0035]實施例一
[0036]如圖4所示，本實施例中，所述從導電嘴75與焊接工件8所成角度α為30?120。，例如為50、75、100度，主導電嘴65與焊接工件8所成角度β為60?120。，例如為
70、90、110度，兩導電嘴之間的距離H為15?30mm，例如為15、20、25、30mm，保證兩焊絲形成一個橢圓狀的熔池。
[0037]實施例二
[0038]如圖5所示，本實施例中，所述主導電嘴65與焊接工件8所成角度β為30?60。，例如為30、40、50、60度(圖4中為60度)，所述從導電嘴75與焊接工件8所成角度α
為90 %主焊槍6採用實芯焊絲，從焊槍7採用藥芯焊絲，此時，從焊槍7垂直深入到水中，並採用較大的焊接電流，如200Α、250Α、300Α，有利於形成較大的氣囊，而主焊槍6與焊接工件8成一定的角度，主要起填充金屬和控制熔池的作用。這樣，主焊槍6形成的電弧是傾斜的，而從焊槍7形成的電弧垂直於焊接工件8，這樣，兩個電弧作用於同一個焊點不僅提高熔敷率，而且在從電弧的保護下促進主電弧熔滴過渡。
[0039]實施例三
[0040]如圖6所示，由於主焊槍6和從焊槍7結構相同，與實施例二不同的是，本實施例中將主焊絲3和從焊絲4互換，主焊槍6採用藥芯焊絲，從焊槍7採用實芯焊絲，其中主焊槍6採用較大的焊接電流，如200Α、250Α、300Α，主焊槍6形成的電弧是傾斜的，形成的氣囊也呈傾斜狀，主要起排除水的作用，從焊槍7形成的電弧是垂直的，主要起填充金屬和控制熔池的作用。其他步驟、連接方式和實施原理與實施例二相同。
[0041]本發明中的雙絲水下溼法焊接方法的操作步驟如下:
[0042]步驟一，準備工作:將焊接工件8夾在水下夾持板上，調節十字滑臺10，使導電嘴端部與焊接工件8表面距離為10?20mm ；
[0043]步驟二，從焊絲41引燃焊接:啟動從焊槍電源2，調節焊接參數，焊接電流150?300A，焊接電壓20?40V ；
[0044]步驟三，主焊絲31引燃焊接:待步驟二完成O?10s，從焊絲41起弧燃燒穩定，形成渣-氣保護後，啟動主焊槍電源1，調節焊接參數，焊接電流100?200A，焊接電壓21?39V ；
[0045]步驟四，運動機構啟動:待步驟三主焊絲31起弧後，立即啟動運動機構，調整合適的焊接速度，如80mm/min、90mm/min,進行施焊。
[0046]步驟五，整理工作:施焊完成後，首先關閉主焊槍電源1，再關閉從焊槍電源2，最後關閉運動機構電源，焊接結束。
[0047]本發明中的水下溼法焊接方法及裝置能夠使得電弧穩定燃燒，其原理在於:本發明中的水下溼法焊接裝置工作時，首先引燃從焊絲41，產生造氣、造渣的效果，形成氣囊，使電弧周圍水分儘可能的排除，待電弧穩定後立即引燃主焊絲31，主焊絲31深入到從焊絲41產生的保護罩內進行焊接，這樣就使得主焊絲31排除水環境的客觀條件，其效果類似於水上焊接，將更多的熱量作用於焊接工件8上。其中相比於主焊絲31，從焊絲41需要較大的焊接電流、焊接電壓，這樣從焊絲41產生的電弧就可以將主焊絲31產生的電弧包圍其中，這就解決了水下溼法焊接直接在水下施焊的關鍵難題，實現電弧穩定燃燒，提高水下溼法焊接接頭質量具有重要的意義。
[0048]本發明中，主焊絲與從焊絲成一定角度設置，首先引燃從焊絲，產生造氣、造渣功能，在電弧周圍形成氣囊，排除水的影響，其次在從焊絲電弧穩定燃燒後，將主焊絲伸入氣囊中，並引燃主焊絲，使主焊絲電弧在氣氛圍中進行焊接，實現水下溼法焊接電弧穩定燃燒。同時，本發明中的雙絲水下溼法焊接裝置中的主焊槍和從焊槍分別與十字滑臺相連接，調節主焊絲和從焊絲端部與焊接工件之間的角度和距離，並且採用獨立的焊接電源，獨立的送絲機構，焊接參數獨立可調，而且可以使用不同直徑、不同材質的焊絲，使主焊絲與從焊絲形成共熔池，完成焊接過程。
[0049]本發明相比於藥芯焊絲水下溼法焊接技術，具有如下顯著效果:
[0050](I)兩根焊絲互為加熱，充分利用電弧的能量，從而大大提高熔敷率，解決水下溼法焊接熔池與母材不能充分熔合的問題。
[0051](2)主焊絲採用實芯焊絲，從焊絲採用藥芯焊絲，藥芯焊絲具有造渣造氣的功能，造渣能夠提高焊縫金屬的合金化，造氣使電弧周圍形成氣囊，降低水對電弧的影響，促進熔滴過渡，這就解決了水下溼法焊接熔滴不易過渡到母材的問題。
[0052](3)相比於單絲水下溼法焊接。雙絲焊接共熔池的尺寸較大，高溫停留時間長，冷卻速度慢，減少淬硬組織的出現，並提高焊縫寬度。
[0053]最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種雙絲水下溼法焊接裝置，包括主焊槍電源、從焊槍電源、主送絲機、從送絲機、主焊槍和從焊槍，其特徵在於，所述主焊槍和從焊槍分別與主焊槍電源和從焊槍電源連接，主焊絲和從焊絲分別通過所述主送絲機、從送絲機運送到主焊槍、從焊槍的端部，所述主焊槍和從焊槍分別與焊接工件之間成一定角度設置，並且所述主焊槍前端和從焊槍前端之間保持一定的距離。
2.根據權利要求1所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，還包括用於固定所述主焊槍和從焊槍的十字滑臺，所述十字滑臺包括連接主焊槍的主卡具，連接從焊槍的從卡具以及調節整體高度的滑塊，所述滑塊位於所述主卡具和從卡具之間，並與所述主卡具和從卡具相連接，所述主卡具、從卡具相對於所述滑塊可以轉動和/或移動。
3.根據權利要求2所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述主卡具和從卡具均包括位於所述滑塊兩側的連接部，所述鉸軸由螺栓構成，在螺栓的端部設置有夾緊螺母；和/或在所述滑塊的兩側設置有開口，所述鉸軸插入所述開口內，並能夠在該開口內左右移動。
4.根據權利要求1-3任一項所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述主焊槍包括主圓套管、主絕緣柔性管、主上銅管、主下銅管和主導電嘴，所述主絕緣柔性管套裝在所述主焊絲的外側，主圓套管位於所述主上銅管和主下銅管之間，並與所述主上銅管和主下銅管相連接，連接之後的主圓套管、主上銅管和主下銅管套裝在所述主絕緣柔性管的外偵U，所述主導電嘴位於所述主絕緣柔性管的前端，所述主導電嘴與所述焊接工件之間成一定角度設直。
5.根據權利要求4所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述從焊槍與所述主焊槍的結構相同，包括從圓套管、從絕緣柔性管、從上銅管、從下銅管和從導電嘴，所述從絕緣柔性管套裝在所述從焊絲的外側，從圓套管位於所述從上銅管和從下銅管之間，並與所述從上銅管和從下銅管相連接，連接之後的從圓套管、從上銅管和從下銅管套裝在所述從絕緣柔性管的外側，所述從導電嘴位於所述從絕緣柔性管的前端，所述從導電嘴與所述焊接工件之間成一定角度設置。
6.根據權利要求5所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述主導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?60。或60?120 所述從導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為90 °。
7.根據權利要求1-6任一項所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述主焊絲採用實芯焊絲，所述從焊絲採用藥芯焊絲；或者，所述主焊絲採用藥芯焊絲，所述從焊絲採用實芯焊絲。
8.根據權利要求1-6任一項所述的雙絲水下溼法焊接裝置，其特徵在於，所述主絕緣柔性管和/或從絕緣柔性管的材質為聚四氟乙烯。
9.一種用雙絲焊接裝置進行水下溼法焊接的方法，所述雙絲焊接裝置包括主焊槍、從焊槍、主焊絲、從焊絲和運動機構，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟一，準備工作:將焊接工件夾在水下夾持板上，調節雙絲焊槍導電嘴端部與焊接工件表面之間的距離為10?20mm ； 步驟二，從焊絲引燃焊接:啟動從焊槍電源，調節焊接參數，焊接電流150?300A，焊接電壓20?40V ； 步驟三，主焊絲引燃焊接:待步驟二完成O?10s，從焊絲起弧燃燒穩定，形成渣-氣保護後，啟動主焊槍電源，調節焊接參數，焊接電流100?200A，焊接電壓21?39V ； 步驟四，運動機構啟動:待步驟三主焊絲起弧後，啟動運動機構，進行施焊。 步驟五，整理工作:施焊完成後，首先關閉主焊槍電源，再關閉從焊槍電源，最後關閉運動機構電源，焊接結束。
10.根據權利要求9所述的用雙絲焊接裝置進行水下溼法焊接的方法，其特徵在於，所述主焊絲採用實芯焊絲，所述從焊絲採用藥芯焊絲；或者，所述主焊絲採用藥芯焊絲，所述從焊絲採用實芯焊絲。
11.根據權利要求9或10所述的用雙絲焊接裝置進行水下溼法焊接的方法，其特徵在於，所述主焊槍的導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為30?60 °;所述從焊槍的導電嘴與所述焊接工件之間的角度為30?120。，優選為90 °。
【文檔編號】B23K9/00GK104400181SQ201410721022
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】孫清潔, 王建峰, 劉一搏, 吳來軍, 王世路, 趙換堯, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業大學（威海）