一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法與流程

2023-10-11 13:52:59 2

技術領域

本發明涉及一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，屬於焊接技術領域。

背景技術：

窄間隙氣體保護焊（Narrow gap GMAW）中的窄間隙MAG/MIG焊，由於具有可使用更窄的焊接坡口，較低熱輸入條件下同時較高的熔敷速度，較高的焊接生產率同時很低的焊接生產成本等技術優勢，在相當廣泛的裝備製造領域，將有逐步替代窄間隙埋弧焊和窄間隙脈衝熱絲鎢極氬弧焊的趨勢。然而窄間隙MAG/MIG焊自上世紀六七十年代開始的研發熱潮以來，歷經了半個世紀，迄今為止在工業裝備製造領域的實際應用仍寥寥無幾，究其原因，除了高可靠性的實用實時跟蹤技術、高壽命的窄間隙氣保焊焊槍設計與製造等核心技術未能配套開發應用以外，深窄坡口條件下的低成本可靠氣體保護至今仍不理想是其中的重要原因。

深窄坡口條件下已有的氣體保護技術中，如法國polysoude公司為代表的坡口外大流量勻流保護，日本日立旗下的巴高克公司的坡口內一次氣體保護加坡口外大流量勻流保護，中國武漢納瑞格智能設備有限公司的用後置式氣體分流器並用前置陶瓷噴嘴、板厚的90%範圍內僅用坡口內一次氣體保護（迄今在窄間隙氣體保護焊領域唯一見到使用陶瓷噴嘴技術的專利），以及大多數開發研究中使用的電弧前後兩個方向兩路側向送氣技術。上述已有技術中坡口外大流量勻流送氣存在適用板厚範圍有限，大板厚超大板厚基本不適用，且氣體耗量很高；兩路側向送氣雖氣體耗量較小，可適用於任意厚度，但冶金保護效果不理想；後置式氣體分流器並用前置組裝式陶瓷噴嘴技術，具有低氣體耗量下對高溫焊接區冶金保護可靠的顯著優勢，但前置式陶瓷噴嘴的使用壽命十分短暫。

本發明旨在克服上述已有技術的局限性，發明一種既可實現噴嘴與坡口側壁和高溫熔池間具有良好高溫絕緣能力，且同時又對高溫焊接區具有良好冶金保護功能，氣體耗量低，通過延壽方法和技術的採用使窄間隙MAG/MIG焊陶瓷噴嘴的使用壽命大幅度延長至較理想的範圍。

技術實現要素：

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，其特徵在於:

步驟1，將難熔金屬絲編織成網，依據組裝式陶瓷噴嘴的幾何尺寸，計算出噴嘴厚度中心線的展開長度，以此展開長度為長度，以組裝陶瓷噴嘴的高度為寬度，將編織好的難熔金屬絲網裁剪成片狀絲網；再將片狀的難熔金屬絲網放入專用的絲網成形模中，通過外力作用使其塑性變形為U形的難熔金屬絲網。

步驟2，將U形的難熔金屬絲網放入組裝式陶瓷噴嘴的成形模空腔內，關閉成形模，注入流體的陶瓷漿料之後，脫開模具，取出成型的組裝式陶瓷噴嘴坯體，隨後充填防止變形的材料後進入加熱排蠟工藝流程，排蠟之後再進行高溫燒結。

步驟3，高溫燒結完成後，一種以難熔金屬絲網為骨架的金屬---陶瓷複合材料的陶瓷噴嘴便製造完成；合格的產品是難熔金屬絲網在成品陶瓷噴嘴內外的所有方向上的表面處均無露頭。

在上述的一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，絲網的難熔金屬選擇其熔點高於陶瓷材料的燒結溫度為宜，採用鎢或者鉬。

在上述的一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，難熔金屬絲選用鎢絲，直徑0.4mm，絲網目數選用3*3mm。

在上述的一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，步驟2中，陶瓷材料選用99%的 Al2O3,燒結溫度為1630℃。。

在上述的一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，為準確定位U形鎢絲網位於噴嘴的厚度中心，成形模接觸噴嘴的外周面上，設有長度8mm，凸出模腔表面0.6mm的互錯斷續短長條凸臺，凸臺為半圓形；U形鎢絲網的張開角為2×5°。

在上述的一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣保焊陶瓷噴嘴的延壽方法，所述步驟3中，成形U形絲網時，使U形絲網的開口兩平行部位的絲網存在張開角度；在U形絲網裝入成形模腔時將該張開角度壓縮，靠金屬絲網的適當張開的彈力將U形絲網絲限位於三方外模表面的定位凸臺上，長寬方向不露頭採用適當減少絲網的長度和寬度尺寸來實現。

因此，本發明具有如下優點：1、組裝式陶瓷噴嘴的耐熱震性能顯著提高，使用壽命比純陶瓷材料製造的組裝式陶瓷噴嘴提高百倍以上；2、純陶瓷材料製造的組裝式陶瓷碰嘴的失效形式基本上全是劇烈熱震作用下破碎且掉落進入熔池，本發明的難熔金屬--陶瓷複合材料噴嘴在長時間的劇烈熱震作用下，也會出現裂紋，但可完全防止破碎噴嘴片掉落，即完全防止了陶瓷材料夾雜於焊縫中的嚴重缺陷的發生；3、長時間工作下產生了裂紋的組裝式陶瓷噴嘴，完全不影響其高溫條件下的絕緣性能和勻流保護高溫焊接區的功能，即產生了裂紋的組裝式陶瓷噴嘴仍未喪失其使用功能，仍可較長時間地繼續使用，這將進一步延長了陶瓷噴嘴的使用壽命和降低了焊接生產成本；4、若將難熔金屬絲網的成本與提高壽命後節約的成本加以比較作為投入產出比，本發明具有極高的投入產出比。

附圖說明

圖1是已有技術中坡口外大流量勻流長距離送氣保護示意圖。

圖2是已有技術中電弧前後斜向一次送氣保護加坡口外大流量勻流長距送氣保護示意圖。

圖3是已有技術中採用組裝式陶瓷噴嘴板厚方向90%的填充焊層僅電弧前後勻流一次送氣保護示意圖。

圖4是難熔金屬絲網展開示意圖。

圖5是塑性變形後的U形難熔金屬絲網示意圖。

圖6是組裝式陶瓷噴嘴的厚度中心示意圖。

圖7是U形難熔金屬絲網在成形模具中的厚度中心定位示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。圖中，1-焊件Ⅰ，2-焊件Ⅱ，3-焊絲，4-電弧，5-保護氣罩，6-窄間隙焊槍，7-一次保護氣，8-二次保護氣，9-組裝式陶瓷噴嘴，10-緊定螺釘，11-難熔金屬絲網，12-側壁模Ⅰ，13-軌道模，14-側壁模Ⅱ，15-內腔模，16-定位凸臺，17-U形難熔金屬絲網，18-注漿口，19-噴嘴厚度中心線。

本方法首先將難熔金屬絲編織成網；依據組裝式陶瓷噴嘴的幾何尺寸，計算出噴嘴厚度中心線的展開長度，以此展開長度為絲網的長度，以組裝式陶瓷噴嘴的高度為絲網寬度，將編織好的難熔金屬絲網裁剪成片狀絲網；再將片狀的難熔金屬絲網放入專用的絲網成形模中，通過外力作用使其塑性變形為U形的難熔金屬絲網。

絲網的難熔金屬選擇其熔點高於陶瓷材料的燒結溫度為宜，如鎢和鉬。

將U形的難熔金屬絲網放入組裝式陶瓷噴嘴的成形模空腔內，關閉成形模，注入流體的陶瓷漿料之後，脫開模具，取出成形的組裝式陶瓷噴嘴坯件，隨後充填防止變形的材料後進入加熱排蠟工藝流程，排蠟之後再進行高溫燒結。

高溫燒結完成後，一種以難熔金屬絲網為骨架的金屬--陶瓷複合材料的組裝式陶瓷噴嘴便製造完成；合格的產品是難熔金屬絲網全部位於陶瓷噴嘴的內部，在噴嘴內外所有方向的表面處均無露頭。實現該質量要求的技術方法有兩個方面，一是在噴嘴模具設計時在噴嘴的外周加斷續的短長條定位凸臺，二是在成形難熔金屬絲網時，使U形絲網的開口兩平行部位的絲網存在一小角度的張開角度；在U形絲網裝入成形模腔時將該張開角度壓縮，依靠金屬絲網的適當彈力將U形絲網限位於三方外模的定位凸臺上，長寬方向不露頭採用適當減少絲網的長度和寬度尺寸來實現。

實施例1

本實施例是本發明的一個基礎實施例。如圖4、5、6、7所示， 一種基於難熔金屬複合材料的窄間隙氣體保護焊的組裝式陶瓷噴嘴9的延壽方法是，將難熔金屬絲編織成網；依據組裝式陶瓷噴嘴9的幾何尺寸，計算出噴嘴厚度中心線19的展開長度，以此展開長度為絲網的長度，以組裝式陶瓷噴嘴9的高度為絲網的寬度，長度和寬度各減去4mm後，將編織好的難熔金屬絲網裁剪成片狀難熔金屬絲網11；再將片狀的難熔金屬絲網11放入專用的絲網成形模中，通過外力作用使其塑性變形為U形的難熔金屬絲網17。

難熔金屬絲選用鎢絲，直徑0.4mm，絲網目數選用3*3mm。

將U形的難熔金屬絲網17放入組裝式陶瓷噴嘴的成形模空腔內，關閉成形模，注入流體的陶瓷漿料後，脫開模具，取出成形的組裝式陶瓷噴嘴坯件，隨後充填氧化鋁砂後，放入N氣爐中加熱排蠟，排蠟完成後在N氣爐中燒結。

陶瓷材料選用99%的 Al2O3,燒結溫度為1630℃。

為準確定位U形鎢絲網17於噴嘴的厚度中心19，成形模接觸噴嘴的外周面上，設有長度8mm，凸出模腔表面0.6mm的互錯斷續短長條凸臺，凸臺為半圓形；U形鎢絲網的張開角為2×5°。

實施例2

難熔金屬絲選用Mo絲，其餘所有技術同實施例1，在此不再贅述。

實施例3

採用模壓成形工藝；其模具設計均按模壓工藝進行設計；U形難熔金屬絲網的噴嘴厚度方向上中心定位技術與實施例1和實施例2相同，在此不再贅述。此製造工藝將省去注漿成形法中的氣氛爐中加熱排蠟工藝流程。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或者補充或採用類似的方式替代，但是不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。

儘管本文較多地使用了1-焊件Ⅰ，2-焊件Ⅱ，3-焊絲，4-電弧，5-保護氣罩，6-窄間隙焊槍，7-一次保護氣，8-二次保護氣，9-組裝式陶瓷噴嘴，10-緊定螺釘，11-難熔金屬絲網，12-側壁模Ⅰ，13-軌道模，14-側壁模Ⅱ，15-內腔模，16-定位凸臺，17-U形難熔金屬絲網，18-注漿口，19-噴嘴厚度中心線等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。