CN104308342B - 中心脉动负压电弧焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中心脉动负压电弧焊接装置及方法，属于焊接设备及方法技术领域。其通过抽气装置，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成周期性的负压状态，当电弧中心处于常压状态时，电弧形态为自由电弧形态；当电弧中心处于负压状态时,在外大气压的压缩作用下，电弧呈拘束态；使电弧在自由电弧和拘束电弧之间切换，实现中心脉动负压电弧焊接方法。该焊接装置及方法产生的脉动电弧对于焊接熔池有振荡和搅拌作用，使液态金属形成细小的等轴晶，抑制了气孔的形成，提高了焊接接头的力学性能。通过调整电弧的脉动频率和占空比，可以实现对于焊接熔池振荡和搅拌、焊接熔深和热输入的精确控制。

Description

中心脉动负压电弧焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及是一种中心脉动负压电弧焊接装置及方法，属于焊接设备及方法技术领域。
背景技术
焊接技术发展至今，追求的目标是高质、高效和高速。焊接熔池作为焊接过程中最为复杂的一个过程，对于焊接质量、焊接效率和焊接速度都有着重要的影响。焊接熔池形态和行为往往也是焊接缺陷，如气孔、夹渣和焊接裂纹等产生的重要因素。而焊接熔池的结晶过程更是影响着焊缝的质量和焊接接头的力学性能。由于焊接熔池结晶过程中非常复杂，往往很容易形成粗大的柱状树枝晶，影响焊缝的力学性能。因此，控制焊接熔池金属的结晶，是获得良好焊接接头的重要手段之一。针对这些问题，最早有学者提出了对焊接工件施加一定频率和振幅的机械振动，使熔池产生一定的受迫振荡，打破易于长大的柱状树枝晶，改变熔池中的结构起伏和能量分布，减小成分过冷区，从而控制熔池金属凝固形成细小的等轴晶。这种方法，取得了一定的效果。此外，一些学者进行了超声-TIG焊接工艺的研究，研究了超声的加入对焊接熔池的影响。观点为：一方面，超声传播过程中，一部分能量被液体吸收转化为热能，这就导致超声振幅的衰减，在熔池内形成了从上至下的声压梯度，导致熔池中的温度更高的液态金属高速向熔池底部流动，增加了焊接熔深。另一方面，超声波传递到熔池中后，会对焊接熔池产生强烈的搅拌、对流和振动作用，致使正在生长的粗大树枝晶被打碎，使之成为形成细小等轴晶的形核质点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有焊接技术中易于产生的焊接缺陷和不足，提供了一种中心脉动负压电弧焊接装置及方法。该装置及方法操作简易，能够适应多种焊接环境，通过周期性脉动的电弧对焊接熔池进行搅拌和振荡作用，不仅能成增加焊接熔深，而且能够抑制焊接熔池结晶过程中粗大柱状树枝晶的形成，同时也有利于熔池中气体的逸出，减少了焊缝中的气孔缺陷，极大的提高了焊接接头的力学性能和焊缝的质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种中心脉动负压电弧焊接装置，其特征在于：其包括：
焊枪，其内设有空心管状电极；
抽气装置，其与所述空心管状电极的内腔相连通，使空心管状电极的内腔及空心管状电极下方的电弧中心形成负压区域。
所述焊接装置还包括压力释放装置，其中，所述抽气装置通过所述压力释放装置与所述空心管状电极连通，在连通所述压力释放装置和所述空心管状电极的管路上设有阀门。
还包括用于测量和显示所述压力释放装置内压强的压强显示装置，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。
所述焊枪为非熔化极焊枪。
一种中心脉动负压电弧焊接方法，其特征在于：存在抽气装置至空心管状电极的气体管路，通过抽气装置对所述管路进行抽气处理，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成周期性的负压状态，当电弧中心处于常压状态时，电弧形态为自由电弧形态；当电弧中心处于负压状态时，在外大气压的压缩作用下，使电弧形态为拘束态；从而建立了中心脉动负压电弧。
所述焊接方法，其特征在于：周期性的开通关断所述阀门，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成周期性的负压状态。
焊接过程中，中心脉动负压电弧的脉动频率可以进行调控。
与现有技术相比，本发明方法的优点如下：
本发明所述焊接装置及方法所产生中心脉动负压电弧，能够实现对焊接熔池的搅动和振荡，不仅可以抑制粗大柱状树枝晶的形成，使熔池金属结晶形成细小均匀的等轴晶，而且还有利于熔池中气体的逸出，不易形成气孔，提高了焊接接头的力学性能。此外，当电弧处于拘束形态时，电弧的能量密度和电弧穿透力显著的高于自由电弧，起到了增加焊接熔深的作用。
附图说明
图1是本焊接方法实施装置示意图。
图2是阀门开通和关闭的时序图。
图中：1、焊接电源及其控制***，2、非熔化极焊枪，3、空心管状电极，4、焊接工件，5、抽气装置，6、导气管路A，7、压力释放装置，8、压强显示装置，9、导气管路B，10、阀门，11、导气管路C，12、连接接头，13、焊接电缆A，14、焊接电缆B，15、自由电弧，16、拘束电弧。
具体实施方式
以下参考附图具体地说明本发明的实施方式。如图1所示为本焊接方法实施装置示意图，该中心脉动负压电弧焊接装置主要包括焊接电源及其控制***1、非熔化极焊枪2、空心管状电极3、焊接工件4、抽气装置5、压力释放装置7、压强显示装置8、阀门10，其中抽气装置5——导气管路A 6——压力释放装置7——导气管路B 9——阀门10——导气管路C11——连接接头12——空心管状电极3组成一路气体管路，压强显示装置8与压力释放装置7相连通，焊接电源及其控制***1——焊接电缆B 14——焊接工件4——非熔化极焊枪2——焊接电缆A 13——焊接电源及其控制***1，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。
下面结合图1对该焊接装置及方法的步骤进行详细说明：
首先，将焊接工件4及相匹配的焊丝准备就绪，非熔化极焊枪2处于焊接工件4的正上方合适的位置，送丝装置在焊枪的一侧，焊枪必需的气路和水路按照常规方法连接，确保抽气装置5——导气管路A 6——压力释放装置7——导气管路B 9——阀门10——导气管路C11——连接接头12——空心管状电极3这一路正确连接，确保阀门10处于关闭状态下，启动抽气装置5，对压力释放装置7进行抽气降压处理。观察压强显示装置8，直到压力释放装置7内的压强达到预设负压值。此时，通过焊接电源及其控制***1启动高频引弧，在空心管状电极3与焊接工件4之间会形成自由电弧15。待自由电弧15稳定后，通过焊接电源及其控制***1控制控制阀门10周期性的开通和关闭，当阀门10处于关闭状态时，电弧为自由电弧15，当阀门10处于开通状态时，电弧为拘束电弧16，从而使电弧在自由电弧15和拘束电弧16之间周期性的切换，建立中心脉动负压电弧。
焊接过程中，可以通过改变如图2所示的阀门10开通和关闭的频率与占空比来改变中心脉动负压电弧的脉动频率和各个电弧形态在一个周期内燃弧的时间。从而实现对焊接熔池振荡和搅拌、焊接熔深和热输入的精确控制。

Claims (5)

1.一种中心脉动负压电弧焊接装置，其特征在于：其包括：
焊枪，其内设有空心管状电极；
抽气装置，其与所述空心管状电极的内腔相连通，使空心管状电极的内腔及空心管状电极下方的电弧中心形成负压区域；其还包括压力释放装置，其中，所述抽气装置通过所述压力释放装置与所述空心管状电极连通，在连通所述压力释放装置和所述空心管状电极的管路上设有阀门；其还包括用于测量和显示所述压力释放装置内压强的压强显示装置，所述压强显示装置与所述压力释放装置相连通。
2.根据权利要求1所述的一种中心脉动负压电弧焊接装置，其特征在于：所述焊枪为非熔化极焊枪。
3.根据权利要求1所述的一种中心脉动负压电弧焊接装置，其特征在于：周期性的开通关断所述阀门，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成周期性的负压状态。
4.一种中心脉动负压电弧焊接方法，其特征在于：存在抽气装置至空心管状电极的气体管路，通过抽气装置对所述管路进行抽气处理，使空心管状电极内腔及其下方电弧中心处形成周期性的负压状态，当电弧中心处于常压状态时，电弧形态为自由电弧形态；当电弧中心处于负压状态时，在外大气压的压缩作用下，使电弧形态为拘束态；从而建立了中心脉动负压电弧。
5.根据权利要求4所述的一种中心脉动负压电弧焊接方法，其特征在于：焊接过程中，中心脉动负压电弧的脉动频率能够进行调控。
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