CN108838490A - 一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，涉及焊接技术领域，包括气室外罩、中隔管和套管，中隔管套设于套管外部，气室外罩套设于中隔管外部，中隔管与套管之间形成保护气室，气室外罩与中隔管之间形成高压气室；保护气室一端设置有保护气入口，另一端设置有保护气出口，高压气室一端设置有高压气入口，另一端设置有高压气出口，高压气出口为气室外罩和中隔管端部围合成的环形开口；在高压气的作用下在形成气幕，将焊枪附近的水排开，形成一个局部干燥的焊接环境，并能在横焊的同时在熔池的下方产生从下向斜上方吹出的保护气体，最终，在侧风的作用下防止熔池下淌，有效提高了水下焊接质量。

Description

一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置
背景技术
随着海洋工程的发展与深海资源的进一步开发，水下焊接技术的重要性愈显突出。特别是近年来，随着水下焊接技术的不断完善，其在核电、港口、桥梁等其他“涉水”行业也逐渐成为不可或缺的技术，特别是水下局部干法横焊技术。
目前，有一种磁控旋转磁场焊接装置，该焊接装置仅用于陆地平焊焊接，但是将磁控焊接技术应用于水下焊接作业的研究还处于空白；
现有水下局部干法横焊技术中主要存在以下问题：无法彻底形成绝对干燥且持续、稳定的焊接环境，在焊接过程中熔池在自身重力的作用下下淌，影响焊接质量；因此，市场亟需一种可为焊接作业提供局部干燥且保持持续稳定的作业环境，防止熔池下淌，焊接质量好的水下横向焊接焊缝成形控制装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，以解决上述现有技术存在的问题，为水下横焊作业提供一个局部干燥的焊接环境，并能有效防止熔池下淌，提高焊接质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，包括气室外罩、中隔管和套管，所述中隔管套设于所述套管外部，所述气室外罩套设于所述中隔管外部，所述中隔管与所述套管之间形成保护气室，所述气室外罩与所述中隔管之间形成所述高压气室；所述保护气室一端设置有保护气入口，另一端设置有保护气出口，所述高压气室一端设置有高压气入口，另一端设置有高压气出口，所述高压气出口为所述气室外罩和所述中隔管端部围合成的环形开口。
可选的，所述气室外罩、所述中隔管和所述套管的一端设置有前端盖，另一端设置有后端盖；所述前端盖上设置有环槽，且所述环槽底部开设有环缝，所述中隔管和所述气室外罩端部伸入所述环槽中，且所述环缝与所述高压气出口相连通。
可选的，所述后端盖上设置有保护气管接头和高压气管接头，且所述保护气管接头和所述高压气管接头分别与所述保护气入口和所述高压气入口相连通。
可选的，所述前端盖上设置有第一通孔，所述第一通孔内径与所述套管外径相匹配，且所述第一通孔与所述套管螺纹连接；所述后端盖上设置有第二通孔，所述第二通孔内径与所述套管外径相匹配，且所述套管穿过所述第二通孔。
可选的，所述保护气出口设置于所述前端盖上并位于所述第一通孔下方，且所述保护气出口上设置有阀门，所述阀门开启后，保护气由所述保护气出口斜向上吹出。
可选的，所述气室外罩包括锥形筒和与所述锥形筒大端连接的柱形筒，所述锥形筒小端与所述中隔管端部形成所述高压气出口。
可选的，所述套管外壁设置有励磁线圈，所述励磁线圈与外部电源电连接，所述套管上部的保护气室内设置有软磁材料，所述软磁材料固定于所述前端盖上的卡槽中。
可选的，所述套管外壁上环向设置有第一定位轴肩和第二定位轴肩，所述第一定位轴肩和所述第二定位轴肩分别设置于所述励磁线圈的两端，且所述前端盖和所述后端盖均抵靠在所述第一定位轴肩和所述第二定位轴肩上。
可选的，所述中隔管外壁上环向设置有导流凸缘，所述导流凸缘与所述中隔管一体成型设置，且所述导流凸缘外沿与所述气室外罩内壁之间留有间隙。
可选的，所述中隔管和所述气室外罩均与所述后端盖螺纹连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明所提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，在高压气的作用下在形成气幕，将焊枪附近的水排开，为水下焊接作业提供了一个局部干燥且持续稳定的焊接环境；在横焊的同时在熔池的下方产生从下向斜上方吹出的保护气体，向上托住熔池，有效防止熔池下淌，从而有效提高焊接质量。
进一步的，励磁线圈通电后与励磁线圈上方的软磁材料共同作用在线圈中轴上方形成磁回路，熔池上方的磁感线方向向上，对熔池产生向上的作用力，从而配合保护气体，有效防止熔池下淌，同时产生的磁场穿过金属熔池，在其中感应起电流，该感应电流与磁场相互作用产生电磁力(安培力)，电磁力是体积力，作用在金属熔池体积元上，从而能推动金属熔池运动，在磁场力的作用下对熔池进行搅拌细化组织，进一步提高了焊接质量；
进一步的，保护气的风冷作用可对保护气室内的励磁线圈进行降温，避免励磁线圈温度过高影响磁场强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置的纵向截面剖视图；
图2为本发明提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置的***结构示意图；
图3为本发明提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置的工作状态示图；
其中，1-气室外罩；2-中隔管；3-套管；4-前端盖；5-后端盖；6-励磁线圈；7-软磁材料；8-第一定位轴肩；9-第二定位轴肩；10-保护气入口；11-高压气入口；12-高压气出口；13-环缝；14-阀门；15-导流凸缘；16-焊枪；17-通气管；18-节流阀；19-保护气室；20-高压气室。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，以解决上述现有技术存在的问题，为水下横焊作业提供一个局部干燥的焊接环境，并能有效防止熔池下淌，提高焊接质量。
本发明提供一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，包括气室外罩、中隔管和套管，所述中隔管套设于所述套管外部，所述气室外罩套设于所述中隔管外部，所述中隔管与所述套管之间形成保护气室，所述气室外罩与所述中隔管之间形成所述高压气室；所述保护气室一端设置有保护气入口，另一端设置有保护气出口，所述高压气室一端设置有高压气入口，另一端设置有高压气出口，所述高压气出口为所述气室外罩和所述中隔管端部围合成的环形开口。
本发明提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，向高压气室内通入高压气体后，高压气体从高压气出口喷出形成气幕，将焊枪附近的水排开，为水下焊接作业提供了一个局部干燥且持续稳定的焊接环境；在横焊的同时在熔池的下方产生从下向斜上方吹出的保护气体，向上托住熔池，有效防止熔池下淌，从而有效提高焊接质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-3，本发明提供了一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，包括气室外罩1、中隔管2和套管3，中隔管2套设于套管3外部，气室外罩1套设于中隔管2外部，中隔管2与套管3之间形成保护气室，气室外罩1与中隔管2之间形成高压气室；保护气室一端设置有保护气入口10，另一端设置有保护气出口，高压气室一端设置有高压气入口11，另一端设置有高压气出口12，高压气出口12为气室外罩1和中隔管2端部围合成的环形开口。
本发明提供的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置工作时，焊枪从中空的套管3中间穿过，并在套管3一端露出焊条端头；高压气入口11与外部的空压机相连接，高压气入口11与空压机之间的管道上设置有调压阀和节流阀，启动空压机，对气体进行压力和流量控制，向高压气室20内部通入高压气体，从而高压气体从高压气出口12喷出，在装置正前方形成环形气幕，将焊枪附近的水排开，形成一个局部干燥的焊接环境；在焊接的同时由保护气入口10向保护气室19内通入保护气体，开启阀门14并控制保护气体喷射方向，使得保护气体斜向上喷出从而托住熔池，有效提高焊接质量。
进一步的，气室外罩1、中隔管2和套管3的一端设置有前端盖4，另一端设置有后端盖5；前端盖4上设置有环槽，且环槽底部开设有环缝13，中隔管2和气室外罩1端部伸入环槽中，且环缝13与高压气出口12相连通。
环缝13为的内径和外径沿高压气体喷射方向直径逐渐变大，使得高压气体喷出后呈“喇叭形”，扩大了干燥空间的体积；
进一步的，后端盖5上设置有保护气管接头和高压气管接头，且保护气管接头和高压气管接头分别与保护气入口10和高压气入口11相连通，保护气管接头便于通过通气管17与保护气瓶连接，高压气管接头便于通过通气管17与空压机连接，保证焊接作业的气体供应。
进一步的，前端盖4上设置有第一通孔，第一通孔内径与套管3外径相匹配，且第一通孔与套管螺纹连接；后端盖5上设置有第二通孔，第二通孔内径与套管3外径相匹配，且套管3穿过第二通孔。
进一步的，保护气出口设置于前端盖4上并位于所述第一通孔下方，且保护气出口上设置有阀门14，阀门14开启后，保护气由保护气出口斜向上吹出。
阀门14包括挡板和圆轴，挡板通过圆轴安装在前端盖4的轴孔内，圆轴套有复位弹簧，当有保护气体通入时，复位弹簧发生形变，挡板打开，当没有气体通入时，复位弹簧的回复力作用使得挡板关闭；挡板两端关于圆轴非对称设置，当保护气进气流量增大时，由杠杆原理，圆轴一侧挡板受到的力大于圆轴另一侧挡板受到的力，因此挡板开度加大，进而控制保护气体的吹出角度和流量。
进一步地，气室外罩1包括锥形筒和与锥形筒大端连接的柱形筒，锥形筒小端与中隔管2端部形成高压气出口12；气室外罩1的锥形筒结构使得高压气体在行进方向流速增大，最终聚集于高压气出口12处喷出，在装置前方形成高压稳定的气幕，增强了装置的排水能力。
套管3外壁设置有励磁线圈6，励磁线圈6与外部电源电连接，套管3上部的第一腔室内设置有软磁材料7，软磁材料7固定于前端盖4上的卡槽中。
励磁线圈6通电后与励磁线圈6上方的软磁材料7共同作用在励磁线圈6中轴上方形成磁回路，熔池上方的磁感线方向向上，对熔池产生向上的作用力，从而配合保护气体，有效防止熔池下淌，同时产生的磁场穿过金属熔池，在其中感应起电流，该感应电流与磁场相互作用产生电磁力(安培力)，电磁力是体积力，作用在金属熔池体积元上，从而能推动金属熔池运动，在磁场力的作用下对熔池进行搅拌细化组织，进一步提高了焊接质量。
进一步的，套管3外壁上环向设置有第一定位轴肩8和第二定位轴肩9，第一定位轴肩8和第二定位轴肩9分别设置于励磁线圈6的两端，且前端盖4和后端盖5均抵靠在第一定位轴肩8和第二定位轴肩9上。
第一定位轴肩和第二定位轴肩不仅对励磁线圈6起到限位作用，防止其受到磁场力沿套管3移动，而且对前端盖4和后端盖5，也起到了限位作用，前端盖4和后端盖5在装置的前、后端分别与套管3螺纹连接并最终抵靠在第一定位轴肩8和第二定位轴肩9上，同时套管3上还设置有紧固螺母，将后端盖与第二定位轴肩压紧；以上技术特征有效提高了装置的整体性和受力强度，使得装置在高压气体的作用下仍能保持稳定性和密封性。
进一步的，中隔管2外壁上环向设置有导流凸缘15，导流凸缘15与中隔管2一体成型设置，且导流凸缘15外沿与气室外罩1内壁之间留有间隙。
高压气体遇到导流凸缘15流向高压气室20的四周，在此过程中气流发生匀化，最终沿高压气室20的内壁形成均匀的环形气流，保证气体喷出后形成稳定均匀的高压气幕。
进一步的，中隔管2和气室外罩1均与后端盖5螺纹连接。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：包括气室外罩、中隔管和套管，所述中隔管套设于所述套管外部，所述气室外罩套设于所述中隔管外部，所述中隔管与所述套管之间形成保护气室，所述气室外罩与所述中隔管之间形成所述高压气室；所述保护气室一端设置有保护气入口，另一端设置有保护气出口，所述高压气室一端设置有高压气入口，另一端设置有高压气出口，所述高压气出口为所述气室外罩和所述中隔管端部围合成的环形开口。
2.根据权利要求1所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述气室外罩、所述中隔管和所述套管的一端设置有前端盖，另一端设置有后端盖；所述前端盖上设置有环槽，且所述环槽底部开设有环缝，所述中隔管和所述气室外罩端部伸入所述环槽中，且所述环缝与所述高压气体出口相连通。
3.根据权利要求2所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述后端盖上设置有保护气管接头和高压气管接头，且所述保护气管接头和所述高压气管接头分别与所述保护气入口和所述高压气入口相连通。
4.根据权利要求2或3中所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述前端盖上设置有第一通孔，所述第一通孔内径与所述套管外径相匹配，且所述第一通孔与所述套管螺纹连接；所述后端盖上设置有第二通孔，所述第二通孔内径与所述套管外径相匹配，且所述套管穿过所述第二通孔。
5.根据权利要求4所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述保护气出口设置于所述前端盖上并位于所述第一通孔下方，且所述保护气出口上设置有阀门，所述阀门开启后，保护气由所述保护气出口斜向上吹出。
6.根据权利要求1所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述气室外罩包括锥形筒和与所述锥形筒大端连接的柱形筒，所述锥形筒小端与所述中隔管端部形成所述高压气出口。
7.根据权利要求1所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述套管外壁设置有励磁线圈，所述励磁线圈与外部电源电连接，所述套管上部的保护气室内设置有软磁材料，所述软磁材料固定于所述前端盖上的卡槽中。
8.根据权利要求7所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述套管外壁上环向设置有第一定位轴肩和第二定位轴肩，所述第一定位轴肩和所述第二定位轴肩分别设置于所述励磁线圈的两端，且所述前端盖和所述后端盖均抵靠在所述第一定位轴肩和所述第二定位轴肩上。
9.根据权利要求1所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述中隔管外壁上环向设置有导流凸缘，所述导流凸缘与所述中隔管一体成型设置，且所述导流凸缘外沿与所述气室外罩内壁之间留有间隙。
10.根据权利要求4所述的用于水下横向焊接焊缝成形控制的电弧装置，其特征在于：所述中隔管和所述气室外罩均与所述后端盖螺纹连接。
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