CN110988231A - 一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法，其装置包括通过导气管依次连接的高纯氦气瓶、转子流量计、熔滴取气装置、双阀铝箔气袋、四极杆质谱仪，所述高纯氦气瓶通过导气管与转子流量计的进气口相连；转子流量计的出气口通过导气管与熔滴取气装置相连；熔滴取气装置通过导气管与双阀铝箔气袋的进气阀相连；双阀铝箔气袋的出气阀通过导气管与四极杆质谱仪相连；将空心熔滴置入熔滴取气装置内，对熔滴进行取气的过程中，定量向熔滴取气装置内通入高纯氦气，将双阀铝箔气袋收集的定量氦气和熔滴内的气体接入四极杆质谱仪，即可定量分析熔滴内的气体含量和成分，对研究水下湿法焊接接头扩散氢来源很有意义。

Description

一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法
技术领域
本发明属于水下湿法焊接技术领域，具体地说是涉及一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法。
背景技术
自保护药芯焊丝水下湿法焊接技术，具有操作方便、效率高、成本低和质量高等诸多优点，是水下自动化和智能化焊接的重要发展方向之一。但是冷裂纹是水下湿法焊接中的主要缺陷之一，冷裂纹的存在严重影响了焊接接头的韧性，降低构件的使用安全性，使得构件在远低于强度极限的条件下发生断裂。焊缝金属中扩散氢的存在是产生冷裂纹的主要原因。为了控制焊接接头的冷裂纹，必须要严格控制街头中扩散氢含量。在以往的研究中，对于水下湿法焊接过程中扩散氢以何种方式和途径进入熔池存在争议。研究表明，水下湿法焊接过程中，熔滴过渡时往往呈空心球状，疑似内部含有大量气体。因此收集并检测空心熔滴内部气体成分，可有助于研究湿法焊接接头中的扩散氢来源。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提出了一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法，该装置及方法简单易行，对定量研究水下湿法焊接接头中的扩散氢来源具有重要意义。
为此，先提供一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，包括通过导气管依次相连的高纯氦气瓶、转子流量计、熔滴取气装置、双阀铝箔气袋、四极杆质谱仪，所述高纯氦气瓶通过导气管与转子流量计的进气口相连；所述转子流量计的出气口通过导气管与熔滴取气装置相连；所述熔滴取气装置通过导气管与双阀铝箔气袋的进气阀相连；所述双阀铝箔气袋的出气阀通过导气管与四极杆质谱仪相连。
优选的，所述熔滴取气装置包括套筒、柱塞、密封圈；所述套筒下方相对位置处分别设有一个进气管和一个出气管，所述进气管和出气管与套筒内相通；所述柱塞杆部置于套筒内，柱塞杆部外圆周面与套筒内圆周面之间通过螺纹相配合，且柱塞杆部和套筒内腔之间的螺纹配合在上部，下部没有螺纹；柱塞杆部螺纹上端设有一个凹槽，所述密封圈设置于凹槽内；柱塞杆部的长度要满足柱塞杆部完全旋入套筒内腔后，柱塞底部与套筒内腔底面贴合。
优选的，所述柱塞顶端设有一个六棱柱形的旋转台，与柱塞杆部一体成型；所述套筒下端设有一底座，与套筒下端一体成型。
优选的，所述套筒下部内径大于柱塞杆部下部外径。
优选的，所述套筒的出气管位置比进气管高。
优选的，柱塞底面与套筒内腔底面均为凹凸不平的网纹表面。
此外，又提供一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的方法，操作步骤如下：
步骤一：将高纯氦气瓶与转子流量计的进气口通过导气管相连接，并将转子流量计的出气口通过导气管接入熔滴取气装置的进气管，熔滴取气装置的出气管连接好导气管；
步骤二：将四极杆质谱仪与双阀铝箔气袋出气阀通过导气管连接好，再将双阀铝箔气袋抽真空后关闭双阀铝箔气袋进气阀，备用；
步骤三：将焊接后收集的空心熔滴置入熔滴取气装置内，使熔滴取气装置处于取气预备状态(柱塞杆部下端与空心熔滴接触即柱塞杆部向套筒内旋入有阻碍感时停止旋入)；
步骤四：打开高纯氦气瓶气阀，通入高纯氦气冲洗熔滴取气装置及导气管内部的杂质气体，冲洗一段时间后，调节转子流量计至适宜数值；
步骤五：将抽真空备用的双阀铝箔气袋进气阀与熔滴取气装置出气管接好的导气管相连，并开始计时，同时使熔滴取气装置处于工作状态(即旋转旋转台使柱塞杆部向套筒内旋入)，进行取气；
步骤六：熔滴取气装置取气完毕后(即旋转旋转台使柱塞杆部的底端无法再向套筒内旋入)，停止计时与关闭高纯氦气瓶气阀同时进行，关闭铝箔气袋进气阀，计算氦气体积；
步骤七：打开双阀铝箔气袋出气阀，使用四级杆质谱仪测量铝箔气袋内气体成分，并分析计算空心熔滴内的气体含量和成分。
本发明的有益效果是：
本发明的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法，熔滴取气装置可以将许多空心小熔滴内的气体通过套筒内腔底部和柱塞底部的挤压，将空心熔滴挤压破裂，放出熔滴内的气体，同时向该装置内通入定量的高纯氦气，用双阀铝箔气袋收集定量的高纯氦气和熔滴内的气体，最后将双阀铝箔气袋的气体接入四极杆质谱仪，即可定量分析熔滴内的气体含量和成分，此装置和方法对研究水下湿法焊接接头扩散氢来源很有意义。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图中标记：1、高纯氦气瓶；2、转子流量计；3、套筒；4、柱塞杆部；5、底座；6、双阀铝箔气袋；7、四极杆质谱仪；8、进气管；9、旋转台；10、密封圈；11、出气管；12、导气管。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，包括通过导气管12依次连接有高纯氦气瓶1、转子流量计2、熔滴取气装置、双阀铝箔气袋6、四极杆质谱仪7，所述高纯氦气瓶1通过导气管12与转子流量计2的进气口相连；所述转子流量计2的出气口通过导气管12与熔滴取气装置相连；所述熔滴取气装置通过导气管12与双阀铝箔气袋6的进气阀相连；所述双阀铝箔气袋6的出气阀通过导气管12与四极杆质谱仪7相连。使用时，首先使熔滴取气装置处于预备状态，向熔滴取气装置通入高纯氦气(此时转子流量计2未计时，连接在熔滴取气装置出气管11上的导气管12与双阀铝箔气袋6的进气阀未连接)，目的是为去除熔滴取气装置内及其他连接导气管12内的杂质气体；除杂一段时间后，将连接在熔滴取气装置出气管11上的导气管12接到双阀铝箔气袋6的进气阀(此时需要计时)，在熔滴取气装置进行提取熔滴内气体的同时，向熔滴取气装置内通入定量的高纯氦气，通过转子流量计2和时间来确定高纯氦气的量，最后将双阀铝箔气袋6收集的定量高纯氦气和熔滴内的气体接入四极杆质谱仪7，即可定量分析熔滴内的气体含量和成分。
熔滴取气装置不限于以下给定的结构，可以是其他构造，本实施例提供的熔滴取气装置包括套筒3、柱塞、密封圈10；所述套筒3下方相对位置处分别设有一个进气管8和一个出气管11，套筒3的出气管11位置比进气管8高，所述进气管8和出气管11与套筒3内相通；所述柱塞杆部4置于套筒3内，柱塞杆部4外圆周面与套筒3内圆周面之间通过螺纹相配合，且柱塞杆部4和套筒3内腔之间的螺纹配合在上部，下部没有螺纹；柱塞杆部4螺纹上端设有一个凹槽，所述密封圈10设置于凹槽内；柱塞杆部4的长度要满足柱塞杆部4完全旋入套筒3内腔后，柱塞底部与套筒3内腔底面贴合。在使用时，将空心熔滴置入套筒3内，将柱塞杆部4缓慢旋入套筒3一定深度(即柱塞杆部4下端与空心熔滴接触)后停止旋入，使熔滴取气装置处于预备状态，在取气时，使柱塞杆部4向套筒3内继续旋入，柱塞杆部4底端和套筒3内腔底端给空心熔滴纵向的压应力使空心熔滴破裂，释放内部气体，完成空心熔滴的取气。
柱塞顶端设有一个六棱柱形的旋转台9，与柱塞杆部4一体成型；所述套筒3下端设有一底座5，与套筒3下端一体成型，旋转台9设计成六棱柱形便于用扳手将柱塞和套筒3旋紧，使空心熔滴内的气体释放的更加完全。
套筒3下部内径大于柱塞杆部4下部外径，是为了给气体流动提供足够大的空间，便于流通。
套筒3的出气管11位置比进气管8高，是因为氦气密度小，在套筒3内有一个上浮过程，便于将套筒3内的气体(包括一开始在套筒3内的杂质气体和后来收集的空心熔滴内的气体)带出来。
柱塞底端与套筒3内腔底端均为凹凸不平的网纹表面，便于空心熔滴破裂，方便快捷取气。
此外，又提供一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的方法，操作步骤如下：
步骤一：将高纯氦气瓶1与转子流量计2的进气口通过导气管12相连接，并将转子流量计2的出气口通过导气管12接入熔滴取气装置的进气管8，熔滴取气装置的出气管11连接好导气管12；
步骤二：将四极杆质谱仪7与双阀铝箔气袋6出气阀通过导气管12连接好，再将双阀铝箔气袋6抽真空后关闭双阀铝箔气袋6进气阀，备用；
步骤三：将焊接后收集的空心熔滴置入熔滴取气装置内，使熔滴取气装置处于取气预备状态(柱塞杆部4下端与空心熔滴接触即柱塞杆部4向套筒3内旋入有阻碍感时停止旋入)；
步骤四：打开高纯氦气瓶1气阀，通入高纯氦气冲洗熔滴取气装置及导气管12内部的杂质气体，冲洗一段时间后，调节转子流量计2至适宜数值；
步骤五：将抽真空备用的双阀铝箔气袋6进气阀与熔滴取气装置出气管11接好的导气管12相连，并开始计时，同时使熔滴取气装置处于工作状态(即旋转旋转台9使柱塞杆部4向套筒3内旋入)，进行取气；
步骤六：熔滴取气装置取气完毕后(即旋转旋转台9使柱塞杆部4的底端无法再向套筒3内旋入)，停止计时与关闭高纯氦气瓶1气阀同时进行，关闭铝箔气袋进气阀，计算氦气体积；
步骤七：打开双阀铝箔气袋6出气阀，使用四级杆质谱仪测量铝箔气袋内气体成分，并分析计算空心熔滴内的气体含量和成分。
综上，本发明的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置及方法，熔滴取气装置可以将许多空心熔滴内的气体通过套筒3内腔底部和柱塞底部的挤压，将空心熔滴挤压破裂，放出熔滴内的气体，同时向该装置内通入定量的高纯氦气，用双阀铝箔气袋6收集定量的高纯氦气和熔滴内的气体，最后将双阀铝箔气袋6的气体接入四极杆质谱仪7，即可定量分析熔滴内的气体含量和成分，此装置和方法对研究水下湿法焊接接头扩散氢来源很有意义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (7)

1.一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，包括通过导气管依次连接的高纯氦气瓶、转子流量计、熔滴取气装置、双阀铝箔气袋、四极杆质谱仪，其特征在于，所述高纯氦气瓶通过导气管与转子流量计的进气口相连；所述转子流量计的出气口通过导气管与熔滴取气装置相连；所述熔滴取气装置通过导气管与双阀铝箔气袋的进气阀相连；所述双阀铝箔气袋的出气阀通过导气管与四极杆质谱仪相连。
2.根据权利要求1所述的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，其特征在于，所述熔滴取气装置包括套筒、柱塞、密封圈；所述套筒下方相对位置处分别设有一个进气管和一个出气管，所述进气管和出气管与套筒内相通；所述柱塞杆部置于套筒内，柱塞杆部外圆周面与套筒内圆周面之间通过螺纹相配合，且柱塞杆部和套筒内腔之间的螺纹配合在上部，下部没有螺纹；柱塞杆部螺纹上端设有一个凹槽，所述密封圈设置于凹槽内；柱塞杆部的长度要满足柱塞杆部完全旋入套筒内腔后，柱塞底部与套筒内腔底面贴合。
3.根据权利要求2所述的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，其特征在于，所述柱塞顶端设有一个六棱柱形的旋转台，与柱塞杆部一体成型；所述套筒下端设有一底座，与套筒下端一体成型。
4.根据权利要求2所述的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，所述套筒下部内径大于柱塞杆部下部外径。
5.根据权利要求2所述的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，其特征在于，所述套筒的出气管位置比进气管高。
6.根据权利要求2所述的一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的装置，其特征在于，柱塞底面与套筒内腔底面均为凹凸不平的网纹表面。
7.一种研究水下湿法焊接空心熔滴内部气体的方法，其特征在于，操作步骤如下：
步骤一：将高纯氦气瓶与转子流量计的进气口通过导气管相连接，并将转子流量计的出气口通过导气管接入熔滴取气装置的进气管，熔滴取气装置的出气管连接好导气管；
步骤二：将四极杆质谱仪与双阀铝箔气袋出气阀通过导气管连接好，再将双阀铝箔气袋抽真空后关闭双阀铝箔气袋进气阀，备用；
步骤三：将焊接后收集的空心熔滴置入熔滴取气装置内，使熔滴取气装置处于取气预备状态(柱塞杆部下端与空心熔滴接触即柱塞杆部向套筒内旋入有阻碍感时停止旋入)；
步骤四：打开高纯氦气瓶气阀，通入高纯氦气冲洗熔滴取气装置及导气管内部的杂质气体，冲洗一段时间后，调节转子流量计至适宜数值；
步骤五：将抽真空备用的双阀铝箔气袋进气阀与熔滴取气装置出气管接好的导气管相连，并开始计时，同时使熔滴取气装置处于工作状态(即旋转旋转台使柱塞杆部向套筒内旋入)，进行取气；
步骤六：熔滴取气装置取气完毕后(即旋转旋转台使柱塞杆部的底端无法再向套筒内旋入)，停止计时与关闭高纯氦气瓶气阀同时进行，关闭铝箔气袋进气阀，计算He气体积；
步骤七：打开双阀铝箔气袋出气阀，使用四级杆质谱仪测量铝箔气袋内气体成分。
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