CN100563896C - Tig焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将带有第一壁和端部边缘的第一部件焊接到带有第二壁和边缘的第二部件的TIG焊接方法，两个部件相互沿着所述边缘之间的连接表面焊接，并且第一壁沿着该连接表面和第二壁形成凸角。本方法特征在于电极沿着所述表面移动，电极根据与第一壁(13)所成的小于180°的角度(β)布置在凸角侧面上，电极的方向(D)穿过与凸角相关的凹角。其中，在焊接之前，所述第二壁形成扩孔，所述第一壁的端部边缘与其相对设置。本方法特别适用于焊接火花塞导管和燃气轮机马达的燃烧室外壳。

Description

TIG焊接方法
技术领域
本发明涉及在惰性气体保护气氛下依靠耐火电极的凹痕将两部件焊在一起的电弧焊方法。
它涉及将第一金属部件焊接到第二金属部件上，两个部件都为对接接头。特别地，它涉及将圆柱性的部件，例如火花塞导管，连接到第二部件中的孔中，例如燃气轮机马达的燃烧室外壳。
背景技术
燃烧室通常为环形，包括带有轴向的上升气流开口让空气通过的外壳以及闭合腔室中的燃料分配装置。在这个装置附近，外壳在外围的壁上具有辐射状开口，用于让燃料火花塞通过。火花塞靠火花塞导管的凹痕固定在壁上，火花塞导管是球形圆柱状的。这些火花塞导管的前缘沿着外壳壁中孔的边缘被焊接于其上。
现在的TIG焊接方法是手动操作。图1示出了两个部件的位置。焊接之前，火花塞导管1穿过燃烧室的壁5啮合在机加工的孔3中。轴向表示的燃烧室的壁，也在轴向方向上形成弯曲。孔3的边缘切出倒角从而为导管的外边缘提供空间。焊接是在所述空间上方设置钨电极T焊炬7，同时通过棒条B送进金属。在第一遍过程中，第一焊缝沉积在空间的底部，从而实现更深的焊接熔深。在第二遍时，整个空间都被填满。
这种手动方式的缺点是，由于连接区域的复杂性，需要操作者具有很高的技巧。另外，随着焊缝的前进，他必须一直调整产生的能量数量，因为所要焊接的厚度和质量不是恒定的。焊接并不是均匀平滑的。随之产生的变形使得需要对组件进行最后热处理，以释放其内部应力特别是在焊接操作中产生的内部应力。在燃烧室中或者在导管中的不规则的表面，还需要对进行焊缝再加工。有的时候，应力非常大以致于产生连接区域的裂缝。
钨极惰性气体保护-TIG焊接是一种耐火电极在气体保护气氛中电弧焊方法。使用这种技术需要或者不需要任何填充金属。惰性气体，通常为氩基或者氦基气体，将熔融金属、高温区和钨电极与空气隔离。因此防止了任何的氧化现象。在惰性气流中，产生的电弧在难熔的钨电极和要焊接的部件之间发生闪燃。电弧产生的热量熔化了部件的边缘和任何的填充金属，从而形成了焊缝。TIG焊接是手动或者自动的方法。它用于小于5-6mm的中小厚度焊接，因为在用于大厚度焊接时，其焊接速度要比其他方法的焊接速度慢。
发明内容
本发明想要克服直到现在还在使用的手动焊接所遇到的缺点。
根据本发明，将带有第一壁和端部边缘的第一部件与带有第二壁和边缘的第二部件连接在一起的TIG焊接方法，两个部件相互沿着所述边缘之间的连接表面焊接，并且第一壁沿着该连接表面与第二壁形成凸角，电极沿着所述表面移动，电极根据与第一壁所成的小于180°的角度(β)布置在凸角的一边，电极的方向(D)穿过与凸角相关的凹角，其特点在于，在焊接之前，所述第二壁形成扩孔，所述第一壁的端部边缘与其相对设置。
凸角是指，在沿着焊缝的电极的各个位置，两个壁限定出的角度大于90°的角。
在本发明的方法中，材料包括要被焊接的部件，没有使用任何外部的填充料，根据连接表面或连接平面布置电极，熔池和焊缝前进被推进到相关的凹角中。最好的，使用的能量足够在与凸角相关的凹角中形成焊脚或球状焊缝。因此，焊接两个部件可以自动化，靠相对简单的设备一遍完成。而且，曲率半径当第二部件的壁形成球盖的形状或者其他形状时任还显示具有出足够的曲率半径。
本发明首先用于部件的焊接，其中第一个部件为圆柱形。有益的是使用了轨道型焊接机，已知可以用于焊接管材。这种情况下电极顶部的轨迹是圆形的。
有益的是由一个壁供应填充材料，在焊接之前形成突起。
有益的是，方向D通过凹角的第一和第二壁的交叉点，至少越过旋转的电极固定器的一部分。
为了顾及到要焊接部件的复杂几何形状，电极的位移速度和通过其中的电流强度可以变化。这两个参数可以根据两个部件的本身在连接区域中的几何形状沿着电极顶部的轨迹和热泵的轨迹而进行调整，如果有必要的话。
本发明还涉及安装在执行本发明的机器上的电极固定器。该机器包括电极固定器和驱动装置，以沿着设置的轨道移动驱动装置。特别的，在焊接过程中该驱动装置绕固定的轴旋转电极。该技术被称为轨迹焊接已经被使用。特别的，该驱动装置具有可变的速度。本发明的电极固定器包括轴线部分以及用于将电极与所述轴成设定的规定角度的装置。最好的，这个角度不是90°；这个角度为0°到180°之间。设置为使得电极的角度β在电极旋转的过程中尽可能具有恒定的值。
附图说明
我们现在参考附图叙述本发明的非限定性的实施例，其中：
·图1示出根据先前工艺的手工焊接模式，
·图2示出根据本发明焊接方法的第一实施例，
·图3示出焊接后的两个部件，
·图4示出本发明的第二实施例，
·图5示出根据第二实施例的焊缝细节。
具体实施方式
图2表示涡轮喷气发动机燃烧室10的外壳11的一部分，其位于火花塞孔通道的水平面上。示出的火花塞没有连同剩余的外壳。火花塞导管12可以将火花塞保持在燃烧室中的位置中。这个第一部件由轴线为XX的圆柱部分13和沿着圆柱部分外沿延伸的安装法兰14构成。
燃烧室的外壳11实际上为圆柱形，通常带有球盖形的部分引导上升气流。其中提供了轴向开口，图中未示出，为燃烧室提供燃料和燃烧空气的装置在其中通过。火花塞点燃空气和燃料的混合物。
为了将导管12固定到外壳11上，钻出了圆形通孔。孔周围的壁厚在垂直轴YY扩孔而被减薄了，形成了支撑表面，圆柱形部件13的端部边缘与其相对放在其中。所述表面在这里构成了连接平面J。端部边缘和支撑表面在同一平面中。因为燃烧腔的外壳为弯曲的，在这里轴线YY与轴线XX形成一定角度。在图中可以看出，第二壁中开口的尺寸略微小于管13。这个部分形成环形突起15，其功能为作为焊接的填充金属。
为了将两个部件焊接在一起，使用TIG焊接机，图中只可以看到电极固定器20的顶端。
轨道型的TIG焊接安装本身是已知技术。它包括电流发生器和焊接头。焊接头安装在支座上，包括有用于带有气囊的电极固定器的支架。支架在其支座上可移动，可以对应焊接区域牢固装配电极。电极保持器是笔或者轴向杆的形状。有机构使得电极保持器绕其轴线转动。组件连接着程序控制自动机。这个自动机控制着所有影响焊接过程的参数：电流值、电极顶端的轨道向前速度、加热时间和保护气流速，比如氩气。自动机将360°循环拆散为多个设置序列。例如486，每一个都可以包含有不同的参数值。因此可以在其轨道上根据接地部件或者存在的热泵区域的本处的厚度改变各个位置电极的参数。
电极固定器20的位置与轴线YY同轴，垂至于两个部件之间的连接平面。它带着的钨电极22，与轴线YY形成设置角α。图中的表示，无法看到保护气体导向边缘。电极被定向在圆柱形部件第一壁13和第二部件朝向突起15的第二壁11所形成的凸角中。
电极与壁13形成角度β，例如通过突起15的电极轴线的方向D。最好，方向D包括于壁12和13形成的凹角中，并与上述的凸角互补为360°。
角度β在0°和180°之间。电极最好放置为使其方向D通过连接平面J，特别是其中心，并且通过凹角中壁13和15的交叉点P。
角度α根据角度β进行选择，使得不考虑轴线YY周围电极的轨道位置，其方向D总是正确定向。最好地，参考角度β设置的值在电极固定器的旋转期间变化尽可能小。电极相对于连接表面的这种倾斜移动了熔池，并且形成不需要进行再加工的焊缝。
为了焊接部件，首先将部件13放置在外壳上准备好的表面相对搁置。它被暂时固定在其中。随后电极被固定为使得其旋转轴穿过支撑表面和轴线XX。电极的顶部有一定距离从而可以产生焊接电弧。
机器启动。电极固定器从根据自动机程序确定的初始位置起，绕其自身轴线旋转。电极头的位移速度已被编程，且在其旋转时通过电极的电流强度根据其角度位置也被编程。事实上可以看到电弧下金属的量不是恒定的，因为部件的几何形状很复杂。根据该几何形状调整这些参数可以形成均匀的焊缝。保护气体流速也被调整。例如要焊接火花塞导向管，可以将360°循环提供为五或六个序列，其中电极头的向前速度和焊接电流强度不同。
循环的示例如下：
  序列1   序列2   序列3   序列4   序列5
  角度旋转区   35°   105°   75°   145°   5°
  速度cm/min.   20   22   26   28   17
  强度A   40   41   41   38   35
  气体流量l/min.   5   5   6   7   3
图3表示火花塞导管已经焊接到燃烧室外壳上。得益于本发明的方法，焊缝C为辐射形状C1，在气流流向的燃烧室侧面没有任何球状焊缝，导管的侧面也是如此。在壁13和11限定出的凹角中相反处形成了球状焊缝或焊脚C2。
球状焊缝的出现使得可以对焊缝的质量进行简单的可视的控制。
现在参考图4叙述本方法的一种变化。
燃烧室的外壳11例如是圆柱形，其几何形状使其不能提供前面所述的扩孔，例如是由于它的曲率。外壳已经被钻了适合角度的孔。导管放在开口中，其壁113根据外壳111孔的边缘进行调整。导管的端部根据外壳的里面布置有轻微的凹陷。可以靠不同的方式提供临时的附着，例如一个或多个手工沉积的焊接点。随后安装电极固定器，使得电极的顶部与导管的脊部具有设置的距离。这里，其轴线与导管的轴线相合并。电极轴线的方向D最好通过位于壁111和113形成凹角的壁的交叉点P，至少越过电极轨道部分。
通过绕其轴旋转电极固定器进行焊接加工；前进速度和电流强度根据要焊接的金属本处的厚度而发生变化，如前面的实施例中所述的。
图5示出了该操作形成的焊缝C’。靠焊缝后面存在的球形物C’2，该方法可以可视地控制满意的焊缝熔深。

Claims (6)

1.一种用于将带有第一壁(13)和一端部边缘的第一部件(12)焊接到带有第二壁(11)和一边缘的第二部件(11)上的TIG焊接方法，所述两个部件相互沿着所述边缘之间的连接表面焊接，并且所述第一壁(13)沿着所述连接表面与所述第二壁(11)形成凸角，电极(22)沿着所述表面移动，所述电极根据与第一壁(13)所成的小于180°的角度(β)布置在凸角侧面上，所述电极的方向(D)穿过与凸角相关的凹角，其特征在于，在焊接之前，所述第二壁形成扩孔，所述第一壁的端部边缘与其相对设置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用足够的焊接能量在与凸角相关的凹角中形成焊脚(C2，C′2)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一部件(12)为圆柱形。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一部件(12)为火花塞导管，而所述第二部件(11)为燃气轮机马达的燃烧室外壳。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在焊接之前，所述壁的其中之一沿着所述连接表面形成突起(15)。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，位移速度和电流强度根据所述两个部件的几何形状沿着电极顶部的轨迹而变化。
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