CN101468419B - 感应与电弧复合热源螺柱焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应与电弧复合热源螺柱焊接方法。采用感应加热电源对待焊位置进行加热，达到预定时间及温度时，感应电源停止工作，电弧螺柱焊机开始工作，螺柱端头在待焊位置引弧，燃弧，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后感应线圈对接头进行焊后热处理。本发明能够焊接厚大尺寸的板材，实现螺柱与钢板基体的冶金结合，焊接过程可实现自动化操作，效率高；接头强度可达螺柱强度的100％以上，接头内熔合率100％；采用瓷套保护即可获得无夹杂、无氧化的焊接接头。本发明可用于焊接钢板与钢螺柱，或铝合金板与铝合金螺柱，铜合金与铜合金螺柱等。

Description

感应与电弧复合热源螺柱焊接方法

技术领域

本发明涉及在钢基体上的焊接技术，特别是一种感应与电弧复合热源螺柱焊接方法。

背景技术

在船体船舱中、兵器装甲车辆车体内部、各种压力容器内外壁、桥梁及其它领域均广泛应用钢基体与钢、铝、铜螺柱的焊接，螺柱焊接涉及的领域日益广泛。所谓螺柱焊是指通过在螺柱与工件间通过电流或形成电弧的方法使金属熔化将螺柱焊接在板上的技术。目前对于螺柱的焊接通常采用单纯电容储能、电弧螺柱焊接技术、手工电弧焊、杆板埋弧压力焊、电渣压力焊等技术。随着现代工业的快速发展，螺柱的使用率越来越高，需要焊接的螺柱数量也随之增加。现代机械制造技术要求螺柱焊接应具有快速、可靠、简化、操作简便、降低成本等特点。

螺柱的焊接采用电弧螺柱焊方法无疑是目前采用的最广泛的技术，有多种实现方法，按照电弧螺柱焊接过程中焊接能量的提供方式的不同来分类，可以分为普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊两种基本方法。螺柱焊接技术可以在保护方式以及电弧放电周期来进一步细分为：短周期拉弧式、气体保护式、瓷环保护式几种焊接方式。

杆板埋弧压力焊与电弧螺柱焊过程相似，只是将瓷环换成较大尺寸的、可开合的焊剂挡圈，在焊剂下引弧及焊接，形成熔池后加压完成焊接。焊接时无弧光外露，防止空气进入熔池。电渣压力焊焊接过程也与电弧螺柱焊过程类似，不同的是引弧后要用一定时间熔化焊剂形成渣池，再送工件入渣池，使电流通过渣池电阻产生热量熔化工件和母体，并不断送进以保持恒定电压。经过一定时间，将工件压入母体后断电冷却形成焊接接头。

在很多特定环境下，采用单纯螺柱焊机进行螺柱焊接则不能适用，表现为：：目前螺柱焊都是手工进行操作，生产效率受到严重影响；对于电弧弧式螺柱焊机往往受到板厚及螺柱尺寸的限制。对于大厚度板，如厚度30mm以上，以及螺柱直径22mm以上，由于散热快，在进行单纯螺柱焊时易造成未熔合、成型不良等缺陷；而对于某些如兵器装甲车辆用特种钢材料碳当量较高，拘束度极大，螺柱焊接条件下，极易出现脆性组织，产生焊接冷裂纹缺陷。

而对于杆板埋弧压力焊及电渣压力焊也有其适应性较差的缺点，目前均须采用手工操作，效率受到影响。杆板埋弧压力焊焊接时间较长，要增加未熔熔剂和渣壳的清除工序，应用范围受到限制，只是应用于某些厚大平板构件，设备也较复杂。电渣压力焊方法缺点是工件不能直径过小，否则无法形成稳定的熔池及保持稳定的电压，而且焊接时间较长，晶粒粗大。主要用于建筑结构总钢筋的垂直对焊、大型刀具和工具的异种金属焊接等特定场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现厚大钢板与中大直径的钢螺柱的焊接及厚大铝板与中大直径的铝螺柱的焊接，对螺柱尺寸及板厚适用范围广，螺柱与钢基体熔合率及结合强度高的感应与电弧复合热源自动螺柱焊接方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种感应与电弧复合热源螺柱焊接方法，采用感应加热电源对待焊位置进行加热，达到预定时间及温度时，感应电源停止工作，电弧螺柱焊机开始工作，螺柱端头在待焊位置引弧，燃弧，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后感应线圈对接头进行焊后热处理，即具体步骤为：

1.1焊接初始状态时，工件上方设置的螺柱焊枪及感应加热线圈均处于提升状态；

1.2焊接开始后高频感应加热电源的感应线圈下降到指定位置对工件焊接区域快速加热；

1.3感应线圈提升到指定位置，工件加热部位温度保持在200℃-300℃；

1.4螺柱焊枪下降到工件上的焊接区域，并引燃电弧，电弧产生于螺柱和钢板工件之间使界面部位发生局部熔化，进行焊接；

1.5螺柱焊接过程结束，螺柱和工件基体进行局部挤压，电弧电压下降，电弧熄灭，接头实现冶金结合，同时挤出部分液态金属；

1.6螺柱焊枪上升到指定的位置，待螺柱焊枪上升停止，感应线圈下降对已经焊接的螺柱接头区域进行焊后热处理，保证获得优良的焊接接头；

1.7感应线圈上升到指定位置，焊接过程完毕。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、可以实现螺柱与钢板基体的冶金结合能够焊接厚大尺寸的板材，板厚范围一般3-80mm，最大可达120mm以上；2、所焊螺柱尺寸跨度大，范围一般6-30mm，最大可达40mm以上；3、焊接过程可实现自动化操作，效率明显提高；4、焊接质量较手工电弧焊明显提高，接头强度可达螺柱强度的100％以上，接头内熔合率100％；5、不需要采用特殊保护方式，仅采用瓷套保护即可获得无夹杂、无氧化的焊接接头；6、可方便的实现接头焊前预热、焊接、焊后退火一体化协调处理，焊后对螺柱焊接头热处理，在进行高碳当量钢板与螺柱的焊接时尤其表现出很大的优势。本发明可用于焊接钢板与钢螺柱，或铝合金板与铝合金螺柱，铜合金与铜合金螺柱等。

附图说明

图1是本发明的感应与电弧复合热源螺柱焊接方法的流程图。

图2是本发明的感应与电弧复合热源螺柱焊接方法分步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2，一种感应与电弧复合热源螺柱焊接方法，在初始状态，焊枪上设置的螺柱1和感应加热装置的感应线圈3均处于提升状态，此时已经将陶瓷环安装于螺柱焊枪螺柱1前端，焊接开始时感应线圈3下降至指定焊接位置，此时螺柱焊枪仍处于提升状态，随后感应线圈对工件4实施加热，此时螺柱焊枪仍处于提升状态，感应加热结束后，移开感应线圈3，螺柱焊枪下降到指定位置，在陶瓷环的作用下进行螺柱的预压缩，控制系统给螺柱焊枪焊接信号，螺柱焊枪提升进行引弧进行焊接，电弧产生于螺柱1和钢板工件4之间使界面部位发生局部熔化，即处于焊接状态保持中，随后图7中螺柱焊枪将螺柱向下送进，螺柱焊接过程结束，螺柱1和工件4基体进行局部挤压，电弧电压下降，电弧熄灭，接头实现冶金结合，同时挤出部分液态金属。随后螺柱焊枪上升到指定的位置，感应线圈3下降到焊接接头位置对已经焊接的螺柱接头区域进行后热处理，保证获得优良的焊接接头。完毕后感应线圈3再次上升到指定位置，焊接过程完毕。在该技术方案中，电弧热源仍是主要的加热热源，感应热源起到保证质量的重要作用，有改善温度场、降低应力、预热、后热和缓冷的功能。另外，螺柱焊过程由位于螺柱1前端的陶瓷环2进行保护，保护熔池过程免受氧化。螺柱焊枪的升降、感应线圈的升降、感应焊前加热时间及焊后热处理时间均由可编程控制器控制，以利于安全、精确进行过程控制。

下面以实施例来详细描述本发明的感应与电弧复合热源螺柱焊接方法及其装置。

实施例，结合图1和图2，以直径22mm的螺柱及板厚20mm的钢板进行复合热源螺柱焊为例。将直径为20mm，长度为60mm的钢螺柱预先装夹在螺柱焊枪上，在螺柱前端装夹有陶瓷环2，此时螺柱焊枪及感应线圈3应均处于提升状态。启动控制系统的启动按钮，感应线圈3下降到距离3mm，感应加热电源通过感应线圈3对工件4焊接区域进行加热，加热时间由系统控制为10s，加热功率为600，工件4表面加热温度为200℃-300℃，加热完毕后感应线圈3提升，随后螺柱焊枪下降直到螺柱及陶瓷环2与工件4保持预压紧，控制系统给螺柱焊枪1焊接信号，螺柱被螺柱焊机提起拉弧，进行焊接，焊接电流为2100A，焊接时间为1100ms。焊接完成后，螺柱焊枪上升，随后感应线圈3下降对焊接接头进行退火处理，采用功率600，加热时间20s。退火完毕后，感应线圈3上升，整个焊接过程完毕。

Claims (4)

1.一种感应与电弧复合热源螺柱焊接方法，其特征在于：采用感应加热电源对待焊位置进行加热，达到预定时间及温度时，感应电源停止工作，电弧螺柱焊机开始工作，螺柱端头在待焊位置引弧，燃弧，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后感应线圈对接头进行焊后热处理，即具体步骤为：

1.1焊接初始状态时，工件上方设置的螺柱焊枪及感应加热线圈均处于提升状态；

1.2焊接开始后高频感应加热电源的感应线圈下降到指定位置对工件焊接区域快速加热；

1.3感应线圈提升到指定位置，工件加热部位温度保持在200℃-300℃；

1.4螺柱焊枪下降到工件上的焊接区域，并引燃电弧，电弧产生于螺柱和钢板工件之间使界面部位发生局部熔化，进行焊接；

1.5螺柱焊接过程结束，螺柱和工件基体进行局部挤压，电弧电压下降，电弧熄灭，接头实现冶金结合，同时挤出部分液态金属；

1.6螺柱焊枪上升到指定的位置，待螺柱焊枪上升停止，感应线圈下降对已经焊接的螺柱接头区域进行焊后热处理，保证获得优良的焊接接头；

1.7感应线圈上升到指定位置，焊接过程完毕。

2.根据权利要求1所述的感应与电弧复合热源螺柱焊接工艺方法，其特征在于：采用陶瓷环[2]对焊接的螺柱接头进行保护。

3.根据权利要求1所述的感应与电弧复合热源螺柱焊接工艺方法，其特征在于：采用惰性气体与陶瓷环结合对焊接过程进行保护。

4.根据权利要求1所述的感应与电弧复合热源螺柱焊接工艺方法，其特征在于：螺柱焊枪由螺柱焊机提供焊接能量，感应线圈由感应加热电源提供能量。

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