CN101468420B - 空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法。焊前感应加热机头对待焊位置加热，达到预定温度及时间时，引燃加热电弧、同时感应电源停止加热，启动旋转电弧控制器产生磁场，对电弧产生电磁力，形成整个电弧以空心螺柱或螺母为轴线围绕空心螺柱或螺母旋转，均匀对基体金属和空心螺柱或螺母加热，待结合界面产生塑性流动并开始熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后启动焊后感应加热机头对接头部位加热，焊后对空心螺柱接头缓冷。本发明采用感应与旋转电弧复合热源，解决空心螺柱、螺母均匀熔合的难题，实现了空心螺柱与金属基体的焊接；采用感应热源加热金属基体，大幅度缩小了焊接时金属基体与螺柱的温度差，消除螺柱温度过高造成螺柱烧坏的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于在金属基体上的特种焊接技术，特别是一种采用感应及旋转电弧复合热源的在空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法。
背景技术
在兵器装甲车辆车体和炮塔内、外部；船体船舱中；各种压力容器内外壁、及其它领域均广泛应用金属基体与钢、铝、不锈钢螺柱的焊接，许多螺柱采用了空心结构或是金属基体上焊接螺母。目前对于空心螺柱或螺母的焊接通常采用手工电弧焊、半自动气体保护焊方法，国外个别知名研究机构针对小直径不锈钢螺母开发了旋转电弧螺柱焊，对于空心钢螺柱、铝螺柱和中大直径不锈钢空心螺柱与钢基体的连接目前尚无有效的螺柱焊接工艺方法和装备。随着制造业的高速发展，空心螺柱的使用率越来越高，需要快速、高质量、高可靠、操作简便的螺柱焊接工艺方法，以满足现代化制造业的发展。
手工电弧焊接螺柱工艺是采用焊条和弧焊电源、由焊工运条、送进、人工旋转一周进行焊接的一种工艺方法，半自动熔化极气体保护焊接螺柱方法采用CO2、Ar或Ar+CO2混合气保护，由焊枪自动送进焊丝、人工移动焊枪一周进行焊接的一种工艺方法，手工电弧和半自动气体保护焊接螺柱虽具有操作简单，适用范围广泛等优点，但在焊接空心螺柱时都存在焊接结合面积少、强度低、焊接内部存在缺陷、焊缝外观成形难看、效率特别低下等缺点。
普通电弧螺柱焊和电容储能电弧螺柱焊要求螺柱顶部制成尖端，该尖端和金属基体之间由焊接电源供电产生瞬间电弧，熔化尖端并在压力作用下形成焊接接头，而空心螺柱不可能制成尖端，电弧只能在空心螺柱四周“壁”端产生电弧，电弧阳(阴)极位置无法稳定，电弧加热极不均匀，不能形成合格稳定的焊接接头。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种能够焊接高强、超高强基体金属与黑色金属螺柱、不锈钢基体与不锈钢螺柱、铝合金基体与铝合金螺柱、黑色金属基体与不锈钢螺柱、不锈钢基体与黑色金属螺柱等，可焊接的基体金属板厚范围及空心螺柱螺母直径范围宽的感应与旋转电弧复合热源焊接空心螺柱的焊接方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，对空心螺柱或螺母与不同厚度金属板之间的连接，焊接初始时采用焊前感应加热机头对待焊位置进行加热，达到预定温度及时间时，引燃加热电弧、同时感应电源停止加热，启动旋转电弧控制器产生磁场，对电弧产生电磁力作用，形成整个电弧以空心螺柱或螺母为轴线围绕空心螺柱或螺母旋转，均匀对基体金属和空心螺柱或螺母加热，待结合界面产生塑性流动并开始熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后启动焊后感应加热机头对接头部位进行加热，焊后对空心螺柱接头缓冷。
本发明空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法中，焊接过程采用陶瓷成形模或在焊枪内壁通气保护，陶瓷成形模依靠焊接机头套在空心螺柱上，保护气体通过焊接机头内部气路由空心螺柱内的空腔喷出，对空心螺柱焊接接头内部进行保护。
本发明空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法中，采用的保护气体为纯氩气。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、采用感应+旋转电弧复合热源，其中采用电磁场使“拉弧”围绕螺柱壁旋转，形成旋转电弧，并均匀加热螺柱壁，解决空心螺柱(螺母)均匀熔合的难题，实现了空心螺柱与金属基体的焊接；2、采用感应热源加热金属基体，大幅度缩小了焊接时金属基体与螺柱的温度差，解决了单纯旋转“拉弧”热源焊接时，厚大金属基体温度偏低造成未熔合缺陷的难题；也解决了单纯旋转“拉弧”热源焊接时，螺柱温度过高造成螺柱烧坏的缺陷；3、采用感应热源在旋转拉弧产生前加热金属基体，旋转拉弧熄灭后加热金属基体与接头，延缓了基体和接头的冷却速度，解决了高强、高硬中厚钢上焊接螺柱出现裂纹缺陷的难题。
附图说明
图1是本发明的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法流程图。
图2是本发明的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法采用的装置的示意图。
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，焊接机头1和焊后感应机头2可上下运动，空心螺柱5和陶瓷保护模焊前组装于焊接机头1的前端；焊前感应机头6可在水平方向作转动、其安装高度距基体金属52-8mm；旋转电弧电源7可使空心螺柱5与基体金属12之间产生电弧；旋弧控制器10控制旋弧驱动器9产生轴向磁场，该磁场的设计使电弧13的电子流受到指向中心的径向作用力，电弧产生旋转，旋转的轴线是空心螺柱5的中心轴线；感应电源8给感应机头2和感应机头6供电并控制其通断；温度检测器11可检测焊接区域的加热温度。焊接过程采用陶瓷成形模或在焊枪内壁通气保护，陶瓷成形模依靠焊接机头套在空心螺柱上，保护气体通过焊接机头内部气路由空心螺柱内的空腔喷出，对空心螺柱焊接接头内部进行保护。采用的保护气体为纯氩气。
结合图1和图2，焊接机头1上抬的同时，转动感应机头6到指定位置，感应电源8控制感应机头6对待焊位置进行加热，同时由温度检测器11检测加热部位，当达到预定温度时，停止感应机头6的加热，实现复合热源中的感应热源对基体金属12的焊接部位进行加热，保持厚大基体金属焊接部位的温度；
其次，当达到预定温度时，停止感应机头6加热并将其转出焊接区域，同时焊接机头1下降与基体金属短路后回抽，引燃空心螺柱5与基体12之间的电弧13，此时启动旋弧控制器10使旋弧驱动器9产生磁场，作为导电体电弧13中的电子流从负极穿过磁场到达正极，电子流在磁场中受到电磁力的作用，电磁力始终指向电弧中线，在该电磁力的作用下，电子流作圆周运动，形成整个电弧以轴线为绕空心螺柱或螺母旋转，均匀对基体金属和空心螺柱或螺母加热子流作圆周运动，形成整个电弧13以空心螺柱5中心线为轴旋转，实现电弧13均匀对基体金属12和空心螺柱5的焊接界面加热，使待焊界面产生塑性流动并开始熔化；，电弧13均匀加热时间到，焊接机头1带动空心螺柱5下压并挤出部分熔化金属，实现空心螺柱5和基体金属12的焊接；
再次，焊接机头1下压并使空心螺柱5和基体金属12实现连接并处于高温状态时，感应机头2向下运动至距基体金属2-8mm，同时启动感应电源8控制感应机头2对接头部位进行加热，加热实现温度或时间控制，即采用温度检测器11检测加热部位温度或通过计时对感应电源8进行关断，实现焊后对空心螺柱接头进行缓冷，保证了接头和基体金属组织的性能，也可实现对接头的热处理。
下面以实施例来详细描述本发明的空心螺柱感应与电弧复合热源焊接方法。
实施例，结合图1至2，以23mm直径空心螺柱和45mm厚高强度中碳调质钢板为例。
将外径为23mm、内径为16mm，长度为60mm的空心钢螺柱预先装夹在焊接机头1上，感应机头6调整到距工件表面5mm高度，在空心螺柱5前端装夹有陶瓷保护模5-2，此时焊接机头1及感应机头2均处于提升状态。焊接开始，感应机头6转到指定焊接区域位置，感应机头6在感应电源8控制下对待焊位置加热，加热功率18KW，12秒，由温度检测器11检测加热部位，当达到350℃度时，此时加热时间约10-15秒，停止感应机头6的加热并将其转出焊接区域，同时焊接机头1下降与基体金属短路后回抽，引燃空心螺柱5与基体12之间的电弧13，此时启动旋弧控制器10使旋弧驱动器9产生磁场，电弧13以空心螺柱5中心线为轴旋转，8秒后，焊接机头1带动空心螺柱5下压并挤出部分熔化金属，实现了空心螺柱5和基体金属12的连接；在此高温状态时，感应机头2向下运动至距基体金属5mm，同时启动感应电源8控制感应机头2对接头部位进行加热，加热功率15kw，20秒后，进行关断感应电源8，实现了焊后对空心螺柱接头的缓冷。
Claims (5)
1.一种空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，其特征在于：对空心螺柱或螺母与不同厚度金属板之间的连接，焊接初始时采用焊前感应加热机头对待焊位置进行加热，达到预定温度及时间时，引燃加热电弧、同时感应电源停止加热，启动旋转电弧控制器产生磁场，对电弧产生电磁力作用，形成整个电弧以空心螺柱或螺母为轴线围绕空心螺柱或螺母旋转，均匀对基体金属和空心螺柱或螺母加热，待结合界面产生塑性流动并开始熔化，形成熔池后螺柱送入熔池，冷却凝固，随后启动焊后感应加热机头对接头部位进行加热，焊后对空心螺柱接头缓冷。
2.根据权利要求1所述的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，其特征在于：焊接过程结束后，采用温度检测器检测加热部位温度，达到设定的温度时，感应电源关断，实现温度控制，进行焊后对空心螺柱接头进行缓冷及接头的后热处理。
3.根据权利要求1所述的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，其特征在于：焊接过程结束后，采用时间控制器控制感应电源关断，实现时间控制，进行焊后对空心螺柱接头进行缓冷及接头的后热处理。
4.根据权利要求1或2所述的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，其特征在于：焊接过程采用陶瓷成形模或在焊枪内壁通气保护，陶瓷成形模依靠焊接机头套在空心螺柱上，保护气体通过焊接机头内部气路由空心螺柱内的空腔喷出，对空心螺柱焊接接头内部进行保护。
5.根据权利要求4所述的空心螺柱或螺母复合旋转弧热源焊接方法，其特征在于：采用的保护气体为纯氩气。
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