CN102218585B - 薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置，采用双层保护气的焊枪，所述双层保护气的焊枪指：在普通焊枪气体保护罩的外面增设一个冷却气体保护罩；保护气体分成两条支路：第一条支路内(内层)用常温气体，第二条支路内(外层)用冷却后的气体，冷却后的气体对焊缝高温区和焊接热影响区局部急冷，使其局部急剧收缩，产生对该焊缝区的强烈拉伸效应补偿了已产生的压缩塑性变形，动态地控制了焊接应力与变形，防止了薄板构件的失稳变形。本发明所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置，既可以通过减小焊接热输入实现对焊缝质量的控制和减小焊接变形的目的，又可以在焊缝形成后对焊缝的局部急速冷却，实现减小焊接变形的目的，而且操作更灵活。

Description

薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及薄板构件焊接技术领域，具体说是薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置。

背景技术

控制和消除薄板构件焊接应力和变形通常采用的方法可分为焊前措施和焊后措施两类。

焊前措施如预变形法、整体拉伸法、预置温度场等，利用对焊接区的反变形控制和补偿焊接时产生的不协调应变，来控制焊接残余应力水平，防止焊接变形。

焊后消除已经发生的残余应力和变形的措施有：如滚压法、火焰矫正法、高温回火、振动法等，这些焊后措施在结构制造过程中增加了一道工序。

目前控制和消除焊接应力和变形的方法，有的需要繁杂庞大的设备，有的费力耗时，有的对焊接应力和变形的控制效果有限，并且都受结构焊缝形状复杂性的影响，应用范围受到限制。例如：在动态控制薄板构件低应力无变形焊接方法及其装置专利（专利申请号：93101690.8）中，采用可跟随焊接热源移动的急冷热潭装置，对仍处于高温状态的焊缝进行局部急速冷却，获得强烈的拉伸效应，定量地控制和补偿焊缝区的压缩塑性变形，降低残余应力水平，防止薄板构件焊后的失稳变形。其缺点在于：仅是通过对冷却后焊缝的局部急速冷却实现减小焊接变形的目的，不能实现焊接热输入的调整，而且需要一套比较复杂的冷却系统，操作不够灵活。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置，既可以通过减小焊接热输入实现对焊缝质量的控制和减小焊接变形的目的，又可以在焊缝形成后对焊缝的局部急速冷却，实现减小焊接变形的目的，而且操作更灵活。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，其特征在于，包括：

用于焊接焊件10上的焊缝9的焊枪1，焊枪1上设有熔化极焊丝或不熔化电极8；

所述焊枪1为双层保护气的焊枪，所述双层保护气的焊枪指：在普通焊枪气体保护罩的外面增设一个冷却气体保护罩；

贮存保护气体的气体气瓶7；

气体气瓶7经过减压阀6后，分成两条支路；

第一条支路直接连接到焊枪1，此支路为普通气体保护焊的气体通路，且第一条支路上设有一个气体流量计5；

第二条支路连接到气体冷却控制装置4，且第二条支路上也设有一个气体流量计5，气体冷却控制装置4的功能是冷却第二条支路输送来的保护气体，

气体冷却控制装置4通过低温气体软管3连接到低温气体阀门2，

低温气体阀门2连接到增设的冷却气体保护罩的冷却气体入口11。

在上述技术方案的基础上，所述气体气瓶7内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种与氧气的混合气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上与氧气的混合气体。

在上述技术方案的基础上，所述增设的冷却气体保护罩为整体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩17外表面的冷却气体保护罩14，在二者之间设有一层保温隔热石棉16；

冷却气体保护罩14上端嵌装有冷却气体分流器12，冷却气体分流器12上表面设有冷却气体入口11，

冷却气体入口11与冷却气体分流器12下表面的环形气体分流槽13连通，

环形气体分流槽13与设置于冷却气体保护罩14内的若干均匀分布的冷却气体通道15相连通，且冷却气体通道15平行于普通焊枪气体保护罩17外表面设置。

在上述技术方案的基础上，所述增设的冷却气体保护罩为分体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩17外表面的冷却气体保护罩14，在二者之间设有一层保温隔热石棉16；

冷却气体保护罩14上端嵌装有冷却气体分流器12，冷却气体分流器12上表面设有冷却气体入口11，

冷却气体入口11与冷却气体分流器12下表面的环形气体分流槽13连通，

环形气体分流槽13与设置于冷却气体保护罩14内的若干均匀分布的冷却气体通道15相连通，且冷却气体通道15平行于普通焊枪气体保护罩17外表面设置，

冷却气体通道15下端的开口与冷却气体导管18连通，

冷却气体导管18向普通焊枪气体保护罩17外侧倾斜设置。

在上述技术方案的基础上，气体冷却控制装置4采用CBE-34AF空气冷却机，或具有类似功能的其他型号的一般工业用气体冷却机器，或根据具体焊接要求由普通冷冻柜或超低温冷冻柜进行改造，其主要功能是将气体冷却到符合焊接要求的合适温度，而且温度的高低应根据控制焊接变形和焊缝质量的要求，在大于保护气体凝固点的范围内调整。

基于上述设备的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法，其特征在于：

进行焊接时，先按照普通气体保护焊的工艺进行焊接，因为此时焊件温度较低，避免在起弧段造成焊接缺陷，所以在起弧段应严格控制冷却气体的送入时间；

当需要进行冷却时，打开低温气体阀门2，进行减小焊接热输入和控制焊接变形的焊接，此时第一条支路内为未冷却的气体，其主要作用是保护焊接熔池，第二条支路内的冷却气体起到减小焊接热输入和控制焊接变形的作用。

本发明所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置，其优点在于：

1、通过调整第一条支路中未冷却气体的温度和流量，可实现减少焊接热输入的调整，以适应不同焊缝焊接质量要求的同时，减小焊接过程中的焊接变形；

2、通过调整第二条支路中冷却气体的温度和流量，可以在焊缝形成后对焊缝的局部急速冷却，实现减小焊接变形的目的；

3、设备简单，操作方便灵活。

本发明所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法及装置，不但可以通过对成型焊缝的急冷来减小焊接变形，而且可以通过降低焊接热输入，实现对焊缝质量的控制和减小焊接变形的作用。

附图说明

本发明有如下附图：

图1 薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置示意图，

图2 整体式冷却气体保护罩剖视图，

图3 整体式冷却气体保护罩仰视图，

图4 分体式冷却气体保护罩剖视图，

图5 分体式冷却气体保护罩仰视图，

图6 冷却气体分流器结构示意图，

图7 图6的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明给出了一种薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，如图1所示，包括：

用于焊接焊件10上的焊缝9的焊枪1，焊枪1上设有熔化极焊丝或不熔化电极8；

所述焊枪1为双层保护气的焊枪，所述双层保护气的焊枪指：在普通焊枪气体保护罩的外面增设一个冷却气体保护罩；

贮存保护气体的气体气瓶7；所述气体气瓶7内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种与氧气的混合气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上与氧气的混合气体；即：气体气瓶7内装二氧化碳、氩气、氦气单独一种气体，也可以是以上几种气体的混合气体或者以上几种气体再加上氧气的混合气体，使用混合气体时其配比按现有公知技术实施，本发明不再详述；

气体气瓶7经过减压阀6后，分成两条支路；

第一条支路直接连接到焊枪1，此支路为普通气体保护焊的气体通路，且第一条支路上设有一个气体流量计5；这条气体通路为现有气体保护焊设备的气体通道，没做改动，直接将气体输送到电弧区，按现有公知技术实施；

第二条支路连接到气体冷却控制装置4，且第二条支路上也设有一个气体流量计5，气体冷却控制装置4的功能是冷却第二条支路输送来的保护气体，

气体冷却控制装置4通过低温气体软管3连接到低温气体阀门2，

低温气体阀门2连接到增设的冷却气体保护罩的冷却气体入口11。

所述增设的冷却气体保护罩的形状分为两种类型：整体式冷却气体保护罩和分体式冷却气体保护罩。以下分别进行说明。

在上述技术方案的基础上，如图2、3、6、7所示，所述增设的冷却气体保护罩为整体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩17外表面的冷却气体保护罩14，在二者之间设有一层保温隔热石棉16；

所述普通焊枪气体保护罩17为普通熔化极气体保护焊或不熔化极气体保护焊的气体保护罩，熔化极焊丝或不熔化电极8为普通熔化极气体保护焊的焊丝或不熔化极气体保护焊的电极，按现有公知技术实施；

冷却气体保护罩14上端嵌装有冷却气体分流器12，冷却气体分流器12上表面设有冷却气体入口11，

冷却气体入口11与冷却气体分流器12下表面的环形气体分流槽13连通，

环形气体分流槽13与设置于冷却气体保护罩14内的若干均匀分布的冷却气体通道15相连通，且冷却气体通道15平行于普通焊枪气体保护罩17外表面设置。

如图2、3所示，因冷却气体通道15平行于普通焊枪气体保护罩17外表面设置，故称为整体式冷却气体保护罩。

在上述技术方案的基础上，如图4、5、6、7所示，所述增设的冷却气体保护罩为分体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩17外表面的冷却气体保护罩14，在二者之间设有一层保温隔热石棉16；

所述普通焊枪气体保护罩17为普通熔化极气体保护焊或不熔化极气体保护焊的气体保护罩，熔化极焊丝或不熔化电极8为普通熔化极气体保护焊的焊丝或不熔化极气体保护焊的电极，按现有公知技术实施；

冷却气体保护罩14上端嵌装有冷却气体分流器12，冷却气体分流器12上表面设有冷却气体入口11，

冷却气体入口11与冷却气体分流器12下表面的环形气体分流槽13连通，

环形气体分流槽13与设置于冷却气体保护罩14内的若干均匀分布的冷却气体通道15相连通，且冷却气体通道15平行于普通焊枪气体保护罩17外表面设置，

冷却气体通道15下端的开口与冷却气体导管18连通，

冷却气体导管18向普通焊枪气体保护罩17外侧倾斜设置。

如图4、5所示，因冷却气体导管18向普通焊枪气体保护罩17外侧倾斜设置，故称为分体式冷却气体保护罩。

当进行冷却气体保护焊时，气体冷却控制装置4输送出来的冷却气体通过低温气体软管3进入冷却气体分流器12，然后气体经分流后，经冷却气体保护罩14内的若干均匀分布的冷却气体通道15或冷却气体导管18，对焊缝熔池的前端、热影响区和已凝固的焊缝进行冷却，达到减小焊接热输入和控制焊接变形的目的。

保温隔热石棉16隔绝内外层气体的热交换，避免对焊接产生不利的影响。

冷却气体导管18的数量、位置和长度应由焊接试验根据焊接变形和焊接质量的要求具体确定。

气体冷却控制装置4可采用CBE-34AF空气冷却机，或具有类似功能的其他型号的一般工业用气体冷却机器，也可根据具体焊接要求由普通冷冻柜或超低温冷冻柜进行改造，其主要功能是将气体冷却到符合焊接要求的合适温度，而且温度的高低应根据控制焊接变形和焊缝质量的要求，在大于保护气体凝固点的范围内调整。冷却气体的温度和相应的焊接参数应根据具体的焊接变形和焊缝质量的要求，由焊接试验具体决定。

在上述装置的基础上，本发明还给出了一种薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法：

进行焊接时，先按照普通气体保护焊的工艺进行焊接，因为此时焊件温度较低，避免在起弧段造成焊接缺陷，所以在起弧段应严格控制冷却气体的送入时间；

当需要进行冷却时，打开低温气体阀门2，进行减小焊接热输入和控制焊接变形的焊接，此时第一条支路内为未冷却的气体，其主要作用是保护焊接熔池，第二条支路内的冷却气体起到减小焊接热输入和控制焊接变形的作用。

在焊接过程中，冷却的保护气体对仍处于高温状态的焊缝局部和热影响区急冷来获得强烈拉伸效应，保护气体的冷却系统是本发明独具的特点。采用冷却装置将保护气体的温度冷却到控制焊接变形和保证焊接质量的某一合适温度。冷却后的气体，通过改造后的气体保护罩送入焊接工作区，第一条支路内（内层）用常温气体，第二条支路内（外层）用冷却后的气体，冷却后的气体对焊缝高温区和焊接热影响区局部急冷，使其局部急剧收缩，就会产生对该焊缝区的强烈拉伸效应，由此而产生的拉伸塑性变形补偿了已产生的压缩塑性变形，同时，由于冷却气体的冷却作用，构件的受热区变窄，控制了压缩塑性变形区的扩展，从而实现焊接过程中减小焊接热输入的同时，动态地控制了焊接应力与变形，防止了薄板构件的失稳变形，达到低应力小变形的焊接效果。这种焊接方法不受焊缝形状和专用夹具的限制，可以用现有的焊枪或把现有焊枪进行改造，焊接任何长度的直线、非直线、非规则焊缝，实现对薄板构件焊接应力和变形的实时控制。

本发明通过对气体保护焊气体送气系统的改造，由流过气体保护罩的冷却气体，降低焊接熔池周围的母材、焊接热影响区和已凝固焊缝的温度，降低焊接热输入和通过对仍处于高温状态的焊缝进行局部急速冷却，获得强烈的拉伸效应，定量地控制和补偿焊缝区的压缩塑性变形，降低残余应力水平，从而在焊接过程中控制应力、防止薄板构件焊后的失稳变形。可定量地控制各种有色金属、黑色全属、合金钢、耐热合金等薄板构件的焊接应力与变形。该方法和装置用于不熔化极和熔化极气体保护焊等的手工焊、自动和半自动焊接方法完成的各种形状焊缝的低应力小变形的焊接。保护气体的温度需经焊接热弹塑性过程分析和试验相结合的方法来确定。

本发明设备简单，操作方便，技术经济效益高，能保证各种薄板构件的焊接质量。

1、通过对气体保护焊气体送气系统的改造，由流过气体保护罩外层的冷却气体，降低焊接熔池周围的母材、焊接热影响区和已凝固焊缝的温度，达到降低焊接热输入和控制焊接变形的目的。

2、建立了一种新的减少焊接热输入和控制焊接变形的冷弧焊焊接方法和工艺。

3、建立了一种新的减少焊接热输入和控制焊接变形的焊接系统和装置。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，其特征在于，包括：

用于焊接焊件（10）上的焊缝（9）的焊枪（1），焊枪（1）上设有熔化极焊丝或不熔化电极（8）；

所述焊枪（1）为双层保护气的焊枪，所述双层保护气的焊枪指：在普通焊枪气体保护罩的外面增设一个冷却气体保护罩；

贮存保护气体的气体气瓶（7）；

气体气瓶（7）经过减压阀（6）后，分成两条支路；

第一条支路直接连接到焊枪（1），此支路为普通气体保护焊的气体通路，且第一条支路上设有一个气体流量计（5）；

第二条支路连接到气体冷却控制装置（4），且第二条支路上也设有一个气体流量计（5），气体冷却控制装置（4）的功能是冷却第二条支路输送来的保护气体，

气体冷却控制装置（4）通过低温气体软管（3）连接到低温气体阀门（2），

低温气体阀门（2）连接到增设的冷却气体保护罩的冷却气体入口（11）。

2.如权利要求1所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，其特征在于：所述气体气瓶（7）内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的一种与氧气的混合气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上气体，或内装二氧化碳、氩气、氦气中的两种以上与氧气的混合气体。

3.如权利要求1所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，其特征在于：所述增设的冷却气体保护罩为整体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩（17）外表面的冷却气体保护罩（14），在二者之间设有一层保温隔热石棉（16）；

冷却气体保护罩（14）上端嵌装有冷却气体分流器（12），冷却气体分流器（12）上表面设有冷却气体入口（11），

冷却气体入口（11）与冷却气体分流器（12）下表面的环形气体分流槽（13）连通，

环形气体分流槽（13）与设置于冷却气体保护罩（14）内的若干均匀分布的冷却气体通道（15）相连通，且冷却气体通道（15）平行于普通焊枪气体保护罩（17）外表面设置。

4.如权利要求1所述的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接装置，其特征在于：所述增设的冷却气体保护罩为分体式冷却气体保护罩，包括：

套装在普通焊枪气体保护罩（17）外表面的冷却气体保护罩（14），在二者之间设有一层保温隔热石棉（16）；

冷却气体保护罩（14）上端嵌装有冷却气体分流器（12），冷却气体分流器（12）上表面设有冷却气体入口（11），

冷却气体入口（11）与冷却气体分流器（12）下表面的环形气体分流槽（13）连通，

环形气体分流槽（13）与设置于冷却气体保护罩（14）内的若干均匀分布的冷却气体通道（15）相连通，且冷却气体通道（15）平行于普通焊枪气体保护罩（17）外表面设置，

冷却气体通道（15）下端的开口与冷却气体导管（18）连通，

冷却气体导管（18）向普通焊枪气体保护罩（17）外侧倾斜设置。

5.基于权利要求1所述焊接装置的薄板气体保护焊冷弧焊的焊接方法，其特征在于：

进行焊接时，先按照普通气体保护焊的工艺进行焊接，因为此时焊件温度较低，避免在起弧段造成焊接缺陷，所以在起弧段应严格控制冷却气体的送入时间；

当需要进行冷却时，打开低温气体阀门（2），进行减小焊接热输入和控制焊接变形的焊接，此时第一条支路内为未冷却的气体，其主要作用是保护焊接熔池，第二条支路内的冷却气体起到减小焊接热输入和控制焊接变形的作用。

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