CN103157893A - 正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置 - Google Patents

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朱双春
王宝森
许轲
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Abstract

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种同步水冷焊接方法及装置。一种正面同步水冷焊缝的焊接方法，在单相不锈钢薄板自熔钨极氩弧焊接中，单相不锈钢板的正面和背面都采用惰性气体作为保护气体，对焊枪已经走过的距离焊枪一定距离已经凝固的焊缝区域正面用冷却水进行冷却。一种正面同步水冷焊缝的焊接装置，由焊枪和水冷毛刷构成，所述水冷毛刷包括毛刷本体、刷毛挡板、水流缓释层和耐高温刷毛。本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置能够方便、及时、准确的对焊接区域进行冷却，大大提高焊接区域的冷却效果，提高了焊缝的力学性能，面对复杂的焊接现场状况都能够方便地进行水冷焊接，不受制于焊件形状位置的制约，能够方便地应用于各种焊接场合。

Description

正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种同步水冷焊接方法及装置。
背景技术
对于熔化焊接是指经过热源(主要为电弧、火焰、激光等)的加热，使被焊工件局部母材及填充材料熔化(添加填充材料的情况下)，并形成熔池，随后又冷却结晶，形成焊缝的过程。由于焊接热源的作用，很容易会使焊缝金属以及焊接热影响区域出现过热，常常会导致焊缝金属和热影响区金属晶粒粗大产生缺陷，性能变差。另外某些不锈钢等高合金类金属焊接为了预防和消除焊接热对焊接带来的不利影响，需要控制层间温度，对于厚板来说，等待焊板冷却进行下一道焊缝焊接需要很长时间，影响焊接工作效率。
减小焊接热输入的方法主要从两个方面入手，一方面尽量采用小规范参数焊接，从热源方面减少焊接热输入，但这样会大大降低焊接生产率，在大量焊接以及厚板焊接场合应用受到很大的限制；另一方面加快焊接区域的散热速度，目前大多数情况下还是通过焊件背面垫铜块或铜板来实现快速冷却，以减少焊接热对于焊缝和近缝区的影响，而对于焊缝正面跟随焊接同步水冷焊接还没有见到报道。
现有技术200810014603.1中公开了一种奥氏体不锈钢氩弧焊水冷焊接法，该方法中在工件焊缝处完成打底焊后，在对焊缝进行填充和盖面焊接的同时在焊缝背面通以冷却水进行冷却。此方法一般应用于管焊接，通过管内通冷却水进行水冷焊接，对于平板焊接也可以实现，但是需要在焊缝背面具有足够的空间能够使得另一人可以用冷却水冲击焊缝背面来达到水冷焊接的目的，因此应用此方法受到焊件形状和焊接现场状况条件的影响，对于非管焊件而焊缝背面又不容易到达的情况下就很难采用此种水冷焊接方法；另外该方法是在焊接的同时就在进行了水冷，直接影响了焊接的温度，所以对焊接的质量有一定影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置能够方便、及时、准确的对焊接区域进行冷却，大大提高焊接区域的冷却效果，提高了焊缝的力学性能。
本发明是这样实现的：一种正面同步水冷焊缝的焊接方法，在板厚为0.5~2mm的单相不锈钢板自熔钨极氩弧焊接中，单相不锈钢板的正面和背面都采用惰性气体作为保护气体，焊接速度450mm/min~550mm/min，对焊枪已经走过的距离焊枪10～30mm处已经凝固的焊缝区域正面用冷却水进行冷却。
所述的单相不锈钢为奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢。
所述的冷却水流量为30～120ml/min。
所述的用冷却水冷却已经凝固的焊缝区域为使用沾有冷却水的毛刷刷焊缝。
一种正面同步水冷焊缝的焊接装置，由焊枪和水冷毛刷构成，所述水冷毛刷包括毛刷本体、刷毛挡板、水流缓释层和耐高温刷毛，所述毛刷本体具有中空的水流通道，毛刷本体顶部安装在焊枪上，所述水流缓释层设置在毛刷本体中，所述耐高温刷毛与水流缓释层相连，所述刷毛挡板通过转轴安装在毛刷本体底部夹住耐高温刷毛，所述转轴上设置有与刷毛挡板相连的复位弹簧。
所述的水流缓释层为海绵。
本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法及装置能够方便、及时、准确的对焊接区域进行冷却，大大提高焊接区域的冷却效果，提高了焊缝的力学性能，面对复杂的焊接现场状况都能够方便地进行水冷焊接，不受制于焊件形状位置的制约，能够方便地应用于各种焊接场合。
附图说明
图1为本发明正面同步水冷焊缝的焊接装置工作状态示意图；
图2为正面同步水冷焊缝的焊接装置结构半剖视示意图；
图3为图2的A-A截面图；
图4为实施例1中空冷焊板焊缝的金相照片；
图5为实施例1中水冷焊板焊缝的金相照片。
图中：1焊枪、2水冷毛刷、3焊板、21毛刷本体、22刷毛挡板、23复位弹簧、24转轴、25水流缓释层、26耐高温刷毛。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种正面同步水冷焊缝的焊接方法，在板厚为0.5~2mm的单相不锈钢板自熔钨极氩弧焊接中，单相不锈钢板的正面和背面都采用惰性气体作为保护气体，焊接速度450mm/min~550mm/min，对焊枪已经走过的距离焊枪10～30mm处已经凝固的焊缝区域正面用冷却水进行冷却，距离太小，冷却水很容易进入焊接熔池，造成焊接缺陷，距离太大，水冷效果会大大削弱。
所述的单相不锈钢为奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢。
冷却水流量太大也容易流入熔池，太小也达不到水冷效果，所述的冷却水流量为30～120ml/min。
所述的用冷却水冷却已经凝固的焊缝区域为使用沾有冷却水的毛刷刷焊缝。
如图1、2、3所示，一种正面同步水冷焊缝的焊接装置，由焊枪1和水冷毛刷2构成，所述水冷毛刷2包括毛刷本体21、刷毛挡板22、水流缓释层25和耐高温刷毛26，使用耐高温刷毛26是为了防止刷毛被高温焊板3烫坏，耐高温刷毛26的材料为耐火无机纤维，所述的水流缓释层25为海绵；所述毛刷本体21具有中空的水流通道，毛刷本体21顶部安装在焊枪1上，所述水流缓释层25设置在毛刷本体21中，所述耐高温刷毛26与水流缓释层25相连，所述刷毛挡板22通过转轴24安装在毛刷本体21底部夹住耐高温刷毛26，所述转轴24上设置有与刷毛挡板22相连的复位弹簧23。
为了调节耐高温刷毛26与焊接熔池之间的距离，通过调节水冷毛刷2距离焊板3的高度以及水冷毛刷2与焊枪1之间的角度α，以此来改变耐高温刷毛26的位置与焊接熔池的距离；焊接时，水冷焊接时在水冷毛刷2顶部通入冷却水，毛刷本体21为一个接受冷却水并蓄积，以及引导冷却水到耐高温刷毛26上的一个通道，刷毛挡板22是用来夹住并挡住耐高温刷毛26，以防止部分耐高温刷毛26往焊接熔池方向偏移，使得冷却水侵入熔池，对焊接造成不利的影响，另外刷毛挡板22也能阻挡由于冷却焊缝所产生的冷却水雾对电弧产生影响；刷毛挡板22由于受焊板3的作用转动后，通过扭转弹簧23复位，使得耐高温刷毛26能够紧密贴合焊缝，冷却水可以正常通过耐高温刷毛26对焊缝进行冷却，海绵的作用在于蓄积冷却水，分散缓流冷却水到耐高温刷毛26的各个位置，焊枪1相对于焊板3向前移动，冷却水从耐高温刷毛26流出，达到焊接在线跟随同步正面冷却焊缝的效果。
本实施例中采用常规空冷焊接和本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法对1.14mm厚度的409L铁素体不锈钢薄板进行自熔钨极氩弧焊接，焊接保护气体和背保护气体均采用纯Ar，气体流量分别为10L/min和6L/min，其他焊接工艺参数见表1。
Figure 683911DEST_PATH_IMAGE001
表1
对焊板焊缝进行杯突实验：空冷焊板开裂位置是焊缝，杯突值是8.19mm；水冷焊板开裂位置也在焊缝，杯突值为9.37mm，高于空冷焊接试板。如图4所示为空冷焊板焊缝金相照片，图5为水冷焊板焊缝金相照片，从杯突实验和金相照片我们可以得出采用本发明的正面同步水冷焊缝的焊接方法能够细化焊缝晶粒，提高焊接接头的力学性能。
实施例2
实施例2和实施例1的区别在于采用常规空冷焊接和本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法对0.6mm厚度的430铁素体不锈钢薄板进行自熔钨极氩弧焊接，焊接保护气体和背保护气体均采用纯Ar，气体流量分别为10L/min和6L/min，焊接电流为30A，焊接电压为8.2V，焊接速度为500mm/min。
对焊板焊缝进行杯突实验：两者杯突均开裂在焊缝位置，常规空冷焊接杯突值为7mm，水冷焊接的杯突值为7.8mm，结果表明水冷焊接提高了铁素体不锈钢薄板杯突值。
实施例3
实施例3和实施例1的区别在于采用常规空冷焊接和本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法对1mm厚度的304L奥氏体不锈钢薄板进行自熔钨极氩弧焊接，焊接保护气体和背保护气体均采用纯Ar，气体流量分别为10L/min和6L/min，焊接电流为80A，焊接电压为9.6V，焊接速度为500mm/min。
对焊板焊缝进行杯突实验：两者杯突均开裂在焊缝位置，常规空冷焊接杯突值为13mm，水冷焊接的杯突值为13.5mm，结果表明水冷焊接提高了奥氏体薄板杯突值。
实施例4
实施例4和实施例1的区别在于采用常规空冷焊接和本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法对1.5mm厚度的432铁素体不锈钢薄板进行自熔钨极氩弧焊接，焊接保护气体和背保护气体均采用纯Ar，气体流量分别为10L/min和6L/min，焊接电流为110A，焊接电压为10V，焊接速度为500mm/min。
对焊板焊缝进行杯突实验：两者杯突均开裂在焊缝位置，常规空冷焊接杯突值为8.2mm，水冷焊接的杯突值为9.1mm，结果表明水冷焊接提高了铁素体不锈钢薄板杯突值。
实施例5
实施例5和实施例1的区别在于采用常规空冷焊接和本发明正面同步水冷焊缝的焊接方法对1.8mm厚度的429铁素体不锈钢薄板进行自熔钨极氩弧焊接，焊接保护气体和背保护气体均采用纯Ar，气体流量分别为12L/min和8L/min，焊接电流为136A，焊接电压为10.5V，焊接速度为450mm/min。
对焊板焊缝进行杯突实验：两者杯突均开裂在焊缝位置，常规空冷焊接杯突值为9.3mm，水冷焊接的杯突值为10.1mm，结果表明水冷焊接提高了铁素体不锈钢薄板杯突值。

Claims (6)

1.一种正面同步水冷焊缝的焊接方法，其特征是：在板厚为0.5~2mm的单相不锈钢板自熔钨极氩弧焊接中，单相不锈钢板的正面和背面都采用惰性气体作为保护气体，焊接速度450mm/min~550mm/min，对焊枪已经走过的距离焊枪10～30mm处已经凝固的焊缝区域正面用冷却水进行冷却。
2.如权利要求1所述的正面同步水冷焊缝的焊接方法，其特征是：所述的单相不锈钢为奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢。
3.如权利要求1所述的正面同步水冷焊缝的焊接方法，其特征是：所述的冷却水流量为30～120ml/min。
4.如权利要求1所述的正面同步水冷焊缝的焊接方法，其特征是：所述的用冷却水冷却已经凝固的焊缝区域为使用沾有冷却水的毛刷刷焊缝。
5.一种正面同步水冷焊缝的焊接装置，由焊枪(1)和水冷毛刷(2)构成，其特征是：所述水冷毛刷(2)包括毛刷本体(21)、刷毛挡板(22)、水流缓释层(25)和耐高温刷毛(26)，所述毛刷本体(21)具有中空的水流通道，毛刷本体(21)顶部安装在焊枪(1)上，所述水流缓释层(25)设置在毛刷本体(21)中，所述耐高温刷毛(26)与水流缓释层(25)相连，所述刷毛挡板(22)通过转轴(24)安装在毛刷本体(21)底部夹住耐高温刷毛(26)，所述转轴(24)上设置有与刷毛挡板(22)相连的复位弹簧(23)。
6.如权利要求5所述的正面同步水冷焊缝的焊接装置，其特征是：所述的水流缓释层(25)为海绵。
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