CN104400181B - 双丝水下湿法焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双丝水下湿法焊接装置及方法，所述焊接装置包括主焊枪电源、从焊枪电源、主送丝机、从送丝机、主焊枪和从焊枪，所述主焊枪和从焊枪分别与主焊枪电源和从焊枪电源连接，主焊丝和从焊丝分别通过所述主送丝机、从送丝机运送到主焊枪、从焊枪的端部，所述主焊枪和从焊枪分别与焊接工件之间成一定角度设置，并且所述主焊枪前端和从焊枪前端之间保持15～30mm的距离。本发明中的主从焊枪中的两根焊丝互为加热，充分利用电弧的能量，从而大大提高熔敷率，解决水下湿法焊接熔池与母材不能充分熔合的问题。

Description

双丝水下湿法焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及水下焊接技术领域，具体涉及一种引弧性好、提高电弧稳定燃烧，获得高质量的水下湿法焊接接头的双丝水下湿法焊接装置及方法。

背景技术

双丝焊接顾名思义使用两根焊丝同时焊接，相互加热，充分利用电弧的能量，提高熔敷效率和焊接速度，并且熔池尺寸较大，高温停留时间长，冷却速度慢，加上双电弧强烈的搅拌作用，使得熔池中的气体有充足的时间析出，气孔倾向低，目前已经成功应用在汽车、造船、压力容器、发电设备等领域。

随着对海洋的开发，水下焊接已经成为海洋结构安装和维修的重要技术手段。但是水下环境使得水下焊接过程比路上复杂得多，并且会产生各种各样陆地未出现的问题。目前水下焊接主要有干法、湿法和局部干法三种，其中干法和局部干法虽然安全性好、焊缝成形美观，但由于其需要特制的设备来排除水的干扰，造价高、难度大，应用不普遍；湿法焊接是在水下直接施焊，电弧是在气泡中燃烧，这种方法不需要其他辅助设备，应用最多。但是由于水的存在，会造成焊缝含氢量高；冷却速度快，会使焊缝产生淬硬组织；电弧环境压力高会造成电弧弧柱变细，焊缝宽度变窄，焊缝高度增加，同时导电介质密度增加，增加电离难度，电弧电压随之升高，电弧稳定性降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种焊接电弧燃烧稳定，冷却速度慢，降低熄弧率的双丝水下湿法焊接装置及方法，以获得成形无缺陷、质量高的焊接接头。

根据本发明的第一方面，提供一种双丝水下湿法焊接装置，包括主焊枪电源、从焊枪电源、主送丝机、从送丝机、主焊枪和从焊枪，所述主焊枪和从焊枪分别与主焊枪电源和从焊枪电源连接，主焊丝和从焊丝分别通过所述主送丝机、从送丝机运送到主焊枪、从焊枪的端部，所述主焊枪和从焊枪分别与焊接工件之间成一定角度设置，并且所述主焊枪前端和从焊枪前端之间保持15～30mm的距离；所述主焊枪包括主圆套管、主绝缘柔性管、主上铜管、主下铜管和主导电嘴，所述主绝缘柔性管套装在所述主焊丝的外侧，主圆套管位于所述主上铜管和主下铜管之间，并与所述主上铜管和主下铜管相连接，连接之后的主圆套管、主上铜管和主下铜管套装在所述主绝缘柔性管的外侧，所述主导电嘴位于所述主绝缘柔性管的前端，所述主导电嘴与所述焊接工件之间成一定角度设置。

优选地，还包括用于固定所述主焊枪和从焊枪的十字滑台，所述十字滑台包括连接主焊枪的主卡具，连接从焊枪的从卡具以及调节整体高度的滑块，所述滑块位于所述主卡具和从卡具之间，并分别与所述主卡具和从卡具通过铰轴相连接，所述主卡具、从卡具相对于所述滑块可以转动和/或移动。

优选地，所述主卡具和从卡具均包括位于所述滑块两侧的连接部，所述铰轴由螺栓构成，在螺栓的端部设置有夹紧螺母，和/或在所述滑块的两侧设置有开口，所述铰轴插入所述开口内，并能够在该开口内左右移动。

优选地，所述从焊枪与所述主焊枪的结构相同，包括从圆套管、从绝缘柔性管、从上铜管、从下铜管和从导电嘴，所述从绝缘柔性管套装在所述从焊丝的外侧，从圆套管位于所述从上铜管和从下铜管之间，并与所述从上铜管和从下铜管相连接，连接之后的从圆套管、从上铜管和从下铜管套装在所述从绝缘柔性管的外侧，所述从导电嘴位于所述从绝缘柔性管的前端，所述从导电嘴与所述焊接工件之间成一定角度设置。

优选地，所述主导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～60゜或60～120゜；所述从导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜，优选为90゜。

优选地，所述主焊丝采用实芯焊丝，所述从焊丝采用药芯焊丝。

优选地，所述主绝缘柔性管和/或从绝缘柔性管的材质为聚四氟乙烯。

根据本发明的第二方面，提供一种用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，所述双丝焊接装置包括主焊枪、从焊枪、主焊丝、从焊丝和运动机构，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，准备工作：将焊接工件夹在水下夹持板上，调节双丝焊枪导电嘴端部与焊接工件表面之间的距离为10～20mm；

步骤二，从焊丝引燃焊接：启动从焊枪电源，调节焊接参数，焊接电流150～300A，焊接电压20～40V；

步骤三，主焊丝引燃焊接：待步骤二完成0～10s，从焊丝起弧燃烧稳定，形成渣-气保护后，启动主焊枪电源，调节焊接参数，焊接电流100～200A，焊接电压21～39V；

步骤四，运动机构启动：待步骤三主焊丝起弧后，启动运动机构，进行施焊。

步骤五，整理工作：施焊完成后，首先关闭主焊枪电源，再关闭从焊枪电源，最后关闭运动机构电源，焊接结束。

优选地，所述主焊丝采用实芯焊丝，所述从焊丝采用药芯焊丝；或者，所述主焊丝采用药芯焊丝，所述从焊丝采用实芯焊丝。

优选地，所述主焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜，优选为30～60゜；所述从焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜，优选为90゜。

本发明提供的水下湿法焊接装置及方法中，由于主焊丝与从焊丝成一定角度设置，可以先引燃从焊丝，产生造气和造渣功能，在电弧周围形成气囊，排除水的影响，在从焊丝电弧稳定燃烧后，将主焊丝伸入气囊中，并引燃主焊丝，使主焊丝电弧在气氛围中进行焊接，实现水下湿法焊接电弧稳定燃烧。同时，本发明中的双丝水下湿法焊接装置中的主焊枪和从焊枪分别与十字滑台相连接，可以方便地调节焊丝端部与焊接工件的角度和距离，并且采用独立的焊接电源，独立的送丝机构，焊接参数独立可调，而且可以使用不同直径、不同材质的焊丝，使主焊丝与从焊丝形成共熔池，完成焊接过程。

本发明中的两根焊丝互为加热，充分利用电弧的能量，从而大大提高熔敷率，解决水下湿法焊接熔池与母材不能充分熔合的问题；优选地，主焊丝采用实芯焊丝，从焊丝采用药芯焊丝，药芯焊丝具有造气和造渣功能，造气使电弧周围形成气囊，造渣能够提高焊缝金属的合金化，降低水对电弧的影响，可以促进熔滴过渡，这就解决了水下湿法焊接熔滴不易过渡到母材的问题；相比于单丝水下湿法焊接，双丝焊接共熔池的尺寸较大，高温停留时间长，冷却速度慢，减少淬硬组织的出现，并提高焊缝宽度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明双丝水下湿法焊接装置的整体结构示意图；

图2为本发明中十字滑台的俯视图；

图3为本发明中滑块的主视图；

图4为图1中焊枪与焊接工件接触部分放大图；

图5为实施例二中水下焊接电弧形式示意图；

图6为实施例三中水下焊接电弧形式示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

如图1及图2所示，本发明的双丝水下湿法焊接装置，包括主焊枪电源1、从焊枪电源2、主送丝机3、从送丝机4、焊接水箱5、主焊枪6、从焊枪7、焊接工件8及工作平台9。其中，焊接工件8通过夹持板紧固在工作平台9上，主焊枪6和从焊枪7分别与主焊枪电源1和从焊枪电源2连接，主焊丝31和从焊丝41分别通过主送丝机3、从送丝机4运送到主焊枪6、从焊枪7的端部，所述主焊丝31和从焊丝41分别沿所述主焊枪6、从焊枪7的纵向中心线穿过所述主焊枪6、从焊枪7，所述主焊枪6和从焊枪7分别固定在相对应的十字滑台10上，所述十字滑台10包括连接主焊枪6的主卡具101，连接从焊枪7的从卡具102，调节整体高度的滑块103和支架104(该支架104是固定的)，主卡具101通过顶丝紧固主焊枪6，从卡具102通过顶丝紧固从焊枪7，滑块103位于主卡具101和从卡具102之间，并与主卡具101和从卡具102分别通过铰轴105、106相连接，所述主卡具101、从卡具102相对于所述滑块103可以转动和移动，这样可以调节所述主焊枪6和从焊枪7的倾斜角度和相对距离，从而调节主焊丝31和从焊丝41端部与焊接工件8之间的角度。优选地，所述主卡具101和从卡具102分别包括位于所述滑块103两侧的连接部1011、1021，在所述滑块103两侧设置有开口1031(如图1、图3所示)，所述铰轴105、106由螺栓构成，在螺栓的端部设置有夹紧螺母，所述铰轴105、106插入所述开口1031内，并能够在该开口1031内左右移动，来调节所述主焊枪6和从焊枪7之间的距离，从而调节主焊丝31和从焊丝41端部与焊接工件8之间的角度和两者之间的距离。所述主焊枪6和从焊枪7之间的角度和距离调整好后，通过夹紧螺母和螺栓的配合使得所述连接部1011、1021夹紧所述滑块的相应侧部，从而将所述主卡具101和从卡具102相对于所述滑块103定位。所述滑块103能够在所述支架104上上下滑动，从而可以调节所述主焊枪6和从焊枪7的端部与焊接工件8之间的距离。所述主焊枪6和从焊枪7同时对所述焊接工件8上的同一个焊点进行焊接。

所述主焊枪6和从焊枪7结构相同，均分别包括主从圆套管61、71，主从绝缘柔性管62、72，主从上铜管63、73，主从下铜管64、74，和主从导电嘴65、75。所述主从绝缘柔性管62、72分别套装在所述主焊丝31、从焊丝41外侧，优选地，所述主从绝缘柔性管62、72的材质为聚四氟乙烯，主从绝缘柔性管62、72的设置可使主焊丝31、从焊丝41不与水直接接触，保证电弧稳定燃烧。主从圆套管61、71分别位于所述主从上铜管63、73和主从下铜管64、74之间，通过螺纹分别与所述主从上铜管63、73和主从下铜管64、74相连接，连接之后的主从圆套管61、71、主从上铜管63、73和主从下铜管64、74分别套装在所述主从绝缘柔性管62、72的外侧，所述主从导电嘴65、75分别位于所述主从绝缘柔性管62、72的前端，主送丝机3和从送丝机4分别与主焊枪6和从焊枪7连接。主导电嘴65和从导电嘴75分别与焊接工件8成一定的角度设置，并且主导电嘴65和从导电嘴75之间保持一定的距离。

本发明中，所述主焊枪6和从焊枪7的焊接参数独立可调，这样参数调节互不影响，可以连续大范围调整，其中主焊丝31可采用实芯焊丝，主要起填充金属和控制熔池的作用，从焊丝41采用药芯焊丝，主要起造渣和造气的作用。

本发明所述的水下湿法焊接主焊枪6与从焊枪7结构相同，所述主焊枪6和从焊枪7可以交换使用，例如，所述主焊枪6与从焊枪7可以互换位置进行焊接，这样主焊枪6的固定位置变为从焊枪7的固定位置，从焊枪7的固定位置变成主焊枪6的固定位置，从而形成更多不同的双丝电弧形状，增大了双丝的应用范围。

实施例一

如图4所示，本实施例中，所述从导电嘴75与焊接工件8所成角度α为30～120゜，例如为50、75、100度，主导电嘴65与焊接工件8所成角度β为60～120゜，例如为70、90、110度，两导电嘴之间的距离H为15～30mm，例如为15、20、25、30mm，保证两焊丝形成一个椭圆状的熔池。

实施例二

如图5所示，本实施例中，所述主导电嘴65与焊接工件8所成角度β为30～60゜，例如为30、40、50、60度(图4中为60度)，所述从导电嘴75与焊接工件8所成角度α为90゜，主焊枪6采用实芯焊丝，从焊枪7采用药芯焊丝，此时，从焊枪7垂直深入到水中，并采用较大的焊接电流，如200A、250A、300A，有利于形成较大的气囊，而主焊枪6与焊接工件8成一定的角度，主要起填充金属和控制熔池的作用。这样，主焊枪6形成的电弧是倾斜的，而从焊枪7形成的电弧垂直于焊接工件8，这样，两个电弧作用于同一个焊点不仅提高熔敷率，而且在从电弧的保护下促进主电弧熔滴过渡。

实施例三

如图6所示，由于主焊枪6和从焊枪7结构相同，与实施例二不同的是，本实施例中将主焊丝3和从焊丝4互换，主焊枪6采用药芯焊丝，从焊枪7采用实芯焊丝，其中主焊枪6采用较大的焊接电流，如200A、250A、300A，主焊枪6形成的电弧是倾斜的，形成的气囊也呈倾斜状，主要起排除水的作用，从焊枪7形成的电弧是垂直的，主要起填充金属和控制熔池的作用。其他步骤、连接方式和实施原理与实施例二相同。

本发明中的双丝水下湿法焊接方法的操作步骤如下：

步骤一，准备工作：将焊接工件8夹在水下夹持板上，调节十字滑台10，使导电嘴端部与焊接工件8表面距离为10～20mm；

步骤二，从焊丝41引燃焊接：启动从焊枪电源2，调节焊接参数，焊接电流150～300A，焊接电压20～40V；

步骤三，主焊丝31引燃焊接：待步骤二完成0～10s，从焊丝41起弧燃烧稳定，形成渣-气保护后，启动主焊枪电源1，调节焊接参数，焊接电流100～200A，焊接电压21～39V；

步骤四，运动机构启动：待步骤三主焊丝31起弧后，立即启动运动机构，调整合适的焊接速度，如80mm/min、90mm/min，进行施焊。

步骤五，整理工作：施焊完成后，首先关闭主焊枪电源1，再关闭从焊枪电源2，最后关闭运动机构电源，焊接结束。

本发明中的水下湿法焊接方法及装置能够使得电弧稳定燃烧，其原理在于：本发明中的水下湿法焊接装置工作时，首先引燃从焊丝41，产生造气、造渣的效果，形成气囊，使电弧周围水分尽可能的排除，待电弧稳定后立即引燃主焊丝31，主焊丝31深入到从焊丝41产生的保护罩内进行焊接，这样就使得主焊丝31排除水环境的客观条件，其效果类似于水上焊接，将更多的热量作用于焊接工件8上。其中相比于主焊丝31，从焊丝41需要较大的焊接电流、焊接电压，这样从焊丝41产生的电弧就可以将主焊丝31产生的电弧包围其中，这就解决了水下湿法焊接直接在水下施焊的关键难题，实现电弧稳定燃烧，提高水下湿法焊接接头质量具有重要的意义。

本发明中，主焊丝与从焊丝成一定角度设置，首先引燃从焊丝，产生造气、造渣功能，在电弧周围形成气囊，排除水的影响，其次在从焊丝电弧稳定燃烧后，将主焊丝伸入气囊中，并引燃主焊丝，使主焊丝电弧在气氛围中进行焊接，实现水下湿法焊接电弧稳定燃烧。同时，本发明中的双丝水下湿法焊接装置中的主焊枪和从焊枪分别与十字滑台相连接，调节主焊丝和从焊丝端部与焊接工件之间的角度和距离，并且采用独立的焊接电源，独立的送丝机构，焊接参数独立可调，而且可以使用不同直径、不同材质的焊丝，使主焊丝与从焊丝形成共熔池，完成焊接过程。

本发明相比于药芯焊丝水下湿法焊接技术，具有如下显著效果：

(1)两根焊丝互为加热，充分利用电弧的能量，从而大大提高熔敷率，解决水下湿法焊接熔池与母材不能充分熔合的问题。

(2)主焊丝采用实芯焊丝，从焊丝采用药芯焊丝，药芯焊丝具有造渣造气的功能，造渣能够提高焊缝金属的合金化，造气使电弧周围形成气囊，降低水对电弧的影响，促进熔滴过渡，这就解决了水下湿法焊接熔滴不易过渡到母材的问题。

(3)相比于单丝水下湿法焊接。双丝焊接共熔池的尺寸较大，高温停留时间长，冷却速度慢，减少淬硬组织的出现，并提高焊缝宽度。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种双丝水下湿法焊接装置，包括主焊枪电源、从焊枪电源、主送丝机、从送丝机、主焊枪和从焊枪，其特征在于，所述主焊枪和从焊枪分别与主焊枪电源和从焊枪电源连接，主焊丝和从焊丝分别通过所述主送丝机、从送丝机运送到主焊枪、从焊枪的端部，所述主焊枪和从焊枪分别与焊接工件之间成一定角度设置，并且所述主焊枪前端和从焊枪前端之间保持15～30mm的距离；

所述主焊枪包括主圆套管、主绝缘柔性管、主上铜管、主下铜管和主导电嘴，所述主绝缘柔性管套装在所述主焊丝的外侧，主圆套管位于所述主上铜管和主下铜管之间，并与所述主上铜管和主下铜管相连接，连接之后的主圆套管、主上铜管和主下铜管套装在所述主绝缘柔性管的外侧，所述主导电嘴位于所述主绝缘柔性管的前端，所述主导电嘴与所述焊接工件之间成一定角度设置。

2.根据权利要求1所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，还包括用于固定所述主焊枪和从焊枪的十字滑台，所述十字滑台包括连接主焊枪的主卡具，连接从焊枪的从卡具以及调节整体高度的滑块，所述滑块位于所述主卡具和从卡具之间，并分别与所述主卡具和从卡具通过铰轴相连接，所述主卡具、从卡具相对于所述滑块可以转动和/或移动。

3.根据权利要求2所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述主卡具和从卡具均包括位于所述滑块两侧的连接部，所述铰轴由螺栓构成，在螺栓的端部设置有夹紧螺母；和/或在所述滑块的两侧设置有开口，所述铰轴插入所述开口内，并能够在该开口内左右移动。

4.根据权利要求1所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述从焊枪与所述主焊枪的结构相同，包括从圆套管、从绝缘柔性管、从上铜管、从下铜管和从导电嘴，所述从绝缘柔性管套装在所述从焊丝的外侧，从圆套管位于所述从上铜管和从下铜管之间，并与所述从上铜管和从下铜管相连接，连接之后的从圆套管、从上铜管和从下铜管套装在所述从绝缘柔性管的外侧，所述从导电嘴位于所述从绝缘柔性管的前端，所述从导电嘴与所述焊接工件之间成一定角度设置。

5.根据权利要求4所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述主导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～60゜或60～120゜；所述从导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜。

6.根据权利要求4所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述从导电嘴与所述焊接工件之间的角度为90゜。

7.根据权利要求1-6任一项所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述主焊丝采用实芯焊丝，所述从焊丝采用药芯焊丝；或者，所述主焊丝采用药芯焊丝，所述从焊丝采用实芯焊丝。

8.根据权利要求4-6任一项所述的双丝水下湿法焊接装置，其特征在于，所述主绝缘柔性管和/或从绝缘柔性管的材质为聚四氟乙烯。

9.一种用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，所述双丝焊接装置包括主焊枪、从焊枪、主焊丝、从焊丝和运动机构，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，准备工作：将焊接工件夹在水下夹持板上，调节双丝焊枪导电嘴端部与焊接工件表面之间的距离为10～20mm；

步骤二，从焊丝引燃焊接：启动从焊枪电源，调节焊接参数，焊接电流150～300A，焊接电压20～40V；

步骤三，主焊丝引燃焊接：待步骤二完成0～10s，从焊丝起弧燃烧稳定，形成渣-气保护后，启动主焊枪电源，调节焊接参数，焊接电流100～200A，焊接电压21～39V；

步骤四，运动机构启动：待步骤三主焊丝起弧后，启动运动机构，进行施焊；

步骤五，整理工作：施焊完成后，首先关闭主焊枪电源，再关闭从焊枪电源，最后关闭运动机构电源，焊接结束。

10.根据权利要求9所述的用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，其特征在于，所述主焊丝采用实芯焊丝，所述从焊丝采用药芯焊丝。

11.根据权利要求9或10所述的用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，其特征在于，所述主焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜；所述从焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为30～120゜。

12.根据权利要求11所述的用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，其特征在于，所述主焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为为30～60゜。

13.根据权利要求11所述的用双丝焊接装置进行水下湿法焊接的方法，其特征在于，所述从焊枪的导电嘴与所述焊接工件之间的角度为90゜。