CN105436672B - 一种空心阴极环状负压电弧焊接方法 - Google Patents

一种空心阴极环状负压电弧焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，属于焊接方法领域。通过抽气装置，使环状电极内腔形成负压状态，并将负压区域传递到电弧中心区，在电弧的径向上形成一定的压力差值，通过大气压的作用，使电弧产生拘束效果，形成高能量密度的拘束电弧。同时在环状电极中间设置空心钨极，通过送气装置，将气体吹入空心钨极空腔内，利用气体的吹力使空心钨极与工件之间的电弧向周围扩散，形成一个发散的电弧，在向内部吹入的气体压力与外部大气压力的共同作用下，会使上述两电弧形成一个刚性较大的耦合电弧。该电弧具有较高的能量密度，指向性好，穿透能力大，可以用于焊接较厚的材料，提高了焊接效率。拥有良好的稳定性，电弧的拘束程度及刚性可控可调。

Description

一种空心阴极环状负压电弧焊接方法
技术领域
本发明涉及一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，属于焊接方法领域。
背景技术
弧焊是目前所有焊接方法中应用最广、最稳定的焊接方法，电弧焊设备简单，成本低，便于移动装配，对焊接工况要求低，焊缝质量能满足工程要求。但相比高能束焊接，传统电弧焊存在着能量集中程度差，焊接效率低等不足，因此改善弧焊设备或增加新工艺，使弧焊在保持其原有优点的基础上，增加电弧拘束程度，提高电弧能量密度，提高电弧刚性从而提高电弧稳定性，进而提高焊接效率，改善焊缝质量，是目前弧焊工作者研究的重点。
电弧的刚性和指向性是指电弧的挺直程度，电弧是一种强烈而持久的放电现象，电弧实际是一种包含等离子体的柔性体，自由态的电弧一般呈钟罩形，等离子电弧通过机械压缩、自磁压缩和水冷压缩实现了对自由态电弧的拘束，提高了电弧的能量密度，增加了电弧的穿透力，因此可以说等离子电弧在一定程度上提高了电弧的刚度和指向性，而等离子电弧的刚度和指向性只有通过改变焊接电流或等离子气流量进行调节，但同时会引起其他一些负面效果，而且在焊接过程中这种刚度和指向性是无法根据实际焊接效果进行调节的。
本发明中提出的一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，通过在空心阴极内部送气提高电弧刚性，外层环状负压使电弧外部受到大气压力的压缩，使电弧产生拘束效果，并维持电弧形态的焊接方法，这种方法不仅避免了单纯从电弧内部送气导致的电弧发散问题，而且也避免了单纯采用电弧内部负压压缩导致的电弧刚性变差问题，形成即具有较高电弧刚性又收到外部压缩作用从而形成高能量密度的电弧。
发明内容
本发明为了克服现有焊接方法的缺陷及不足，提出了一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，该方法是利用两个嵌套的电极与工件起弧，两个电极分别是外部环状电极和内部空心电极，通过送气装置向空心电极内部送气，利用抽气装置在环状电极内部抽气，利用大气压力和内部吹气产生的压力使电弧从内部提高电弧刚性的同时在外部产生拘束作用，从而使焊接自由电弧同时具备拘束性和刚性。该方法产生的电弧具有很高的能量密度，可以快速熔化母材，形成较大的熔深，从而提高焊接效率。
为了达到上述目的，本发明提出了一种焊接新装备及焊接新方法。
一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，主要包括由环状电极和空心阴极组成的非熔化极焊枪、抽气装置、送气装置和电弧焊用的焊接电源，其特征在于，空心阴极嵌套在环状电极内且两者之间具有空隙，空心阴极与环状电极绝缘，空心阴极和环状电极均与焊接工件起弧，利用抽气装置将环状电极内部与空心阴极的夹层之间的气体抽离形成负压，利用大气压力的作用使电弧从外部被压缩；同时利用送气装置将气体送入空心阴极内，使电弧中心内部形成正压并使电弧刚性提高；在电弧环状负压和中心正压的同时作用下，在焊接过程中形成具有高电弧刚性的拘束电弧。
所述环状电极与空心阴极均为非熔化极。
所述电弧为环状电极内部的空心阴极与焊接工件燃弧后形成的内层电弧和环状电极与焊接工件燃弧形成的外层电弧组成。
所述电弧的工作环境为大气环境，即环境压力为一个大气压。
所述负压为低于一个大气压的压力。
所述正压为高于一个大气压的压力。
所诉的焊接过程为应用所形成的具有高电弧刚性和受到外部拘束的非熔化极电弧为热源进行的焊接。
焊接过程中通过调节抽气的压强值或送气的流量值，调节电弧的拘束程度，实现焊接过程依据实际焊接效果调节电弧状态的操作，从而精确控制焊接过程中电弧对焊接工件的力热输入。
该空心阴极环状负压电弧焊接装置主要包括一个互相嵌套的电极、抽气装置、送气装置、焊接电源和保护气，互相嵌套的电极外部为环状电极，环状电极内部嵌套空心钨极，其中抽气装置主要包括依次连接的抽气泵、压力释放装置和阀门，这些装置都有导气管路连接，压力释放装置上设有压强显示装置；送气装置由依次连接的送气泵、气体释放装置和阀门组成，同样利用导气管路连接，气体释放装置上设有流量显示装置；一个焊接电源及其控制系统将空心钨极和工件连接，另一个焊接电源及其控制系统将工件与空心环状电极相连；在环状电极外部设有用于气体保护的环状的保护气喷嘴。该焊接方法有关焊枪必须的气路和水路连接法都是常规接法。
该焊接方法主要包括以下步骤：
(1)焊前准备工作。确保各气路、水路和电路系统连接正常。打开各阀门检测送气系统和抽气系统是否工作正常，确保密封良好。
(2)抽气。首先确保抽气系统气路上的阀门关闭，开启抽气装置，调节压力释放装置，使压强显示装置上显示的压强值为预设值。
(3)送气。关闭送气气路系统中的阀门关闭，开启送气装置，调节气体释放装置，使流量显示值为预设值。
(4)起弧。开启焊接电源及其控制装置，使内部空心钨极与工件之间燃起电弧，待电弧稳定之后，开启另一个焊接电源和控制系统，使环状电极与工件之间形成电弧。
(5)正常焊接。带电弧稳定之后，打开抽气气路和送气气路上的阀门，在空心钨极内部吹入气体，在环状电极内部抽出气体，此时电弧状态会改变，从自由态电弧变为拘束态电弧，等拘束电弧稳定之后，按照预设焊接速度进行焊接。
与现有技术相比，本发明方法的优点如下。
1、与传统TIG焊相比，本发明不仅保持了非熔化极电弧焊接稳定性的优点，而且通过抽气和送气双向的气流引导，自由电弧被从径向双向压缩，增加了电弧拘束程度，提高了电弧能量密度，增加对工件的穿透力，提高焊接效率。而且电弧挺值度好，指向性增强，对焊接位置控制较好，焊缝成形均匀。
2、与等离子弧焊接相比，本发明同样具有高能量密度的拘束电弧，而且本发明是通过气流导向及电弧内外压力差值的效果，使电弧大气压力和吹入气体压力的共同作用下，产生径向双向压缩，所以本发明所述电弧压缩无需等离子发生装置，焊接设备相对简单，成本低，对环境影响小。
附图说明
图1是同时开启抽气和送气装置时焊接示意图。
图中：1:焊接电源及其控制系统，2:焊接电源及控制系统，3:环状空心电极，4:焊接工件，5:空心钨极，6:钨极夹，7:保护气喷嘴，8:环状电极与工件之间形成的电弧，9:空心钨极与工件之间形成的电弧，10:保护气瓶，11:保护气导气管路，(12、14、16、18):抽气系统导气管路，13:阀门，15:压强显示装置，17:压力释放装置，19:抽气装置，20:连接套，(21、23、25、27):送气系统导气管路，22:阀门，24:流量显示装置，26:气体释放装置，28：送气装置。
具体实施方式
以下参考附图具体地说明本发明实施方式。
将焊接工件4准备就绪，安装好嵌套电极，将空心钨极5嵌套入环状电极3。连接抽气装置，抽气装置19、压力释放装置17、压强显示装置15、阀门13与环状电极3通过导气管路12、14、16、18相连。连接送气装置，送气装置28、气体释放装置26、流量显示装置24、阀门22与连接套20通过导气管路27、25、23、21相连。焊接电源及其控制系统1一端通过焊机电缆与空心环状电极相连，另一端通过焊接电缆与焊接工件4相连，焊接电源及控制系统2一端通过焊接电缆与空心钨极5相连，另一端通过焊接电缆与焊接工件4相连。保护气瓶10通过保护气导气管路11相连。其他必须必须气路与水路按常规方法连接。
在确保阀门13和阀门22关闭的情况下，开启抽气装置19和送气装置28，分别调节压力释放装置17和气体释放装置26，使压强显示装置15显示的压强值和流量显示装置24显示的流量值为预设值。打开保护气瓶10，使保护气通过导气管路11流入喷嘴内部，然后开启焊接电源2，燃起电弧9，带电弧稳定后开启焊接电源1，燃起电弧8，待两电弧稳定后，打开阀门13，抽离环状电极内部的气体，在大气压力作用下，电弧8被压缩，随后打开阀门22，使气体送入空心钨极5内，气流对电弧9产生向外的压力，此时，电弧8和电弧9在外界大气压力和内部气流吹力的共同作用下，形成强拘束的耦合电弧，指向性和刚度都同步提升，耦合电弧稳定之后，按照预设焊接速度进行焊接。
通过调节抽气的压强值和送入的气体流量，可以很好的控制两电弧的压缩程度，从而可以实现焊接过程电弧拘束度的可控可调，进而控制焊接热输入，以及电弧对工件的穿透能力，最终通过调节气体流量和压强控制焊缝成形、熔深、熔宽和深宽比等。

Claims (9)

1.一种空心阴极环状负压电弧焊接方法，装置主要包括由环状电极和空心阴极组成的非熔化极焊枪、抽气装置、送气装置和电弧焊用的焊接电源，其特征在于，空心阴极嵌套在环状电极内且两者之间具有空隙，空心阴极与环状电极绝缘，空心阴极和环状电极均与焊接工件起弧，利用抽气装置将环状电极内部与空心阴极的夹层之间的气体抽离形成负压，利用大气压力的作用使电弧从外部被压缩；同时利用送气装置将气体送入空心阴极内，使电弧中心内部形成正压并使电弧刚性提高；在电弧环状负压和中心正压的同时作用下，在焊接过程中形成具有高电弧刚性的拘束电弧。
2.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述环状电极与空心阴极均为非熔化极。
3.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述电弧为环状电极内部的空心阴极与焊接工件燃弧后形成的内层电弧和环状电极与焊接工件燃弧形成的外层电弧组成。
4.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述电弧的工作环境为大气环境，即环境压力为一个大气压。
5.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述负压为低于一个大气压的压力。
6.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述正压为高于一个大气压的压力。
7.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：所述的焊接过程为应用所形成的具有高电弧刚性和受到外部拘束的非熔化极电弧为热源进行的焊接。
8.根据权利要求1所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法，其特征在于：焊接过程中通过调节抽气的压强值或送气的流量值，调节电弧的拘束程度，实现焊接过程依据实际焊接效果调节电弧状态的操作，从而精确控制焊接过程中电弧对焊接工件的热输入。
9.进行权利要求1-8任一项所述的空心阴极环状负压电弧焊接方法采用的装置，其特征在于，主要包括一个互相嵌套的电极、抽气装置、送气装置、焊接电源和保护气，互相嵌套的电极外部为环状电极，环状电极内部嵌套空心钨极，其中抽气装置主要包括依次连接的抽气泵、压力释放装置和阀门，这些装置都由导气管路连接，压力释放装置上设有压强显示装置；送气装置由依次连接的送气泵、气体释放装置和阀门组成，同样利用导气管路连接，气体释放装置上设有流量显示装置；一个焊接电源及其控制系统将空心钨极和工件连接，另一个焊接电源及其控制系统将工件与空心环状电极相连；在环状电极外部设有用于气体保护的环状的保护气喷嘴。
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