CN106624298B - 一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法 - Google Patents

一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，属于焊接技术领域。首先将难熔金属丝编织成网，依据组装式陶瓷喷嘴的几何尺寸，以喷嘴厚度中心线的展开长度为长度，以组装陶瓷喷嘴的高度为宽度，将编织好的难熔金属丝网裁剪成片状丝网；再将片状的难熔金属丝网放入专用的丝网成形模中，使其塑性变形为U形的难熔金属丝网。然后将U形的难熔金属丝网放入组装式陶瓷喷嘴的成形模空腔内，注入流体的陶瓷浆料之后，取出成型的组装式陶瓷喷嘴坯体，随后充填防止变形的材料后进入加热排蜡工艺流程，之后进行高温烧结。本发明设计的组装式陶瓷喷嘴的耐热震性能显著提高，使用寿命比纯陶瓷材料制造的组装式陶瓷喷嘴提高百倍以上。

Description

一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿 方法
技术领域
本发明涉及一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，属于焊接技术领域。
背景技术
窄间隙气体保护焊（Narrow gap GMAW）中的窄间隙MAG/MIG焊，由于具有可使用更窄的焊接坡口，较低热输入条件下同时较高的熔敷速度，较高的焊接生产率同时很低的焊接生产成本等技术优势，在相当广泛的装备制造领域，将有逐步替代窄间隙埋弧焊和窄间隙脉冲热丝钨极氩弧焊的趋势。然而窄间隙MAG/MIG焊自上世纪六七十年代开始的研发热潮以来，历经了半个世纪，迄今为止在工业装备制造领域的实际应用仍寥寥无几，究其原因，除了高可靠性的实用实时跟踪技术、高寿命的窄间隙气保焊焊枪设计与制造等核心技术未能配套开发应用以外，深窄坡口条件下的低成本可靠气体保护至今仍不理想是其中的重要原因。
深窄坡口条件下已有的气体保护技术中，如法国polysoude公司为代表的坡口外大流量匀流保护，日本日立旗下的巴高克公司的坡口内一次气体保护加坡口外大流量匀流保护，中国武汉纳瑞格智能设备有限公司的用后置式气体分流器并用前置陶瓷喷嘴、板厚的90%范围内仅用坡口内一次气体保护（迄今在窄间隙气体保护焊领域唯一见到使用陶瓷喷嘴技术的专利），以及大多数开发研究中使用的电弧前后两个方向两路侧向送气技术。上述已有技术中坡口外大流量匀流送气存在适用板厚范围有限，大板厚超大板厚基本不适用，且气体耗量很高；两路侧向送气虽气体耗量较小，可适用于任意厚度，但冶金保护效果不理想；后置式气体分流器并用前置组装式陶瓷喷嘴技术，具有低气体耗量下对高温焊接区冶金保护可靠的显著优势，但前置式陶瓷喷嘴的使用寿命十分短暂。
本发明旨在克服上述已有技术的局限性，发明一种既可实现喷嘴与坡口侧壁和高温熔池间具有良好高温绝缘能力，且同时又对高温焊接区具有良好冶金保护功能，气体耗量低，通过延寿方法和技术的采用使窄间隙MAG/MIG焊陶瓷喷嘴的使用寿命大幅度延长至较理想的范围。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于:
步骤1，将难熔金属丝编织成网，依据组装式陶瓷喷嘴的几何尺寸，计算出喷嘴厚度中心线的展开长度，以此展开长度为长度，以组装陶瓷喷嘴的高度为宽度，将编织好的难熔金属丝网裁剪成片状丝网；再将片状的难熔金属丝网放入专用的丝网成形模中，通过外力作用使其塑性变形为U形的难熔金属丝网。
步骤2，将U形的难熔金属丝网放入组装式陶瓷喷嘴的成形模空腔内，关闭成形模，注入流体的陶瓷浆料之后，脱开模具，取出成型的组装式陶瓷喷嘴坯体，随后充填防止变形的材料后进入加热排蜡工艺流程，排蜡之后再进行高温烧结。
步骤3，高温烧结完成后，一种以难熔金属丝网为骨架的金属---陶瓷复合材料的陶瓷喷嘴便制造完成；合格的产品是难熔金属丝网在成品陶瓷喷嘴内外的所有方向上的表面处均无露头。
在上述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，丝网的难熔金属选择其熔点高于陶瓷材料的烧结温度为宜，采用钨或者钼。
在上述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，难熔金属丝选用钨丝，直径0.4mm，丝网目数选用3*3mm。
在上述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，步骤2中，陶瓷材料选用99%的 Al2O3,烧结温度为1630℃。。
在上述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，为准确定位U形钨丝网位于喷嘴的厚度中心，成形模接触喷嘴的外周面上，设有长度8mm，凸出模腔表面0.6mm的互错断续短长条凸台，凸台为半圆形；U形钨丝网的张开角为2×5°。
在上述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，所述步骤3中，成形U形丝网时，使U形丝网的开口两平行部位的丝网存在张开角度；在U形丝网装入成形模腔时将该张开角度压缩，靠金属丝网的适当张开的弹力将U形丝网丝限位于三方外模表面的定位凸台上，长宽方向不露头采用适当减少丝网的长度和宽度尺寸来实现。
因此，本发明具有如下优点：1、组装式陶瓷喷嘴的耐热震性能显著提高，使用寿命比纯陶瓷材料制造的组装式陶瓷喷嘴提高百倍以上；2、纯陶瓷材料制造的组装式陶瓷碰嘴的失效形式基本上全是剧烈热震作用下破碎且掉落进入熔池，本发明的难熔金属--陶瓷复合材料喷嘴在长时间的剧烈热震作用下，也会出现裂纹，但可完全防止破碎喷嘴片掉落，即完全防止了陶瓷材料夹杂于焊缝中的严重缺陷的发生；3、长时间工作下产生了裂纹的组装式陶瓷喷嘴，完全不影响其高温条件下的绝缘性能和匀流保护高温焊接区的功能，即产生了裂纹的组装式陶瓷喷嘴仍未丧失其使用功能，仍可较长时间地继续使用，这将进一步延长了陶瓷喷嘴的使用寿命和降低了焊接生产成本；4、若将难熔金属丝网的成本与提高寿命后节约的成本加以比较作为投入产出比，本发明具有极高的投入产出比。
附图说明
图1是已有技术中坡口外大流量匀流长距离送气保护示意图。
图2是已有技术中电弧前后斜向一次送气保护加坡口外大流量匀流长距送气保护示意图。
图3是已有技术中采用组装式陶瓷喷嘴板厚方向90%的填充焊层仅电弧前后匀流一次送气保护示意图。
图4是难熔金属丝网展开示意图。
图5是塑性变形后的U形难熔金属丝网示意图。
图6是组装式陶瓷喷嘴的厚度中心示意图。
图7是U形难熔金属丝网在成形模具中的厚度中心定位示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，1-焊件Ⅰ，2-焊件Ⅱ，3-焊丝，4-电弧，5-保护气罩，6-窄间隙焊枪，7-一次保护气，8-二次保护气，9-组装式陶瓷喷嘴，10-紧定螺钉，11-难熔金属丝网，12-侧壁模Ⅰ，13-轨道模，14-侧壁模Ⅱ，15-内腔模，16-定位凸台，17-U形难熔金属丝网，18-注浆口，19-喷嘴厚度中心线。
本方法首先将难熔金属丝编织成网；依据组装式陶瓷喷嘴的几何尺寸，计算出喷嘴厚度中心线的展开长度，以此展开长度为丝网的长度，以组装式陶瓷喷嘴的高度为丝网宽度，将编织好的难熔金属丝网裁剪成片状丝网；再将片状的难熔金属丝网放入专用的丝网成形模中，通过外力作用使其塑性变形为U形的难熔金属丝网。
丝网的难熔金属选择其熔点高于陶瓷材料的烧结温度为宜，如钨和钼。
将U形的难熔金属丝网放入组装式陶瓷喷嘴的成形模空腔内，关闭成形模，注入流体的陶瓷浆料之后，脱开模具，取出成形的组装式陶瓷喷嘴坯件，随后充填防止变形的材料后进入加热排蜡工艺流程，排蜡之后再进行高温烧结。
高温烧结完成后，一种以难熔金属丝网为骨架的金属--陶瓷复合材料的组装式陶瓷喷嘴便制造完成；合格的产品是难熔金属丝网全部位于陶瓷喷嘴的内部，在喷嘴内外所有方向的表面处均无露头。实现该质量要求的技术方法有两个方面，一是在喷嘴模具设计时在喷嘴的外周加断续的短长条定位凸台，二是在成形难熔金属丝网时，使U形丝网的开口两平行部位的丝网存在一小角度的张开角度；在U形丝网装入成形模腔时将该张开角度压缩，依靠金属丝网的适当弹力将U形丝网限位于三方外模的定位凸台上，长宽方向不露头采用适当减少丝网的长度和宽度尺寸来实现。
实施例1
本实施例是本发明的一个基础实施例。如图4、5、6、7所示， 一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气体保护焊的组装式陶瓷喷嘴9的延寿方法是，将难熔金属丝编织成网；依据组装式陶瓷喷嘴9的几何尺寸，计算出喷嘴厚度中心线19的展开长度，以此展开长度为丝网的长度，以组装式陶瓷喷嘴9的高度为丝网的宽度，长度和宽度各减去4mm后，将编织好的难熔金属丝网裁剪成片状难熔金属丝网11；再将片状的难熔金属丝网11放入专用的丝网成形模中，通过外力作用使其塑性变形为U形的难熔金属丝网17。
难熔金属丝选用钨丝，直径0.4mm，丝网目数选用3*3mm。
将U形的难熔金属丝网17放入组装式陶瓷喷嘴的成形模空腔内，关闭成形模，注入流体的陶瓷浆料后，脱开模具，取出成形的组装式陶瓷喷嘴坯件，随后充填氧化铝砂后，放入N气炉中加热排蜡，排蜡完成后在N气炉中烧结。
陶瓷材料选用99%的 Al2O3,烧结温度为1630℃。
为准确定位U形钨丝网17于喷嘴的厚度中心19，成形模接触喷嘴的外周面上，设有长度8mm，凸出模腔表面0.6mm的互错断续短长条凸台，凸台为半圆形；U形钨丝网的张开角为2×5°。
实施例2
难熔金属丝选用Mo丝，其余所有技术同实施例1，在此不再赘述。
实施例3
采用模压成形工艺；其模具设计均按模压工艺进行设计；U形难熔金属丝网的喷嘴厚度方向上中心定位技术与实施例1和实施例2相同，在此不再赘述。此制造工艺将省去注浆成形法中的气氛炉中加热排蜡工艺流程。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或者补充或采用类似的方式替代，但是不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1-焊件Ⅰ，2-焊件Ⅱ，3-焊丝，4-电弧，5-保护气罩，6-窄间隙焊枪，7-一次保护气，8-二次保护气，9-组装式陶瓷喷嘴，10-紧定螺钉，11-难熔金属丝网，12-侧壁模Ⅰ，13-轨道模，14-侧壁模Ⅱ，15-内腔模，16-定位凸台，17-U形难熔金属丝网，18-注浆口，19-喷嘴厚度中心线等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，
步骤1，将难熔金属丝编织成网，依据组装式陶瓷喷嘴的几何尺寸，计算出喷嘴厚度中心线的展开长度，以此展开长度为长度，以组装陶瓷喷嘴的高度为宽度，将编织好的难熔金属丝网裁剪成片状丝网；再将片状的难熔金属丝网放入专用的丝网成形模中，通过外力作用使其塑性变形为U形的难熔金属丝网；
步骤2，将U形的难熔金属丝网放入组装式陶瓷喷嘴的成形模空腔内，关闭成形模，注入流体的陶瓷浆料之后，脱开模具，取出成型的组装式陶瓷喷嘴坯体，随后充填防止变形的材料后进入排蜡工艺流程，排蜡之后再进行高温烧结；
步骤3，高温烧结完成后，一种以难熔金属丝网为骨架的金属---陶瓷复合材料的陶瓷喷嘴便制造完成；合格的产品是难熔金属丝网在成品陶瓷喷嘴内外的所有方向上的表面处均无露头。
2.根据权利要求1所述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，丝网的难熔金属采用钨或者钼。
3.根据权利要求2所述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，难熔金属丝选用钨丝，直径0.4mm，丝网目数选用3*3mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，步骤2中，陶瓷材料选用99％的Al2O3,烧结温度为1630℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，为准确定位U形钨丝网于喷嘴的厚度中心，成形模接触喷嘴的外周面上，设有长度8mm，凸出模腔表面0.6mm的互错断续短长条凸台，凸台为半圆形；U形钨丝网的张开角为2×5°。
6.根据权利要求1所述的一种基于难熔金属复合材料的窄间隙气保焊陶瓷喷嘴的延寿方法，其特征在于，所述步骤3中，成形U形丝网时，使U形丝网的开口两平行部位的丝网存在张开角度；在U形丝网装入成形模腔时将该张开角度压缩，靠金属丝网的适当张开的弹力将U形丝网丝限位于三方外模表面的定位凸台上，长宽方向不露头采用适当减少丝网的长度和宽度尺寸来实现。
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