CN108500421A - 用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法，包括焊枪，还包括一端开口的排水罩，以及环状的导磁铁芯，在导磁铁芯的外部缠绕有激磁线圈，焊枪插入到导磁铁芯的中部并穿过导磁铁芯插入到排水罩中；排水罩将工件上至少部分待焊接区域罩住，排水罩通过排水密封装置与工件密封连接。本申请中的用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法，能够有效改善焊接过程中的电弧形态，使电弧收缩以提高焊接过程中焊丝端部熔滴的渗透能力，细化焊缝组织，促进熔滴过渡，进而提高焊接接头的质量。另外，本申请中的用于水下局部干法焊接的装置结构简单、制造成本低，且能够适用于多种位置的焊接操作，工程应用范围广泛。

Description

用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及一种用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法。

背景技术

随着对海洋资源的开发及利用，水下焊接已经成为海上工程结构物建造和维修的重要技术手段。但是由于水的存在，水下焊接过程比陆上焊接要复杂的多，并且会产生各种陆上焊接未出现的问题，比如冷却速度快，焊缝含氢量高，焊缝成形差等。

水下焊接种类繁多，从工作环境上，可以分为湿法焊接、干法焊接和局部干法焊接。湿法焊接具有设备渐变、施工灵活、价格便宜等优点，但湿法焊接很难得到较好的焊接接头。干法焊接的焊接效果最好，但设备复杂、施工费用高，操作周期长。水下局部干法焊接是将电弧周围的水人为地排开，形成一个气相区，降低水对焊接过程的干扰，使电弧在气相区中稳定的燃烧。局部干法焊接综合了湿法焊接和干法焊接的优点，具有广阔的应用前景。

但水下局部干法焊接仍然存在一些不足：(1)为了增加电弧电离，一般采用大热输入焊接，易造成焊缝组织粗大，降低焊缝的力学性能；(2)由于整个焊接过程在水中完成，焊缝熔池冷却速度过快，焊缝不易铺展，易造成未熔合、夹渣等焊接缺陷；(3)熔滴不易过渡到母材，易形成大滴排斥过渡，造成电弧不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够有效提高焊接接头质量的用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种用于水下局部干法焊接的装置，包括焊枪，还包括一端开口的排水罩，以及环状的导磁铁芯，在所述导磁铁芯的外部缠绕有激磁线圈，所述焊枪插入到所述导磁铁芯的中部并穿过所述导磁铁芯插入到所述排水罩中；

所述排水罩将工件上至少部分待焊接区域罩住，所述排水罩通过排水密封装置与工件密封连接。

优选地，所述排水密封装置包括排水毛毡组件和锁紧套，所述排水毛毡组件与所述工件直接接触；

所述排水罩的开口端的端面的外壁上套设有所述排水毛毡组件，所述排水毛毡组件通过所述锁紧套固定在所述排水罩上。

优选地，所述焊枪包括焊枪本体和导电嘴，所述导电嘴插入到所述排水罩中以对所述工件进行焊接，所述焊枪本体与所述导磁铁芯可拆卸连接。

优选地，还包括壳体，所述导磁铁芯和所述激磁线圈密封在所述壳体中。

优选地，还包括磁场电源，所述磁场电源与所述激磁线圈电连接，所述磁场电源用于控制所述激磁线圈产生的磁场强度和磁场频率。

优选地，还包括焊接电源，所述焊接电源分别与所述焊枪和所述工件电连接，所述焊接电源用于给所述焊枪供电，通过控制所述焊接电源控制焊接过程中的焊接参数。

优选地，还包括送丝装置，所述送丝装置中储存有焊丝，所述焊丝在所述送丝装置的作用下沿着所述焊枪的轴向从所述焊枪远离所述工件的一端进入到所述焊枪中并从所述焊枪靠近所述工件的一端伸出。

为达上述目的，另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种焊接方法，使用如上所述的用于水下局部干法焊接的装置进行焊接，依次包括以下步骤：

步骤01、将所述用于水下局部干法焊接的装置安装在工件的待焊接区域上，使所述排水罩罩住至少部分所述待焊接区域，调整所述焊枪的端部与所述工件之间的距离，以及所述导磁铁芯与所述工件之间的距离；

步骤02、确定焊接参数，所述送丝装置将所述焊丝送至所述焊枪中，接通所述焊接电源引燃所述焊丝；

步骤03、当所述排水罩的开口端有气泡逸出时，接通所述磁场电源并调整所述激磁线圈产生的磁场参数；

步骤04、所述用于水下局部干法焊接的装置沿所述待焊接区域移动；

步骤05、焊接完成后，依次关闭所述焊接电源和所述磁场电源，待所述排水罩在焊接完成后持续预定时长再将所述排水罩离开工件表面。

优选地，所述焊枪上靠近所述工件的一端距离所述工件的距离为10mm至20mm，和/或，

所述导磁铁芯上靠近所述工件的一端距离所述工件的距离为20mm至60mm。

优选地，所述预定时长为10s至20s。

本申请中的用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法，能够有效改善焊接过程中的电弧形态，使电弧收缩以提高焊接过程中焊丝端部熔滴的渗透能力，细化焊缝组织，促进熔滴过渡，进而提高焊接接头的质量。另外，本申请中的用于水下局部干法焊接的装置结构简单、制造成本低，且能够适用于多种位置的焊接操作，工程应用范围广泛。

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它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明具体实施方式提供的用于水下局部干法焊接的装置在工作位置的示意图；

图2示出本发明具体实施方式提供的用于水下局部干法焊接的装置工作过程中激磁线圈产生的磁场的示意图。

图中，

1、焊接电源；2、磁场电源；3、激磁线圈；4、导磁铁芯；5、送丝装置；6、焊丝；7、焊枪；71、焊枪本体；8、排水罩；9、导电嘴；10、壳体；11、排水毛毡组件；12、锁紧套；13、工件；14、喉箍；15、排水密封装置；16、排水毛毡。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

说明：本申请中，将上下方向定义为：将图1中导磁铁芯4的轴向方向上，靠近工件13的方向为下，远离工件13的方向为上；并且，将图1中导磁铁芯4的径向外侧定义为外，将导磁铁芯4的径向内侧定义为内。

如图1、图2所示，本申请中用于水下局部干法焊接的装置包括焊枪7、一端开口的排水罩8、环状的导磁铁芯4、缠绕在导磁铁芯4外部的激磁线圈3。焊枪7插入到导磁铁芯4的中部，焊枪7平行于导磁铁芯4的轴向设置，焊枪7穿过导磁铁芯4插入到位于导磁铁芯4下方的排水罩8中。为了保护导磁铁芯4和激磁线圈3不受周围环境中水的影响，装置还包括具有防水功能的壳体10，导磁铁芯4和激磁线圈3密封在壳体10中，为了提高密封效果，壳体10与导磁铁芯4之间设置有密封垫圈(图中未示出)。具体地，焊枪7包括焊枪本体71和导电嘴9，导电嘴9安装在焊枪本体71的下端，焊枪本体71的下部和导电嘴9的上部位于导磁铁芯4的内环中，导磁铁芯4与焊枪本体71的外壁之间通过喉箍14可拆卸地连接在一起，当然，可以理解的是，也可以采用除了喉箍14之外其它方便固定和拆卸的结构将两者连接在一起。

导电嘴9的下端穿过排水罩8插入到排水罩8与工件13共同形成的腔体中，以对工件13进行焊接。优选地，在排水罩8上开设有螺纹孔，导电嘴9上设置有螺纹，导电嘴9通过该螺纹孔插入到排水罩8中并与排水罩8之间通过螺纹连接可拆卸地固定在一起。进一步优选地，排水罩8为规则的形状，以适应更多需要焊接的情况，排水罩8的横截面为矩形、圆形或椭圆形，上述横截面指与导磁铁芯4的轴线相垂直的截面。当然，排水罩8的形状并不仅仅局限于上述几种，也可以为专门与工件13上待焊接区域的形状相适配的异形形状。当排水罩8为规则的形状时，螺纹孔优选开设在排水罩8的中心位置，以使焊接过程的可靠性和准确性更高。工件13放置在排水罩8的下方，排水罩8优选为微型排水罩，在安装装置时，排水罩8要罩住至少部分待焊接区域，在排水罩8上设置有排水密封装置15，排水罩8通过排水密封装置15与工件13密封连接。排水罩8采用聚四氟乙烯或电木等非磁性材料制成，以使激磁线圈3激励产生的磁场能够穿透排水罩8作用到电弧所在区域，磁场对焊接电弧及焊缝熔池进行有效控制，改善电弧的形态，使电弧收缩提高焊缝的渗透能力，促进熔滴过渡，搅拌焊缝熔池，从而提高焊接接头的质量。为了进一步保证电弧的形态改变不会受到排水罩8的影响，排水罩8开口端的面积大于电弧气泡的表面积。

具体地，排水密封装置15包括排水毛毡组件11和锁紧套12，排水毛毡组件15设置在排水罩8开口一侧的端部外壁上，即排水罩8的整个下端面的外壁上设置有排水毛毡组件11，排水毛毡组件11与工件13直接接触。排水毛毡组件11通过锁紧套12固定在排水罩8上，以达到良好的排水密封效果。进一步地，排水毛毡组件11包括排水毛毡16和排水裙(图中未示出)，排水毛毡16直接与排水罩8相接触，排水裙设置在排水毛毡16的外周上，进一步增强密封效果。当然，可以理解的是，也可以仅设置排水毛毡16不设置排水裙。

如图1所示，装置还包括磁场电源2，磁场电源2通过导线与激磁线圈3电连接，由于激磁线圈3设置在外壳10的内部，因此导线需要穿过外壳10与激磁线圈3相连接，导线与外壳10之间要进行密封处理，防止水进入到外壳10中。磁场电源2用于调整激磁线圈3产生的磁场强度和磁场频率，优选地，激磁线圈3产生的磁场强度的范围为0至15mT，产生的磁场频率的范围为0至30Hz。

装置还包括焊接电源1，焊接电源1同时通过导线与焊枪本体71和工件13电连接，通过调节焊接电源1对焊接电压、焊接电流等焊接参数进行调整。还包括送丝装置5，送丝装置5中储存有焊丝6，焊枪本体71和导电嘴9中都具有用于供焊丝6通过的送丝孔(图中未示出)，焊丝6在送丝装置5的作用下沿着由上向下的方向依次进入到焊枪本体71、导电嘴9中，并从导电嘴9的下端伸出至导电嘴9的外部。优选的，焊枪7为药芯焊丝水下湿法焊接焊枪，以保证焊接质量。由于焊丝6燃烧过程中具有造气功能，产生的气体将电弧周围的水排开，降低了水对焊接环境的影响。排水罩8将焊丝燃烧过程中产生的气体罩住，在电弧周围营造了气体环境，降低了气泡上浮对水下焊接不利的影响，提高了电弧稳定性。

本申请还提供了一种焊接方法，使用如上所述的用于水下局部干法焊接的装置进行焊接，结合图1中示出的装置，焊接方法包括以下步骤：

步骤01、将所述用于水下局部干法焊接的装置安装在工件的待焊接区域上，使所述排水罩8罩住至少部分所述待焊接区域，调整所述焊枪7的端部与所述工件13之间的距离，以及所述导磁铁芯4与所述工件13之间的距离；

通常情况下，在安装装置时，首先将排水罩8罩在待焊接区域的上方，让排水毛毡组件11与工件13紧密贴合。然后将导电嘴9安装在排水罩8上，使得导电嘴9位于排水罩的正上方，并调整导电嘴9的下端距离工件13的位置，优选的，导电嘴9的下端距离工件10至20mm，并将导电嘴9固定在排水罩8上。接着，将焊枪本体71与导电嘴9固定在一起，将壳体10(壳体10内部设置有导磁铁芯4和激磁线圈3)通过喉箍14固定在焊枪本体71上，并调整导磁铁芯6的下端距离工件13的位置，优选导磁铁芯4下端距离工件20至60mm。接着，将焊接电源1、磁场电源2等接入，与对应的部件电连接。

步骤02、确定焊接参数，所述送丝装置5将所述焊丝6送至所述焊枪7中，接通所述焊接电源1引燃所述焊丝6；

其中，焊接参数比如焊接时的电弧电压、焊接电流、焊接速度，以及送丝装置5的送丝速度等。焊丝6开始燃烧后，焊丝6燃烧过程中具有造气功能，产生的气体将电弧周围的水排开。随着产生的气体越来越多，整个排水罩中最后都会充满气体，将排水罩8内的水排出。

步骤03、当所述排水罩8的开口端有气泡逸出时，接通所述磁场电源2并调整所述激磁线圈3产生的磁场参数；

当排水罩8的下端有气泡逸出时，说明排水罩8中的水已经被排空，此时，确定激磁线圈3产生的磁场参数，接通磁场电源2。激磁线圈3开始工作，产生的纵向磁场穿过排水罩8作用在焊接电弧上，对焊缝处的电弧进行摆动控制，改善电弧形态，促进熔滴过渡，提高焊接电弧稳定性。另外，根据磁控电弧辅助焊接的工作原理，纵向磁场对焊缝熔池有振动作用，促进熔池搅拌，细化焊缝组织，提高焊接接头的质量。

步骤04、所述用于水下局部干法焊接的装置沿所述待焊接区域移动；

由于焊接区域比较大，因此需要移动装置，以对全部焊接区域进行焊接。

步骤05、焊接完成后，依次关闭所述焊接电源1和所述磁场电源2，待所述排水罩8在焊接完成后持续预定时长再将所述排水罩8离开工件13表面。

焊接完成后，首先停止移动装置，先关闭焊接电源1，然后再关闭磁场电源2，并且需要待排水罩8在焊接完成后持续预定时长再将排水罩8从工件13表面移开，以保证水不会马上与焊接接头接触，提高焊缝质量。每次持续预定的时长优选为10至20s，以阻止水过快进入到排水罩中，减缓焊缝冷却速度。

本申请中的用于水下局部干法焊接的装置及焊接方法，解决了水下局部干法焊接存在的焊缝组织粗大，熔滴不易过渡的问题，细化了焊缝组织，促进了熔滴过渡，提高了水下局部干法焊接接头的质量，满足水下焊接领域的潜在要求。

另外，本申请中的用于水下局部干法焊接的装置中的各个部件采买容易，价格成本体，且装置操作简单，能够适用于多种位置的焊接操作，工程应用范围广泛。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水下局部干法焊接的装置，包括焊枪，其特征在于，还包括一端开口的排水罩，以及环状的导磁铁芯，在所述导磁铁芯的外部缠绕有激磁线圈，所述焊枪插入到所述导磁铁芯的中部并穿过所述导磁铁芯插入到所述排水罩中；

所述排水罩将工件上至少部分待焊接区域罩住，所述排水罩通过排水密封装置与工件密封连接。

2.根据权利要求1所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，所述排水密封装置包括排水毛毡组件和锁紧套，所述排水毛毡组件与所述工件直接接触；

所述排水罩的开口端的端面的外壁上套设有所述排水毛毡组件，所述排水毛毡组件通过所述锁紧套固定在所述排水罩上。

3.根据权利要求1所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，所述焊枪包括焊枪本体和导电嘴，所述导电嘴插入到所述排水罩中以对所述工件进行焊接，所述焊枪本体与所述导磁铁芯可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，还包括壳体，所述导磁铁芯和所述激磁线圈密封在所述壳体中。

5.根据权利要求4所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，还包括磁场电源，所述磁场电源与所述激磁线圈电连接，所述磁场电源用于控制所述激磁线圈产生的磁场强度和磁场频率。

6.根据权利要求1所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，还包括焊接电源，所述焊接电源分别与所述焊枪和所述工件电连接，所述焊接电源用于给所述焊枪供电，通过控制所述焊接电源控制焊接过程中的焊接参数。

7.根据权利要求1所述的用于水下局部干法焊接的装置，其特征在于，还包括送丝装置，所述送丝装置中储存有焊丝，所述焊丝在所述送丝装置的作用下沿着所述焊枪的轴向从所述焊枪远离所述工件的一端进入到所述焊枪中并从所述焊枪靠近所述工件的一端伸出。

8.一种焊接方法，使用如权利要求1至7任一项所述的用于水下局部干法焊接的装置进行焊接，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤01、将所述用于水下局部干法焊接的装置安装在工件的待焊接区域上，使所述排水罩罩住至少部分所述待焊接区域，调整所述焊枪的端部与所述工件之间的距离，以及所述导磁铁芯与所述工件之间的距离；

步骤02、确定焊接参数，所述送丝装置将所述焊丝送至所述焊枪中，接通所述焊接电源引燃所述焊丝；

步骤03、当所述排水罩的开口端有气泡逸出时，接通所述磁场电源并调整所述激磁线圈产生的磁场参数；

步骤04、所述用于水下局部干法焊接的装置沿所述待焊接区域移动；

步骤05、焊接完成后，依次关闭所述焊接电源和所述磁场电源，待所述排水罩在焊接完成后持续预定时长再将所述排水罩离开工件表面。

9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述焊枪上靠近所述工件的一端距离所述工件的距离为10mm至20mm，和/或，

所述导磁铁芯上靠近所述工件的一端距离所述工件的距离为20mm至60mm。

10.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述预定时长为10s至20s。