CN108581155A - 一种气流再压缩等离子弧焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子弧焊接，特指一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，是针对大厚板钢材进行穿孔等离子弧焊接的工艺，属于等离子弧焊接技术领域。其特征在于该焊接工艺加入了能对焊接电弧进行“再次压缩”的压缩气，该压缩气可以拘束电弧弧柱的发散，达到压缩电弧的效果，与常规的等离子弧焊接工艺相比，该焊接工艺增大了电弧的热流密度和电弧压力，提高了电弧的穿透能力，在不开坡口的条件下可以一次焊透厚度更大的母材，提高焊接速度，而且能够维护焊接穿孔过程的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及等离子弧焊接，特指一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，是针对大厚板钢材进行穿孔等离子弧焊接的工艺，属于等离子弧焊接技术领域。
背景技术
等离子弧焊接(PAW)作为一种高能量密度的弧焊工艺，在焊接中厚板、厚板钢材时具有独特的优势，广泛应用在桥梁搭建、船舶建造、压力容器制造等领域。等离子弧焊(PAW)是利用等离子弧作为热源的一种焊接方法，气体由电弧加热产生离解，电弧等离子体通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般都用氩气，也有使用氦、氮、氩等混合气体的。常规的PAW焊接的母材厚度一般在5-8mm范围内，然而，当母材厚度更大时，受限于常规PAW电弧的穿透能力，穿孔过程稳定性不足，容易产生间断性熔透焊缝，而且焊接速度较低。
发明内容
针对以上常规等离子弧焊接(PAW)的不足，本发明提供一种气流再压缩等离子弧焊接工艺。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，通过发明设计压缩气，来实现拘束焊接电弧，增加电弧穿透能力的目的，其原理如图1所示。具体工艺流程如下：
(1)焊前准备：对焊件进行打磨直至出现金属光泽，无需开坡口，通过夹具将焊件固定在焊接平台上，调节焊枪钨极内缩量为2-3mm，焊枪喷嘴到工件的高度为4-5mm；
(2)控制焊接参数进行焊接：根据板厚不同控制焊接电流在150-180A之间，焊接电压在25-30V之间，焊接速度在120-150mm/min之间，离子气流量在1.5-3.0L/min，保护气流量为20L/min，压缩气流量在1-2.5L/min，压缩气喷出的气流方向与焊枪中心线成45-55度角，压缩气流汇聚在焊枪下方3.5-5mm处的焊枪中轴线上。
进一步设计是，所述步骤(1)、(2)所使用的焊接设备为等离子弧焊机和等离子弧焊枪，等离子弧焊枪包含三路气体，一路保护气，用于保护工件熔池；一路离子气，用于电离产生电弧等离子体；一路压缩气，压缩气通道介于离子气通道和保护气通道之间，压缩气通道与离子气通道的距离为5mm，用于再次压缩从离子气喷嘴出来的电弧等离子体，主要是根据电弧等离子体的热压缩效应，通过压缩气实现对电弧等离子体的压缩作用。
进一步设计是，所述的压缩气、离子气和保护气是质量百分比为99.99％的氩气。
更进一步的设计是，压缩气流量小于或者等于离子气流量，压缩气流量过大会吹散电弧而达不到提高电弧穿透能力的效果，压缩气流量太小则对电弧的拘束效果不明显，因此，焊接不同厚度的母材要根据所选择的离子气流量来确定压缩气流量。
本发明通过在焊接过程中通入压缩气，拘束焊接电弧，增大电弧热流密度和电弧压力，提高电弧穿透能力以及穿孔焊接过程的稳定性，提高焊接速度和增大等离子弧焊接的可焊厚度。
附图说明
图1是等离子弧压缩效果原理对比示意图；其中a是气流再压缩等离子弧，b是常规等离子弧。
图2是对8mm厚的304不锈钢进行常规等离子弧焊接和气流再压缩等离子弧焊接后的宏观焊缝图；其中(a)为焊缝正面，(b)为焊缝背面。
图3是对8mm厚的304不锈钢进行气流再压缩等离子弧焊接和常规等离子弧焊接后的宏观焊缝图；其中(a)为焊缝正面，(b)为焊缝背面。
具体实施方式
一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其压缩原理如图1所示。本实施例以8mm厚的304不锈钢的穿孔等离子弧焊接为例，具体步骤如下：
(1)焊前准备：将304不锈钢工件正反面进行打磨去除油污铁锈，直至出现金属光泽，保证工件的平整。
(2)焊件装配：将打磨好的工件通过夹具固定在可移动焊接平台上，调整焊枪喷嘴到工件的距离为5mm，钨极内缩量为3mm，钨极采用直径为4mm的钍钨极。
(3)焊接参数：焊接电流150A，焊接速度为120mm/min，离子气流量为2.3L/min，保护气流量为20L/min，压缩气流量为2.0L/min，未加压缩气时焊接电压为26.3V，加入压缩气时焊接电压为27.2V。
(4)焊接过程：为了更好的对比焊接效果，在同一工件连续焊接，前半段采用常规等离子弧焊接，焊到工件中心位置时加入压缩气进行气流再压缩等离子弧焊接，焊接效果如图2所示。
(5)验证过程：为了进一步验证压缩气流的作用，排除焊接预热造成的影响，重复步骤(4)，本次试验前半段采用气流再压缩等离子弧焊接，焊到工件中心位置时关闭压缩气流进行常规等离子弧焊接，焊接效果如图3所示。
该工艺所使用的离子气、压缩气、保护气成分均为99.99％的氩气，所用焊接设备为等离子弧焊机和等离子弧焊枪。
本实施例的最终焊接效果如图2、图3所示，从图2焊缝的宏观形貌可以明显看出，前半段采用常规等离子弧焊接时工件未被焊穿，焊缝成型不规则，而后半段加入压缩气后进行气流再压缩等离子弧焊接时，工件被焊透，焊缝成型较为规则美观。从图3可以看出，前半段加入压缩气流，焊缝成规则波纹状，工件背面焊透，而后半段未加压缩气，焊缝余高增加，电弧穿透能力减小，工件背面未焊透。这也充分证明，工件之所以能被焊透，确实是由于压缩气流存在的原因，而并非是由焊接预热作用造成的。
综上所述，气流再压缩等离子弧焊接工艺可以拘束电弧弧柱的发散，达到压缩电弧的效果，跟常规的等离子弧焊接工艺相比，该焊接工艺增大了电弧的热流密度和电弧压力，提高了电弧的穿透能力，在不开坡口的条件下可以一次焊透厚度更大的母材，提高焊接速度，而且能够维护焊接穿孔过程的稳定性。
Claims (6)
1.一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于：在焊接过程中，通入压缩气，拘束焊接电弧，增大电弧热流密度和电弧压力，提高电弧穿透能力以及穿孔焊接过程的稳定性，提高焊接速度和增大等离子弧焊接的可焊厚度。
2.如权利要求1所述的一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，焊接设备使用等离子弧焊机和等离子弧焊枪，其特征在于，具体步骤如下：
(1)焊前准备：对焊件进行打磨直至出现金属光泽，无需开坡口，通过夹具将焊件固定在焊接平台上，调节焊枪钨极内缩量和焊枪喷嘴到工件的高度；
(2)控制焊接参数进行焊接：根据板厚不同控制焊接电流在150-180A之间，焊接电压在25-30V之间，焊接速度在120-150mm/min之间，离子气流量在1.5-3.0L/min，保护气流量为20L/min，压缩气流量在1-2.5L/min，压缩气喷出的气流方向与焊枪中心线成45-55度角，压缩气流汇聚在焊枪下方3.5-5mm处的焊枪中轴线上。
3.如权利要求2所述的一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，步骤(1)中，焊枪钨极内缩量为2-3mm，焊枪喷嘴到工件的高度为4-5mm。
4.如权利要求2所述的一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，等离子弧焊枪包含三路气体，一路保护气，用于保护工件熔池；一路离子气，用于电离产生电弧等离子体；一路压缩气，压缩气的通道介于离子气通道和保护气通道之间，压缩气通道与离子气通道的距离为5mm，用于再次压缩从离子气喷嘴出来的电弧等离子体。
5.如权利要求2所述的一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，所述的压缩气、离子气和保护气是质量百分比为99.99％的氩气。
6.如权利要求2所述的一种气流再压缩等离子弧焊接工艺，其特征在于，压缩气流量小于或者等于离子气流量。
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