CN108838491B - 一种用于窄间隙焊接的装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于窄间隙焊接的装置及焊接方法，所述装置包括焊枪和加热部，所述焊枪包括至少两个并排设置的导电嘴，所述装置还包括分别用于向至少两个所述导电嘴输送焊丝的送丝部，所述加热部用于通过脉冲加热的方式对所述导电嘴中的焊丝进行加热，减少了焊接电弧对焊丝的热输入，增大了焊接电弧对窄间隙侧壁的热输入，同时还能够改变熔池流动的行程，从而有效地提高了焊接效率，极大地降低了焊接完后出现侧壁不熔合的可能性，从而获得高质量的焊缝。

Description

一种用于窄间隙焊接的装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种用于进行窄间隙焊接的装置及焊接方法。

背景技术

窄间隙焊接技术非常适合用于对大厚板进行焊接，其具有很小的焊接热输入，且窄间隙焊接过程中大厚板的焊接位置采用较窄的坡口形式，能够减小焊接材料的使用，节约了资源。

目前，窄间隙焊接方法主要包括TIG焊、MIG焊、激光焊、电子束焊接等。窄间隙TIG焊是一种焊接质量非常高的厚板焊接方法，因而被广泛应用在有色金属厚板的焊接过程中。现有的窄间隙TIG焊接工艺，由于电弧的热输入不集中和相对于其他焊接方法热输入相对较小，因此，焊接效率很低。另外，由于对侧壁的热输入较小，焊接完成后容易出现侧壁难以熔合的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种焊接效率高、焊缝质量好、焊接效果好的用于窄间隙焊接的装置及焊接方法，以解决窄间隙焊接过程中间隙的两侧壁难以熔合，以及焊接效率低的问题。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种用于窄间隙焊接的装置，所述装置包括焊枪和加热部，所述焊枪包括至少两个并排设置的导电嘴，所述装置还包括分别用于向至少两个所述导电嘴输送焊丝的送丝部，所述加热部用于通过脉冲加热的方式对所述导电嘴中的焊丝进行加热。

优选地，所述加热部包括加热电源，所述加热电源用于产生脉冲电流对所述焊丝进行脉冲加热。

优选地，所述加热电源输出的脉冲电流的频率与所述焊枪的焊接电弧的偏转频率呈预定规律对应输出；和/或，

在所述焊丝进入熔池前，所述加热电源能够将所述焊丝加热到300至500℃。

优选地，所述导电嘴的数量为两个，所述装置还包括陶瓷绝缘块和压片，所述两个导电嘴分别穿过所述陶瓷绝缘块，所述陶瓷绝缘块上覆盖有所述压片，所述陶瓷绝缘块和所述压片上均具有凹形结构，所述凹形结构与所述导电嘴的形状相适配，两个所述压片通过紧固件连接，通过更换不同的所述压片能够调节所述导电嘴之间的距离；

其中，两个所述导电嘴中分别穿设有第一焊丝和第二焊丝，

当所述焊接电弧偏转至所述第一焊丝时，所述第一焊丝中的脉冲电流为基值电流，所述第二焊丝中的脉冲电流为峰值电流；和/或，

当所述焊接电弧偏转至所述第二焊丝时，所述第二焊丝中的脉冲电流为基值电流，所述第一焊丝中的脉冲电流为峰值电流。

优选地，所述基值电流为5至25A；和/或，

所述峰值电流为30至50A。

优选地，所述装置还包括磁控单元，所述磁控单元用于控制所述焊接电弧产生偏转。

优选地，所述导电嘴之间的距离可调，

调节所述导电嘴之间的距离，使所述第一焊丝与所述第二焊丝之间的距离为6至9mm；和/或，

调节所述导电嘴之间的距离，使所述第一焊丝和/或所述第二焊丝与靠近其的形成所述窄间隙的结构的侧壁之间的距离为2至4mm。

优选地，所述装置还包括焊接电源，所述焊接电源与所述焊枪相连，所述焊接电源输出的焊接电流为240至350A，和/或，

焊接过程中形成的电弧高度为3至5mm，和/或，

焊接过程中的焊接速度为5至8m/h；和/或，

所述窄间隙的宽度为10至15mm。

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窄间隙焊接的装置进行焊接，依次包括以下步骤：

A、对待焊接的形成窄间隙的结构的侧壁进行加工，调整所述焊丝距离所述侧壁的距离；

B、向所述窄间隙引入保护气体，接着引燃所述焊枪的电弧，在引燃所述焊接电弧的同时控制所述焊接电弧偏转并启动加热部对所述焊丝进行脉冲加热；

C、送丝部开始进行送丝，待所述焊丝在所述窄间隙中熔化后，所述焊枪开始运动施焊；

D、焊接完成后，所述焊枪停止运动后先关闭所述加热部和与所述焊枪相连接的焊接电源，待熔池完全凝固和/或焊枪的电机完全冷却后，停止所述保护气体供应，焊接过程结束。

优选地，所述送丝部的送丝速度为80至150m/h，和/或，

所述焊枪的焊速为5至10m/h。

本申请中的用于窄间隙焊接的装置及焊接方法，减少了焊接电弧对焊丝的热输入，增大了焊接电弧对窄间隙侧壁的热输入，同时还能够改变熔池流动的行程，从而有效地提高了焊接效率，极大地降低了焊接完后出现侧壁不熔合的可能性，从而获得高质量的焊缝。

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窄间隙焊接的装置的结构示意图；

图2示出本发明具体实施方式提供的陶瓷绝缘块的结构图；

图3示出本发明具体实施方式提供的压片的结构图。

图中，

1、磁控单元；11、磁控部；2、焊枪；21、电极；3、加热部；31、加热电源；4、调距结构；41、陶瓷绝缘块；42、压片；43、凹形结构；5、左焊丝；6、右焊丝；7、厚板。

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、左、右等方向以图1中所示的方向为准。

如图1所示，本申请提供了一种用于窄间隙焊接的装置，其中，所述窄间隙是指宽度在10至15mm范围的间隙，也即坡口宽度为10至15mm。优选地，在对需要焊接在一起的厚板7进行处理时，将所述厚板7之间的坡口加工成U形的坡口，方便进行焊接。所述装置包括焊枪2，所述焊枪2的端部并排设置有至少两个导电嘴（图中未示出），所述导电嘴中穿设有焊丝，在一个具体的实施例中，所述焊枪2的端部设置有在横向方向并排设置的两个导电嘴，每个所述导电嘴中都穿设有焊丝。两个所述导电嘴分别为左导电嘴和右导电嘴，所述左导电嘴中穿设的焊丝是左焊丝5，也即第一焊丝，所述右导电嘴6中穿设的是右焊丝，也即第二焊丝。进一步地，左导电嘴和右导电嘴相互绝缘，两个导电嘴之间设置有调距结构4，通过调距结构4能够对两个导电嘴之间的距离在横向上进行调节，以根据所述窄间隙大小的不同设置两个导电嘴之间的距离，以使左导电嘴与形成所述窄间隙的左侧壁之间的距离，以及右导电嘴与形成所述窄间隙的右侧壁之间的距离适中，以适应不同宽度的坡口。进一步地，如图2和图3所示，所述调距结构4包括陶瓷绝缘块41和压片42，两个导电嘴分别穿过陶瓷绝缘块41，陶瓷绝缘块41上覆盖有压片42，陶瓷绝缘块41和压片42上均具有凹形结构43，凹形结构43与导电嘴的形状相适配，两个压片42通过紧固件连接，紧固件优选包括螺栓，通过更换不同的压片42能够调节两个导电嘴之间在横向上的距离。其中，为了保证安装可靠性，凹形结构43在陶瓷绝缘块41和压片42上的设置方向相反，即陶瓷绝缘块41上的凹形结构43和压片42上的凹形结构43的开口方向相反。优选地，所述左焊丝5与所述右焊丝6之间的横向上的距离为6至9mm，所述左焊丝5距离左侧壁在横向上的距离为2至4mm，所述右焊丝6距离所述右侧壁在横向上的距离为2至4mm。

当使用本申请中的装置对窄间隙进行焊接时，所述焊丝采用细焊丝，焊丝的直径在0.8至2mm之间，优选地，所述焊丝的直径为1.6mm，以保证焊丝的熔化效果和焊接质量。所述装置还包括分别用于向两个所述导电嘴输送焊丝的送丝部（图中未示出），以及加热部3。其中，所述加热部3用于通过脉冲加热的方式对所述导电嘴中的焊丝进行加热。在一个优选的实施例中，所述加热部3包括加热电源31，所述加热电源31用于产生脉冲电流对所述焊丝进行脉冲加热，采用电加热的方式对所述焊丝进行预热，保证所述焊丝能够熔化的更加充分，以提高焊接质量，防止出现焊缝不熔合的情况。所述送丝部包括两个独立的送丝机，每台所述送丝机的送丝速度都能够进行调节，以保证适应更多的焊接方法。在使用本实施例中的装置对窄间隙进行焊接时，两台送丝机同步送丝，且所述左焊丝5和右焊丝6在送丝过程中始终保持平行。优选地，根据窄间隙的大小不同，送丝速度保持在80至150m/h，以保证所述加热部3能够对所述焊丝进行充分的加热，同时也能够保证在焊接过程中焊丝能够完全熔化，进而提高焊接效果。在进行送丝时，所述加热部3首先对所述焊丝进行加热，而后送丝机向所述导电嘴进行送丝。

进一步地，所述装置还包括焊接电源（图中未示出），所述焊接电源与所述焊枪2连接，在所述焊枪2的端部形成焊接电弧，所述焊接电弧产生的热量能够对所述焊丝加热，使所述焊丝熔化，形成熔池。优选地，所述焊枪2采用钨材料制作成的电极21，钨电极通过在金属钨中添加稀土氧化物来刺激它的电子逸出功，使得钨电极的焊接性能得以改善。由于钨电极具有熔点高，耐腐蚀、高密度，导热和导电性好、起弧性能更好且弧柱稳定性更高等优点，因此，钨电极使用过程中电极烧损率更小，能够有效降低后期使用过程中的维修成本。优选地，所述焊接电源产生的焊接电流的大小为240至350A，所述钨电极的电弧高度为3至5mm，所述焊枪的移动速度为5至8m/h。

进一步地，所述装置还包括磁控单元1，所述磁控单元1用于控制所述焊接电弧产生偏转。所述磁控单元1包括励磁电源（图中未示出）和与所述励磁电源连接的磁控部11，所述磁控部11能够在所述励磁电源产生的电流的作用下产生磁场，磁场作用在所述钨电极产生的焊接电弧上，能够带动所述焊接电弧产生偏转。所述磁控部11设置在坡口内，并位于左焊丝和右焊丝之间。优选地，所述磁控单元产生的磁场频率为5至10Hz，所述励磁电源产生的电流为2A。在一个优选的实施例中，所述加热电源31输出的脉冲电流的频率与所述焊枪2的焊接电弧的偏转频率呈预定规律对应输出，以使所述焊丝进入熔池前，所述加热电源31能够将所述焊丝加热到300至500℃，使得焊丝能够对窄间隙的左侧壁或右侧壁进行辅助加热。具体地，当所述焊接电弧偏转至所述左焊丝5时，所述左焊丝5中的脉冲电流为基值电流，所述右焊丝6中的脉冲电流为峰值电流。当所述焊接电弧偏转至所述右焊丝6时，所述右焊丝6中的脉冲电流为基值电流，所述左焊丝5中的脉冲电流为峰值电流。其中，所述基值电流为5至25A，所述峰值电流为30至50A。在一个具体的实施例中，所述左焊丝5上的脉冲电流、所述右焊丝6上的脉冲电流以及所述励磁电流之间的时间对应关系例如为，所述左焊丝5和右焊丝6上的脉冲电流的基值电流和峰值电流相反，所述峰值电流与所述磁力电流的峰值同时出现。

由于所述焊丝中通入的是脉冲电流对其进行加热，有效避免了所述焊丝中因通入电流而影响所述磁控单元1对所述焊接电弧的磁控效果。当所述焊接电弧偏转到左焊丝5和右焊丝6中之一时，其上的电流处于基值电流，能够减小脉冲电流作用在该焊丝上产生的磁场，使焊接电弧更加稳定，保证焊接电弧能够对焊丝进行有效的加热，使其完全熔化。当焊接电弧远离左焊丝和右焊丝中之一时，该焊丝上的电流处于峰值电流，产生的电阻热用于对该焊丝进行加热。

另外，由于本申请中的装置上的焊丝选用的是细焊丝，因此，减少了焊接电弧在焊丝上的热量分配，将焊接电弧产生的绝大部分热量用于对窄间隙的侧壁进行加热，极大地减小了出现侧壁不熔合缺陷的概率，以获得高质量的成型焊缝，并且极大地提高了焊接效率。

本申请还提供了一种焊接方法，使用如上所述的用于窄间隙焊接的装置进行焊接，依次包括以下步骤：

A、对待焊接的形成窄间隙的结构的侧壁进行加工，调整所述焊丝距离所述侧壁的距离；

在该步骤中，首先对需要进行加工的厚板，比如钛合金厚板进行预处理，将板材上需要进行焊接的侧壁加工成U形坡口，并调节左导电嘴和右导电嘴之间的距离，以使左焊丝和右焊丝之间的距离能够与坡口的宽度相适配，同时要保证左焊丝、右焊丝与左侧壁和右侧壁之间的距离为2至4mm。

B、向所述窄间隙引入保护气体，接着引燃所述焊枪的电弧，在引燃所述焊接电弧的同时控制所述焊接电弧偏转并启动加热部对所述焊丝进行脉冲加热；

在该步骤中，送入所述窄间隙的保护气体选用惰性气体，不会对焊接过程有影响，同时不易出现危险。在整个窄间隙周围充满保护气体之后，引燃电弧，并开启磁控单元，磁控单元控制焊接电弧在左焊丝和右焊丝之间不断交替偏转，同时控制脉冲电流与磁控单元进行配合对左焊丝或右焊丝进行加热。

C、送丝部开始进行送丝，待所述焊丝在所述窄间隙中熔化后，所述焊枪开始运动施焊；

两台送丝机同步开始送丝，左焊丝和右焊丝的送丝速度为80至150m/h，待焊丝在坡口中熔化后，焊枪开始进行移动并施焊，焊接速度为5至10m/h；在焊接过程中，包括打底焊接过程和填充焊道过程，在打底焊接过程中，焊接电流为180至280A，在填充焊道过程中，焊接电流为240至350A。

D、焊接完成后，所述焊枪停止运动后先关闭所述加热部和与所述焊枪相连接的焊接电源，待熔池完全凝固和/或焊枪的电机完全冷却后，停止所述保护气体供应，焊接过程结束。

本申请中的用于窄间隙焊接的装置及焊接方法，由于采用了细焊丝、对焊丝进行脉冲加热以及双焊丝等工艺，极大地提高了焊接热输入和焊接效率，极大地降低了窄间隙的侧壁出现未熔透的几率，非常适用于对贵重有色金属的厚板进行焊接。由于增强了焊接电弧和经过加热的焊丝对窄间隙的侧壁的热输入，改变了熔池中液态金属的流动形式，优化了焊接工艺，焊接完成后获得更加优质的焊缝。

另外，由于焊丝靠近窄间隙的侧壁，焊丝受热熔化后在自身重力和焊接电弧的压力作用下落在坡口的侧壁处，受到坡口表面张力的作用，使熔池从坡口向中间流动，形成中间凹陷两边略凸的焊缝，焊接质量更好，焊接效率更高。

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 (6)

1.一种用于窄间隙焊接的装置，其特征在于，所述装置包括焊枪和加热部，所述焊枪包括至少两个沿横向并排设置的导电嘴，两个所述导电嘴中分别穿设有第一焊丝和第二焊丝，所述装置还包括分别用于向至少两个所述导电嘴输送焊丝的送丝部，所述加热部用于通过脉冲加热的方式对所述导电嘴中的焊丝进行加热，所述加热部包括加热电源，所述加热电源用于产生脉冲电流对所述焊丝进行脉冲加热，所述装置还包括磁控单元，所述磁控单元用于控制焊接电弧产生偏转，所述磁控单元包括励磁电源和与所述励磁电源连接的磁控部，所述磁控部能够在所述励磁电源产生的电流的作用下产生磁场，磁场作用在钨电极产生的焊接电弧上，能够带动焊接电弧产生偏转，所述磁控部设置在坡口内，并位于第一焊丝和第二焊丝之间；

所述加热电源输出的脉冲电流的频率与所述焊枪的焊接电弧的偏转频率呈预定规律对应输出，当所述焊接电弧偏转至所述第一焊丝时，所述第一焊丝中的脉冲电流为基值电流，所述第二焊丝中的脉冲电流为峰值电流；当所述焊接电弧偏转至所述第二焊丝时，所述第二焊丝中的脉冲电流为基值电流，所述第一焊丝中的脉冲电流为峰值电流；

所述基值电流为5至25A，所述峰值电流为30至50A；

所述导电嘴之间的距离可调，

调节所述导电嘴之间的距离，使所述第一焊丝与所述第二焊丝之间的距离为6至9mm；和/或，

调节所述导电嘴之间的距离，使所述第一焊丝和/或所述第二焊丝与靠近其的形成窄间隙的结构的侧壁之间的距离为2至4mm。

2.根据权利要求1所述的用于窄间隙焊接的装置，其特征在于，在所述焊丝进入熔池前，所述加热电源能够将所述焊丝加热到300至500℃。

3.根据权利要求1所述的用于窄间隙焊接的装置，其特征在于，所述导电嘴的数量为两个，所述装置还包括陶瓷绝缘块和压片，所述两个导电嘴分别穿过所述陶瓷绝缘块，所述陶瓷绝缘块上覆盖有所述压片，所述陶瓷绝缘块和所述压片上均具有凹形结构，所述凹形结构与所述导电嘴的形状相适配，两个所述压片通过紧固件连接，通过更换不同的所述压片能够调节所述导电嘴之间的距离。

4.根据权利要求1至3之一所述的用于窄间隙焊接的装置，其特征在于，所述装置还包括焊接电源，所述焊接电源与所述焊枪相连，所述焊接电源输出的焊接电流为240至350A，和/或，

焊接过程中形成的电弧高度为3至5mm，和/或，

焊接过程中的焊接速度为5至8m/h；和/或，

所述窄间隙的宽度为10至15mm。

5.一种焊接方法，使用如权利要求1至4之一所述的用于窄间隙焊接的装置进行焊接，其特征在于，依次包括以下步骤：

A、对待焊接的形成窄间隙的结构的侧壁进行加工，调整所述焊丝距离所述侧壁的距离；

B、向所述窄间隙引入保护气体，接着引燃所述焊枪的焊接电弧，在引燃所述焊接电弧的同时控制所述焊接电弧偏转并启动加热部对所述焊丝进行脉冲加热；

C、送丝部开始进行送丝，待所述焊丝在所述窄间隙中熔化后，所述焊枪开始运动施焊；

D、焊接完成后，所述焊枪停止运动后先关闭所述加热部和与所述焊枪相连接的焊接电源，待熔池完全凝固和/或焊枪的电机完全冷却后，停止所述保护气体供应，焊接过程结束。

6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述送丝部的送丝速度为80至150m/h。

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