CN111941074B - 微锻-焊接工艺及装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微锻‑焊接工艺及装备，包括焊接工作台，所述焊接工作台顶部固定安装有两个焊接部件，两个所述焊接部件之间设置有连接缝隙，所述连接缝隙前端固定设置有焊接组织，所述焊接组织后端上方设置有焊接结构，所述焊接结构底部设置为焊接嘴，所述焊接嘴顶部固定连接有绝缘体，所述绝缘体顶部固定连接有焊接头，所述焊接头顶部中间固定连接有焊丝连接块，本发明微锻‑焊接工艺及装备，采用锻‑焊组合焊接连接工艺，彻底改变焊接组织的组织状态，由比较疏松的铸态变为锻造态，且应力在锻造过程中基本释放，为此锻‑焊组合工艺将彻底改变原有焊接组织概念，以及适用范围，极大提高接头的综合性能，不唯一种焊接工业领域新的革命。

Description

微锻-焊接工艺及装备

技术领域

本发明涉及焊接装备技术领域，特别涉及微锻-焊接工艺及装备。

背景技术

据国际钢铁协会统计，全世界钢产量12.39亿吨，按有关资料综合测算，全世界焊接材料产量约为600多万吨。其钢产量与焊接材料比为，每年的焊接量以及焊接结构约占总刚才量的70％左右。即84000万吨，为此可以看到焊接连接结构在世界工业的比重以及所占有的地位何其重要。

我国钢材消费量可能达到6～7亿t。钢产量的大幅度增加牵动着焊接行业的快速发展。焊接设备的需求增多，增加了焊接产业就业机会，壮大了焊接产业队伍，同时也促进了焊接技术向着优质、高效、低本钱、自动化方向发展。

传统合金结构钢是靠调整钢中碳及合金元素的含量并配以适当的热处理来实现各种优越使用性能，用于制造不同应用条件下的焊接结构。但总的趋势是随着碳及合金元素的含量增加，强度进步，钢的焊接性变差。不同钢种所出现的焊接性题目不一。在合金结构钢中，随着碳及合金元素含量增多，势必会引起接头的脆化、软化及裂纹倾向增大。这些焊接性题目的出现，往往会降低焊接结构安全运行的可靠性，造成焊接结构的早期破坏。

焊接结构自焊接技术发展以来，一直是各个装备、结构等各类工业品的主要制造手段，拒不完全统计，世界上70％的钢产量都要经过焊接方式制作成各类设备，焊接在工业及其他各个领域都有着巨大的关键作用是不言而喻，而随着焊接技术的发展，各类焊接技术、装备、工艺、材料都有了巨大进步，也使焊接技术的发展得到了空前的提升，应用领域不断拓展。但无论如何技术进步，无论焊接设备、工艺如何改进，新型的焊接方法不断发明，其最终的焊接接头组织状态却只能是铸态组织，虽然质量不断提升，甚至与母材几无差异，但其性质永远得不到质的改变,焊接接头与焊缝质量取决于焊接操作，工艺参数，人为因素等，其铸造组织中始终存在各类铸造缺陷，比如气孔、条带夹杂，咬边，砂眼，组织粗糙，晶粒粗大，组织不均匀等无法克服的缺陷，这些缺陷限制了如此广泛应用的焊接使用范围和使用等级，大部分鉴于焊接接头薄弱采取了焊缝加高补强，降低焊缝接头强度等级系数，以及采取各类大量的高成本措施来解决，造成了焊接结构成本高，能耗大，以及无法应用到关键要害部位。本专利所表述的就是通过锻造-焊接相结合的一种锻焊工艺方法和装备，彻底改变焊接接头组织状态，从而革命性的改变焊接定义和概念，焊接接头组织形成为锻造组织状态，与母材无论从质量换是性质几无差异，从而使焊接结构的应用更加广泛，彻底改变焊接连接概念。为了改善焊接接头性能，增加焊接接头的综合性能，在焊接行业、冶金行业以及其他许多有关行业开展了大量的研究，比如；新发展的微合金控轧控冷钢是通过精炼在保持低碳或超低碳、不加或少加合金元素的条件下采用微合金化和TMCP工艺实现细晶化、洁净化、均匀化来进步钢的强度和韧性，并已开始研究下一代超细晶粒钢。新钢种的出现给钢的焊接性带来了重大的变革。

世界每年用在焊接方面的钢材以数亿吨论，其焊接结构无以累述，无论小到生活小用品，大到飞机、巨轮、航天航空，高铁距离不开焊接，可以说，焊接连接了世界，如此之多的焊接，其焊接接头的连接强度关乎了各个领域的使用安全和经济，而以往焊接接头都是出于安全的最薄弱环节，由于接头失效、断裂损伤等造成人员、财产损失数以万亿，而造成这种现象的主要因素就是焊接接头组织，焊接质量、焊接缺陷，以及由于焊接接头应力集中问题。

发明内容

本发明的目的在于提供微锻-焊接工艺及装备，以解决上述背景技术中提出的由于接头失效、断裂损伤等造成人员、财产损失数以万亿，而造成这种现象的主要因素就是焊接接头组织，焊接质量、焊接缺陷，以及由于焊接接头应力集中问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：微锻-焊接工艺及装备，包括焊接工作台，所述焊接工作台顶部固定安装有两个焊接部件，两个所述焊接部件之间设置有连接缝隙，所述连接缝隙前端固定设置有焊接组织，所述焊接组织后端上方设置有焊接结构，所述焊接结构底部设置为焊接嘴，所述焊接嘴顶部固定连接有绝缘体，所述绝缘体顶部固定连接有焊接头，所述焊接头顶部中间固定连接有焊丝连接块，所述焊丝连接块顶部中间贯穿连接有电焊焊丝，所述电焊焊丝上部固定连接有送丝结构，所述送丝结构上部设置为焊丝盘轴，所述焊丝盘轴下方设置为从动送丝盘，所述从动送丝盘后端接触连接有电焊焊丝，所述电焊焊丝后端接触连接有主动送丝盘，所述主动送丝盘前侧中间固定连接有送丝电机，所述焊接工作台后端上部固定设置有焊接电源及操控系统，所述焊接嘴前端设置有锻造控制体，所述锻造控制体底部固定连接有微锻锤，所述锻造控制体前侧固定连接有视频跟踪系统，所述锻造控制体顶部固定连接有伸缩杆，所述伸缩杆远离锻造控制体的一端固定连接有连接管道，所述连接管道远离伸缩杆的一端固定连接有微锻造及自动控制系统。

作为本发明的一种优选技术方案，所述锻造控制体和微锻锤构成微锻结构，所述微锻锤工作方法分为超声波震动、脉冲震动、电磁振动、机械振动以及其他适合驱动锻锤高速高频震动运动的方法，所述微锻锤锻造方式分为超声锻造焊、脉冲锻造焊、震动锻造焊、机械锻造焊、磁力锻造焊等。

作为本发明的一种优选技术方案，所述焊接电源及操控系统下端正极柱通过导线电性连接有焊接嘴，所述焊接电源及操控系统下端负极柱通过导线电性连接有焊接部件。

作为本发明的一种优选技术方案，所述视频跟踪系统自动跟踪锻造控制体和焊接嘴，计算机根据视频跟踪系统反馈，结合各类合金焊接温度场模型，编制合金锻造温度以及不同熔深、温度下的锻造载荷力度，根据焊接工艺的焊接规范，自动查找金属材料的温度场，并自动计算给出锻造比。

作为本发明的一种优选技术方案，所述焊接结构通过电焊焊丝将两个焊接部件之间的连接缝隙焊接有焊接组织，所述焊接结构的焊接方式分为埋弧、气保焊、激光、等离子、MIG、TIG、三维打印。

作为本发明的一种优选技术方案，所述焊接结构焊接点为焊接高温中心，围绕焊接高温中心形成了温度梯度场，温度梯度场有温度等级差，越靠近热源中心温度越高，随着距离温度越来越低，所述微锻锤击锻的温度取决于和热源的距离也就是在温度梯度场的位置，而这个距离又取决于所焊接金属材料的种类，基本设定为其材料轧制温度或者率高于轧制温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明微锻-焊接工艺及装备，采用锻-焊组合焊接连接工艺，彻底改变焊接组织的组织状态，由比较疏松的铸态变为锻造态，且应力在锻造过程中基本释放，为此锻-焊组合工艺将彻底改变原有焊接组织概念，以及适用范围，极大提高接头的综合性能，不唯一种焊接工业领域新的革命。此工艺和装备的改变对于今后焊接工业的应用领域将以冪数级扩大。主要特点是提高了焊接组织高强、高韧。使得焊缝洁净度高、晶粒细化、成分组织均匀，因此具有较高的强韧性。可采用大或较大线能量焊接大大提高焊接效率和焊接质量，是焊接技术领域一次革命性创新。

附图说明

图1为本发明的整体结构结构示意图；

图2为本发明的送丝结构结构示意图；

图3为本发明的焊接结构结构示意图；

图4为本发明的微锻结构结构示意图。

图中：1、微锻造及自动控制系统；2、连接管道；3、焊接组织；4、伸缩杆；5、焊接结构；6、送丝结构；7、焊接工作台；8、焊接部件；9、连接缝隙；10、焊接电源及操控系统；11、焊丝盘轴；12、电焊焊丝；13、主动送丝盘；14、从动送丝盘；15、送丝电机；16、焊丝连接块；17、焊接头；18、绝缘体；19、焊接嘴；20、视频跟踪系统；21、锻造控制体；22、微锻锤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供了微锻-焊接工艺及装备，包括焊接工作台7，焊接工作台7顶部固定安装有两个焊接部件8，两个焊接部件8之间设置有连接缝隙9，连接缝隙9前端固定设置有焊接组织3，焊接组织3后端上方设置有焊接结构5，焊接结构5底部设置为焊接嘴19，焊接嘴19顶部固定连接有绝缘体18，绝缘体18顶部固定连接有焊接头17，焊接头17顶部中间固定连接有焊丝连接块16，焊丝连接块16顶部中间贯穿连接有电焊焊丝12，电焊焊丝12上部固定连接有送丝结构6，送丝结构6上部设置为焊丝盘轴11，焊丝盘轴11下方设置为从动送丝盘14，从动送丝盘14后端接触连接有电焊焊丝12，电焊焊丝12后端接触连接有主动送丝盘13，主动送丝盘13前侧中间固定连接有送丝电机15，焊接工作台7后端上部固定设置有焊接电源及操控系统10，焊接嘴19前端设置有锻造控制体21，锻造控制体21底部固定连接有微锻锤22，锻造控制体21前侧固定连接有视频跟踪系统20，锻造控制体21顶部固定连接有伸缩杆4，伸缩杆4远离锻造控制体21的一端固定连接有连接管道2，连接管道2远离伸缩杆4的一端固定连接有微锻造及自动控制系统1。

锻造控制体21和微锻锤22构成微锻结构，微锻锤22工作方法分为超声波震动、脉冲震动、电磁振动、机械振动以及其他适合驱动锻锤高速高频震动运动的方法，微锻锤22锻造方式分为超声锻造焊、脉冲锻造焊、震动锻造焊、机械锻造焊、磁力锻造焊等。焊接电源及操控系统10下端正极柱通过导线电性连接有焊接嘴19，焊接电源及操控系统10下端负极柱通过导线电性连接有焊接部件8。

视频跟踪系统20自动跟踪锻造控制体21和焊接嘴19，计算机根据视频跟踪系统20反馈，结合各类合金焊接温度场模型，编制合金锻造温度以及不同熔深、温度下的锻造载荷力度，根据焊接工艺的焊接规范，自动查找金属材料的温度场，并自动计算给出锻造比。焊接结构5通过电焊焊丝12将两个焊接部件8之间的连接缝隙9焊接有焊接组织3，焊接结构5的焊接方式分为埋弧、气保焊、激光、等离子、MIG、TIG、三维打印。焊接结构5焊接点为焊接高温中心，围绕焊接高温中心形成了温度梯度场，温度梯度场有温度等级差，越靠近热源中心温度越高，随着距离温度越来越低，微锻锤22击锻的温度取决于和热源的距离也就是在温度梯度场的位置，而这个距离又取决于所焊接金属材料的种类，基本设定为其材料轧制温度或者率高于轧制温度。

具体使用时，本发明微锻-焊接工艺及装备；

参照图1、图2；

首先将两个焊接部件8固定安装在焊接工作台7上，使连接缝隙9与电焊焊丝12在同一平面内；

然后将焊接电源及操控系统10的正极与焊接嘴19导线连接，负极与焊接部件8连接，然后启动微锻造及自动控制系统1、焊接电源及操控系统10和视频跟踪系统20，焊接结构5通过电焊焊丝12对焊接部件8进行焊接，微锻锤22对焊接组织3进行微锻祛除焊接接头的内应力，同时视频跟踪系统20对微锻锤22和焊接嘴19进行实时监测；

参照图3、图4；

微锻锤22在微锻造及自动控制系统1的驱动下，对焊接组织3进行锻造，焊接组织3的组织性质，彻底改变焊接组织3的组织状态，由比较疏松的铸态变为锻造态，且应力在锻造过程中基本释放；

焊接结构5焊接点为焊接高温中心，围绕焊接高温中心形成了温度梯度场，温度梯度场有温度等级差，越靠近热源中心温度越高，随着距离温度越来越低，微锻锤22击锻的温度取决于和热源的距离也就是在温度梯度场的位置，距离取决于所焊接金属材料的种类，基本设定为其材料轧制温度或者略高于轧制温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.微锻-焊接装备，包括焊接工作台(7)，其特征在于：所述焊接工作台(7)顶部固定安装有两个焊接部件(8)，两个所述焊接部件(8)之间设置有连接缝隙(9)，所述连接缝隙(9)前端固定设置有焊接组织(3)，所述焊接组织(3)后端上方设置有焊接结构(5)，所述焊接结构(5)底部设置为焊接嘴(19)，所述焊接嘴(19)顶部固定连接有绝缘体(18)，所述绝缘体(18)顶部固定连接有焊接头(17)，所述焊接头(17)顶部中间固定连接有焊丝连接块(16)，所述焊丝连接块(16)顶部中间贯穿连接有电焊焊丝(12)，所述电焊焊丝(12)上部固定连接有送丝结构(6)，所述送丝结构(6)上部设置为焊丝盘轴(11)，所述焊丝盘轴(11)下方设置为从动送丝盘(14)，所述从动送丝盘(14)后端接触连接有电焊焊丝(12)，所述电焊焊丝(12)后端接触连接有主动送丝盘(13)，所述主动送丝盘(13)前侧中间固定连接有送丝电机(15)，所述焊接工作台(7)后端上部固定设置有焊接电源及操控系统(10)，所述焊接嘴(19)前端设置有锻造控制体(21)，所述锻造控制体(21)底部固定连接有微锻锤(22)，所述锻造控制体(21)前侧固定连接有视频跟踪系统(20)，所述锻造控制体(21)顶部固定连接有伸缩杆(4)，所述伸缩杆(4)远离锻造控制体(21)的一端固定连接有连接管道(2)，所述连接管道(2)远离伸缩杆(4)的一端固定连接有微锻造及自动控制系统(1)；

所述视频跟踪系统(20)自动跟踪锻造控制体(21)和焊接嘴(19)，计算机根据视频跟踪系统(20)反馈，结合各类合金焊接温度场模型，编制合金锻造温度以及不同熔深、温度下的锻造载荷力度，根据焊接工艺的焊接规范，自动查找金属材料的温度场，并自动计算给出锻造比；所述焊接结构(5)的焊接点为焊接高温中心，围绕焊接高温中心形成了温度梯度场，温度梯度场有温度等级差，越靠近热源中心温度越高，随着距离增大温度越来越低，所述微锻锤(22)击锻的温度取决于和热源的距离也就是在温度梯度场的位置。

2.根据权利要求1所述的微锻-焊接装备，其特征在于：所述锻造控制体(21)和微锻锤(22)构成微锻结构，所述微锻锤(22)工作方法分为超声波震动、脉冲震动、电磁振动、机械振动以及其他适合驱动锻锤高速高频震动运动的方法，所述微锻锤(22)锻造方式分为超声锻造焊、脉冲锻造焊、震动锻造焊、机械锻造焊、磁力锻造焊。

3.根据权利要求1所述的微锻-焊接装备，其特征在于：所述焊接电源及操控系统(10)下端正极柱通过导线电性连接有焊接嘴(19)，所述焊接电源及操控系统(10)下端负极柱通过导线电性连接有焊接部件(8)。

4.根据权利要求1所述的微锻-焊接装备，其特征在于：所述焊接结构(5)通过电焊焊丝(12)在两个焊接部件(8)之间的连接缝隙(9)填充焊接组织(3)，所述焊接结构(5)的焊接方式分为埋弧、气保焊、激光、等离子、MIG、TIG、三维打印。

5.根据权利要求1所述的微锻-焊接装备，其特征在于：所述微锻锤(22)击锻的位置与热源的距离取决于所焊接金属材料的种类。

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