CN112894073B - 一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，在焊接时，往复摆动轴往复旋转，进而带动从偏心导电嘴出来的旋转电极在坡口内的往复摆动，同时，通过旋转电极实现焊接电弧自主旋转，进而产生摆动复合旋转电弧；所述旋转电极包括多股焊丝。本发明采用往复式旋转电极复合多股焊丝的自旋转电弧，既可利用多股焊丝旋转电弧实现窄间隙焊接时的坡口侧壁良好熔合，亦可通过摆动实现坡口侧壁根部良好的电弧指向性，充分有利于窄间隙焊接特别是窄间隙坡口根部及侧壁的充分熔合。既能降低常规摆动单丝电弧窄间隙焊接时的坡口加工装配及其变形与焊接控制精度要求，也能解决多股焊丝旋转电弧在窄间隙焊接时打底焊根部的有效熔深不足的问题。

Description

一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法。

背景技术

窄间隙焊接主要用于厚壁结构的焊接，焊接位置开设小角度坡口或者不开坡口，这样不只减少了焊接材料消耗，还大大提高了焊接效率。同时窄间隙焊接热输入低，热影响区较窄，焊接变形小，焊接接头性能优异。然而，对于窄间隙焊接如果采用普通焊枪，则会出现保护罩尺寸太大无法达到坡口底部的问题，无法对焊接电弧和熔池进行有效保护。目前，使用普通单根焊丝的各类窄间隙有波纹焊丝电弧摆动技术、焊接电极钟摆技术、焊接电极平摆技术、焊接电极摇动技术等，但是这些技术都对设备控制精度和坡口加工要求极高，同时现有的窄间隙焊接受导电嘴弯折的影响无法进一步的缩小间隙。因此，需要一种新的焊接方法来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接效果好、焊接效率高的利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，其包括：在焊接时，往复摆动轴往复旋转，进而带动从偏心导电嘴出来的旋转电极在坡口内的往复摆动，同时，通过旋转电极实现焊接电弧自主旋转，进而产生摆动复合旋转电弧；其中，所述旋转电极包括多股焊丝。

作为本发明的进一步改进，所述焊接方法通过焊接设备来实现，所述焊接设备包括机架，所述机架上设有：

送丝机；

焊枪，包括偏心导电嘴、导电杆和往复摆动轴，所述偏心导电嘴通过所述导电杆与往复摆动轴连接，所述往复摆动轴通过导电滑环与所述机架连接，所述往复摆动轴上设有进丝孔；

旋转驱动机构，与所述往复摆动轴连接并驱动所述往复摆动轴往复旋转。

作为本发明的进一步改进，所述焊枪还包括：

一次进气机构，包括一次进气座和分别设于所述偏心导电嘴两侧的两组吹气管，所述吹气管的上端与所述一次进气座连接，所述吹气管可在焊接时深入坡口内，所述吹气管的下端设有一次吹气口，进入所述一次进气座的保护气可由所述一次吹气口吹至所述偏心导电嘴两侧；

二次进气机构，包括二次进气座和保护罩，所述保护罩设于所述偏心导电嘴上方，所述二次进气座的底部设有二次吹气口，进入所述二次进气座的保护气可由所述二次吹气口进入所述保护罩内。

作为本发明的进一步改进，每组所述吹气管均包括内侧吹气管和外侧吹气管，所述内侧吹气管和外侧吹气管可在焊接时深入坡口内。

作为本发明的进一步改进，所述内侧吹气管的末端切口朝向内侧，所述外侧吹气管的末端切口朝向外侧。

作为本发明的进一步改进，所述内侧吹气管的末端高度高于所述外侧吹气管的末端高度。

作为本发明的进一步改进，所述导电杆和吹气管从上至下穿设于所述二次进气座和保护罩，所述导电杆、吹气管均与所述二次进气座滑动连接，所述二次进气机构还包括调节组件，所述调节组件可调节所述二次进气座的高度，进而调节所述保护罩到焊缝表面的距离。

作为本发明的进一步改进，所述调节组件包括第二电极、第二同步轮、丝杆、丝杆螺母和升降滑块，所述第二同步轮装配于所述丝杆的一端，所述丝杆通过丝杆螺母与所述升降滑块连接，所述二次进气座通过升降板与所述升降滑块连接，所述第二电极通过皮带带动所述第二同步轮转动，所述第二同步轮带动所述丝杆转动，所述丝杆通过所述丝杆螺母带动所述升降滑块升降，所述升降滑块通过升降板带动所述二次进气座升降。

作为本发明的进一步改进，所述二次进气机构还包括进气夹块，所述二次进气座通过所述进气夹块与调节组件连接，所述进气夹块内设有二次进气道，所述二次进气道与二次进气座之间形成与所述二次吹气口连通的二次静压空腔。

作为本发明的进一步改进，所述旋转驱动机构包括第一电极和第一同步轮，所述第一同步轮装配于所述往复摆动轴上，所述第一电极通过皮带驱动所述第一同步轮，所述第一同步轮带动所述往复摆动轴。

本发明的有益效果：

本发明采用往复式旋转电极复合多股焊丝的自旋转电弧从而实现一种全新的窄间隙焊接方法，既可利用多股焊丝旋转电弧实现窄间隙焊接时的坡口侧壁良好熔合，亦可通过摆动实现坡口侧壁根部良好的电弧指向性，充分有利于窄间隙焊接特别是窄间隙坡口根部及侧壁的充分熔合。既能降低常规摆动单丝电弧窄间隙焊接时的坡口加工装配及其变形与焊接控制精度要求，也能解决多股焊丝旋转电弧在窄间隙焊接时打底焊根部的有效熔深不足的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明优选实施例中偏心导电嘴和旋转电极的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中的1+6型缆式焊丝；

图3是本发明优选实施例中的1*3型绞股焊丝；

图4是本发明优选实施例中利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法的结构示意图；

图5是本发明优选实施例中焊枪的正视图；

图6是本发明优选实施例中焊枪的侧视图；

图7是本发明优选实施例中焊枪的剖面图；

图8是本发明优选实施例中二次进气座的结构示意图；

图9是本发明优选实施例中二次进气机构的剖面图；

图10是本发明优选实施例中二次进气机构的结构分解示意图。

标记说明：100、机架；110、送丝机；121、第一电极；122、皮带；130、导电滑环；140、调节组件；150、激光测距仪；1、多股焊丝；2、旋转电弧；10、偏心导电嘴；20、导电杆；30、往复摆动轴；41、一次进气座；42、内侧吹气管；43、外侧吹气管；44、一次静压空腔；51、二次进气座；511、二次吹气口；52、保护罩；53、进气夹块；531、排气孔；54、二次静压空腔；55、绝缘盖板；60、冷却水流道；70、冷却块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明优选实施例中公开了一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，该方法包括：

在焊接时，往复摆动轴往复旋转，进而带动偏心导电嘴出来的旋转电极实现坡口内的往复摆动，同时，通过旋转电极实现焊接电弧自主旋转，进而产生摆动复合旋转电弧；其中，旋转电极包括多股焊丝1。参照图1，焊接电弧自主旋转形成旋转电弧2，结合偏心导电嘴10的往复摆动，形成摆动复合旋转电弧。

可选的，多股焊丝可选用1+6型缆式焊丝，参照图2；或者选用1*3型绞股焊丝，参照图3。

可选的，上述焊接方法通过如图3所示的焊接设备来实现，所述焊接设备包括机架100，所述机架100上设有送丝机110、焊枪和旋转驱动机构。

焊枪包括偏心导电嘴10、导电杆20、往复摆动轴30，所述偏心导电嘴10通过所述导电杆20与往复摆动轴30连接，所述往复摆动轴30通过导电滑环130与所述机架100连接，所述往复摆动轴30上设有进丝孔，供焊丝和送丝管通过。旋转驱动机构与所述往复摆动轴30连接并驱动所述往复摆动轴30往复旋转。

可选的，所述旋转驱动机构包括第一电极121和第一同步轮，所述第一同步轮装配于所述往复摆动轴30上，所述第一电极121通过皮带122驱动所述第一同步轮，所述第一同步轮带动所述往复摆动轴30。

如图5-7所示，在一些实施例中，焊枪还包括一次进气机构和二次进气机构。

可选的，一次进气机构包括一次进气座41和分别设于所述偏心导电嘴10两侧的两组吹气管，所述吹气管的上端与所述一次进气座41连接，所述吹气管可在焊接时深入坡口内，所述吹气管的下端设有一次吹气口，进入所述一次进气座41的保护气可由所述一次吹气口吹至所述偏心导电嘴10两侧，直接保护电弧和熔池，用于窄间隙内部的焊接气体保护。

可选的，二次进气机构包括二次进气座51和保护罩52，所述保护罩52设于所述偏心导电嘴10上方，所述二次进气座51的底部设有二次吹气口511，如图8所示，进入所述二次进气座51的保护气可由所述二次吹气口511进入所述保护罩52内，用于对表面几层焊道进行保护。

在一些实施例中，每组所述吹气管均包括内侧吹气管42和外侧吹气管43，所述内侧吹气管42和外侧吹气管43可在焊接时深入坡口内。

可选的，所述内侧吹气管42的末端切口朝向内侧，用于保护中间电弧和熔池，所述外侧吹气管43的末端切口朝向外侧，用于防止外侧空气卷入并保护已焊高温焊缝表面避免氧化。

可选的，所述内侧吹气管42的末端高度高于所述外侧吹气管43的末端高度，可以避免焊接飞溅造成内侧吹气管42出口堵塞。

在一些实施例中，所述一次进气座41内设有一次静压空腔44，进入所述一次进气座41的保护气可由所述一次静压空腔44进入所述内侧吹气管42和外侧吹气管43，一次静压空腔44有利于保证气流的均匀和稳定。

可选的，所述导电杆20和吹气管从上至下穿设于所述二次进气座51和保护罩52，所述导电杆20、吹气管均与所述二次进气座51滑动连接，所述二次进气机构还包括调节组件140，所述调节组件140可调节所述二次进气座51的高度，进而调节所述保护罩52到焊缝表面的距离。进一步的，二次进气座51是随动的，在焊接过程中，通过调节组件通过二次进气座51，使得在偏心导电嘴10升降的过程中，保护罩52始终保持在待焊接件上方预定高度，使得保护罩52与待焊接件之间的间隙保持不变，可以有效提升保护气的保护效果，优选的，保护罩52与待焊接件之间的间隙为2mm。

如图9-10所示，在一些实施例中，所述二次进气机构还包括进气夹块53，所述二次进气座51通过所述进气夹块53与调节组件140连接，所述进气夹块53内设有二次进气道，所述二次进气道与二次进气座51之间形成与所述二次吹气口511连通的二次静压空腔54，二次静压空腔54有利于保证气流的均匀和稳定。可选的，进气夹块53上设有与二次静压空腔54连通的排气孔531，排气孔沿二次静压空腔54长度方向逐渐变大，可以保证进一步保证二次静压空腔54内气流的均匀和稳定。

在一些实施例中，调节组件140包括第二电极、第二同步轮、丝杆、丝杆螺母和升降滑块，所述第二同步轮装配于所述丝杆的一端，所述丝杆通过丝杆螺母与所述升降滑块连接，所述二次进气座51通过升降板与所述升降滑块连接，所述第二电极通过皮带带动所述第二同步轮转动，所述第二同步轮带动所述丝杆转动，所述丝杆通过所述丝杆螺母带动所述升降滑块升降，所述升降滑块通过升降板带动所述二次进气座51升降。进一步的，调节组件140还包括激光测距仪150，激光测距仪150随着二次进气座51同步升降，在焊接时，通过激光测距仪150实时测量与待焊接件的距离，并实时调节保护罩52高度。

可选的，所述进气夹块53上端设有绝缘盖板55，所述导电杆20和吹气管从上至下穿设于所述绝缘盖板55，绝缘盖板55用于防止气体从上方流出，同时保证二次进气机构与导电杆20之间绝缘。

在一些实施例中，所述导电杆20上设有冷却块70，所述冷却块70内设有冷却水流道60，循环冷却水可通过导电杆20对偏心导电嘴10进行冷却降温。

可选的，所述一次进气座41和二次进气座51上均设有冷却水流道60，循环冷却水可通过冷却水流道60于对部件进行冷却降温。

可选的，保护气为二氧化碳和氩气的混合气。

可选的，往复摆动轴30和导电杆20、冷却块70、吹气管等导电和冷却部件选用铜基材料。

可选的，偏心导电嘴10末端投影不会偏出中间最大直径处投影范围，进而能最大限度的减少窄间隙坡口的根部间隙。

偏心导电嘴10材料优选铬锆铜，开中心孔之后采用模具弯折，偏心角度ɑ可根据弯折部分长度进行调节，优选为5～20°。

上述焊接设备在采用摆动复合旋转电弧与单丝摆动电弧、旋转电弧不摆动的对比表，如表1所示。

实施例A中采用壁厚80mm长500mm的Q345R板材，焊丝采用无镀铜微合金ER70S-6直径1.8mm的1+6型多股焊丝；对比例B采用1.2mm实芯单丝，其它同实施例A，摆动焊接；对比例C采用直径1.8mm的1+6型多股焊丝，不摆动焊接，

经大量试验研究，总结出规律一致性的试验结果如表1所示，其比对优劣性主要体现如下。

实施例A中的焊接效率约为对比例B的三倍，且焊接质量和对比例B皆达到UT I级标准。

实施例A中的焊接效率和对比例C相近，但焊接质量方面对比例C在接头根部存在断续的未熔合缺陷影像，并层间亦有个别未熔合，对比例C的焊接质量难以控制，而实施例A的窄间隙焊接大大降低了对工艺的要求并质量一次性合格率有着很大的提高。

本发明采用往复式旋转电极复合多股焊丝的自旋转电弧从而实现一种全新的窄间隙焊接方法，既可利用多股焊丝旋转电弧实现窄间隙焊接时的坡口侧壁良好熔合，亦可通过摆动实现坡口侧壁根部良好的电弧指向性，充分有利于窄间隙焊接特别是窄间隙坡口根部及侧壁的充分熔合。既能降低常规摆动单丝电弧窄间隙焊接时的坡口加工装配及其变形与焊接控制精度要求，也能解决多股焊丝旋转电弧在窄间隙焊接时打底焊根部的有效熔深不足的问题。尤其对于箱型梁、箱型柱，根部焊透要求的角焊缝及其它背面有钢衬垫且要求根部完全焊透的应用工况有着突出的适用性、经济性等价值。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1.一种利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，其特征在于，在焊接时，往复摆动轴往复旋转，进而带动从偏心导电嘴出来的旋转电极在坡口内的往复摆动，同时，通过旋转电极实现焊接电弧自主旋转，进而产生摆动复合旋转电弧；其中，所述旋转电极包括多股焊丝；

所述焊接方法通过焊接设备来实现，所述焊接设备包括机架，所述机架上设有：

送丝机；

焊枪，包括偏心导电嘴、导电杆和往复摆动轴，所述偏心导电嘴通过所述导电杆与往复摆动轴连接，所述往复摆动轴通过导电滑环与所述机架连接，所述往复摆动轴上设有进丝孔；

旋转驱动机构，与所述往复摆动轴连接并驱动所述往复摆动轴往复旋转；

所述焊枪还包括：

一次进气机构，包括一次进气座和分别设于所述偏心导电嘴两侧的两组吹气管，所述吹气管的上端与所述一次进气座连接，所述吹气管可在焊接时深入坡口内，所述吹气管的下端设有一次吹气口，进入所述一次进气座的保护气可由所述一次吹气口吹至所述偏心导电嘴两侧；

二次进气机构，包括二次进气座和保护罩，所述保护罩设于所述偏心导电嘴上方，所述二次进气座的底部设有二次吹气口，进入所述二次进气座的保护气可由所述二次吹气口进入所述保护罩内；

每组所述吹气管均包括内侧吹气管和外侧吹气管，所述内侧吹气管和外侧吹气管可在焊接时深入坡口内；

所述内侧吹气管的末端切口朝向内侧，所述外侧吹气管的末端切口朝向外侧，所述内侧吹气管的末端高度高于所述外侧吹气管的末端高度；

所述导电杆和吹气管从上至下穿设于所述二次进气座和保护罩，所述导电杆、吹气管均与所述二次进气座滑动连接，所述二次进气机构还包括调节组件，所述调节组件可调节所述二次进气座的高度，进而调节所述保护罩到焊缝表面的距离；

所述二次进气机构还包括进气夹块，所述二次进气座通过所述进气夹块与调节组件连接，所述进气夹块内设有二次进气道，所述二次进气道与二次进气座之间形成与所述二次吹气口连通的二次静压空腔。

2.如权利要求1所述的利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，其特征在于，所述调节组件包括第二电极、第二同步轮、丝杆、丝杆螺母和升降滑块，所述第二同步轮装配于所述丝杆的一端，所述丝杆通过丝杆螺母与所述升降滑块连接，所述二次进气座通过升降板与所述升降滑块连接，所述第二电极通过皮带带动所述第二同步轮转动，所述第二同步轮带动所述丝杆转动，所述丝杆通过所述丝杆螺母带动所述升降滑块升降，所述升降滑块通过升降板带动所述二次进气座升降。

3.如权利要求1所述的利用旋转电极复合旋转电弧的窄间隙焊接方法，其特征在于，所述旋转驱动机构包括第一电极和第一同步轮，所述第一同步轮装配于所述往复摆动轴上，所述第一电极通过皮带驱动所述第一同步轮，所述第一同步轮带动所述往复摆动轴。

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