CN113275715A - 一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法。在半圆形耐高温石英玻璃管两端固定橡胶上、下封头，并分别安装气体流量计和气体浓度检测仪及探针，用气管与气瓶连接好，构成气体保护装置。将该装置扣在焊缝背面磁铁吸附后，用铝箔胶带粘贴密封，打开气瓶后充气检测达标后开始焊接，透过石英玻璃管观察背面焊缝成形。本发明的有益效果是，可以在窄间隙坡口单面焊双面成形焊前检测保护区气体浓度，焊接时背面成形实时可视，并依据观察结果控制焊缝成形和保护效果，避免焊接缺陷，从而获得成形美观的高质量焊缝。适宜作为一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法应用。

Description

一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法

技术领域

本发明涉及单面焊双面成形气体保护焊接技术领域，特别是涉及一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法。

背景技术

采用气体保护焊单面焊双面成形方法焊接对接焊缝时，背面焊缝需要惰性气以保护防止高温氧化。现有的保护方式通常采用橡胶/铝箔胶带密封隔热管吹气或者拖罩吹气保护方式；第一种使用橡胶/铝箔胶带密封隔热管充气保护方式焊接时，需在整道焊缝焊接完成后，拆除密封隔热管观察焊缝成形和保护效果；另一种使用拖罩吹气保护方式焊接时，拖罩与熔池同步移动，背面焊缝被拖罩遮挡，只能观察到拖罩移动后位置的焊缝成形和保护效果；这两种方式充气时，仅能充气一定时间后，凭经验认为达到充气浓度开始焊接施工，不能确认背面焊缝施焊前，保护气体己达到需要浓度。

上述两种方式对气体保护焊单面焊双面成形背面焊缝能够起保护作用，但都不能在施焊前判定背面保护气体是否达到所需浓度、不能与正面焊缝熔池同步观察背面焊缝成形和保护效果、更不能及时依据焊缝成形和保护状态调节焊接工艺参数和背面保护气体流量控制焊缝双面成形，故难以准确获得高质量的单面焊双面成形焊缝及最佳背面焊缝保护效果，不能及时发现背面焊缝的未熔透、凹陷、焊瘤及过热氧化等缺陷。

发明内容

为了能够在单面焊双面成形焊前检测保护区域氧气含量，焊接时可视观察背面焊缝成形状态，同步调节气体流量，实时控制背面焊缝保护效果，本发明提供了一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法。该方法通过充气保护装置，一侧敞开的半圆形石英玻璃管的两端封闭、轴向直径平面敞开，橡胶上封头和橡胶下封头上镶嵌有磁铁与船体外板的对接背面焊缝吸附定位，构成充气的密封舱；判定背面保护气体是否达到所需浓度，与正面焊接熔池同步观察背面焊缝成形及保护效果，及时调节焊接工艺参数控制焊缝双面成形，实时调节背面保护气体流量控制背面焊缝保护效果，解决单面焊双面成形焊缝及最佳背面焊缝惰性气保护的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置包括两端封闭的保护腔体、气体流量计、气体浓度检测仪和盛有氩气的气瓶，两端封闭的保护腔体为壁厚2mm、直径大于窄间隙坡口宽度、长度按焊缝长度所需的半片耐高温石英玻璃管，在两端头分别对称加工2个小孔，用于橡胶上封头、橡胶下封头固定；使用耐高温橡胶切割成与玻璃管内径相同的圆形块，对称割开，并在割开面中心位置分别镶嵌一块长方形磁铁，取其中一块在半圆平面对称线的中点位置加工直径比气体流量计出气管外径略小的孔为橡胶上封头，另一块在同样位置加工比气体浓度检测仪的探针外径略小的孔为橡胶下封头，分别将两块橡胶封头弧面安装在半个石英玻璃管两端凹面端头，并与端面平齐，用螺钉拧入预留钻孔固定，形成两端封闭、轴向直径平面敞开的保护腔体；气体流量计的气体出气管插入橡胶上封头孔内，用气管连接好气体流量计与气瓶，再将气体浓度检测仪的探针插入橡胶下封头孔内，即完成一个可视可测可调背面焊缝成形充气保护装置。

一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护方法，步骤如下：

第一步；焊接前，将充气保护装置扣在对接背面焊缝上，摆正位置，在磁铁吸附固定后，用铝箔胶带将其四周粘贴密封；

第二步：将气体流量计用气管连接到氩气的气瓶上，打开气瓶阀门，流量调节到预制流量值，排空石英玻璃管管道、充气保护装置和与背面窄间隙坡口内空气；

第三步：打开气体浓度检测仪，检测背面保护终端位置氧气浓度是否排除到保护需求值以下，达标后方可正面施焊。

第四步：确认背面保护气体浓度达标后，戴好护目镜，开始单面焊双面成形焊缝施焊，透过石英玻璃管同步观察背面焊缝熔合成形情况，并依据观察结果与正面焊工配合调整焊接规范到最佳范围；

第五步：通过观察背面已成形焊缝表面颜色，判断背面保护效果，并依据观察、判断结果，即时调节保护气体流量到最佳保护状态，从而获得优质打底层焊缝。

积极效果：由于本发明通过充气保护装置可以在单面焊双面成形焊接前，测定保护区域氧气浓度，确定保护是否达标及施焊开始时机；焊接时，实现背面焊缝成形可视，便于施工人员肉眼观察保护效果，并依据观察结果快速调节控制背面焊缝熔合成形和保护效果，避免因凭经验开始施焊，焊接过程无法实时观察调节控制导致的焊接缺陷，从而获得成形美观的高质量焊缝。适宜作为一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置及方法应用。

附图说明

图1是充气保护装置结构示意图；

图2是充气保护装置A-A截面放大剖视图；

图3是充气保护装置B-B截面放大剖视图；

图4是充气保护装置C-C截面放大剖视图；

图5是充气保护装置D-D截面放大剖视图。

图中：1.船体外板，2.背面焊缝，3.橡胶上封头，4.橡胶下封头，5.螺钉，6.石英玻璃管，7.气体流量计，8.气瓶，9.进气管，10.磁铁，11.出气管，12.探针，13.气体浓度检测仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本发明中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本发明公开的内容自制。在本发明中，为了突出本发明的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

据图所示，以气体保护焊单面焊双面成形方法，焊接船体外板立对接窄间隙焊缝为例，针对该焊缝制作长1000mm，宽30mm，壁厚2mm的可视保护装置及焊接应用，具体说明装置制作步骤及其使用方法。

第一步：在长1000mm，宽30mm，壁厚2mm的半个耐高温的石英玻璃管6两端对称加工两个小孔，用于橡胶上封头3和橡胶下封头4的固定。

第二步：在橡胶上封头3、橡胶下封头4直径面中心分别镶嵌粘接长方形的磁铁10一块，并在橡胶上封头3的半圆平面对称线的中点位置，加工比气体流量计7的气体出气管11外径略小的孔，在橡胶下封头4同样位置加工比气体浓度检测仪13的探针12外径略小的孔。

第三步：将橡胶上封头3用密封胶和螺钉5固定在半个耐高温的石英玻璃管6一端，同样将橡胶下封头4固定在半个耐高温的石英玻璃管6另一端。

第四步：将气体流量计7气体出气管11插入橡胶上封头3孔内，再将气体浓度检测仪探针12插入橡胶下封头4孔内，即完成可视可测可调的背面焊缝成形的充气保护装置。

第五步：把该充气保护装置开口侧扣在船体外板1的对接背面焊缝2上，确认位置摆正，在磁铁10吸附固定后，用铝箔胶带将其四周粘贴密封。

第六步：将气体流量计7的进气管9与气瓶8连接好，打开氩气的气瓶8阀门调节到预制流量值，充气排空管道、装置和与背面窄间隙圾口内空气。

第七步：打开气体浓度检测仪13，检测背面保护终端位置氧气浓度小于100PPm值以下时方可正面施焊。

第八步：确认背面保护气体浓度达标后，戴好护目镜，开始单面焊双面成形焊缝施焊，透过石英玻璃管6同步观察背面焊缝2熔合成形情况，并依据观察结果与正面焊工配合调整焊接规范到最佳范围。

第九步：通过观察已成形背面焊缝2表面颜色，判断背面保护效果，并依据观察、判断结果，即时调节保护气体流量到最佳保护状态，从而获得优质打底层焊缝。

第十步：正面焊缝焊接前三层时，背面焊缝均需要进行充氩保护，防止背面焊缝高温氧化；焊接正面第四层前可拆除该保护装置，再进行背面焊接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，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)

1.一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置，其特征是：包括两端封闭的保护腔体、气体流量计（7）、气体浓度检测仪（13）和盛有氩气的气瓶（8）；保护腔体主要由石英玻璃管（6）、橡胶上封头（3）、橡胶下封头（4）和磁铁（10）组成，在一侧敞开的半圆形石英玻璃管（6）的上下两端设置有橡胶上封头（3）和橡胶下封头（4），橡胶上封头（3）和橡胶下封头（4）上镶嵌有磁铁（10）与船体外板（1）的对接背面焊缝（2）吸附定位，构成充气的密封舱；在保护腔体的上部通过橡胶上封头（3）安装有气体流量计（7），气体流量计（7）中的出气管（11）贯穿橡胶上封头（3），同时，气体流量计（7）上的进气管（9）与气瓶（8）连接；保护腔体的下部通过橡胶下封头（4）插入有与气体浓度检测仪（13）相连的探针（12），形成充气保护装置。

2.根据权利要求1所述的一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置，其特征是：

所述橡胶上封头（3）与橡胶下封头（4）为半圆形橡胶塞，其圆弧半径与石英玻璃管（6）内径相应，在橡胶上封头（3）与橡胶下封头（4）的直径平面镶嵌有长方形的磁铁（10），橡胶上封头（3）与橡胶下封头（4）的中部设有通孔，分别用于装配出气管（11）与探针（12）。

3.根据权利要求2所述的一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置，其特征是：

所述磁铁（10）镶嵌于橡胶上封头（3）与橡胶下封头（4）的直径平面，磁铁（10）长边一侧裸露在外侧与船体外板（1）的对接背面焊缝（2）直接接触。

4.根据权利要求1所述的一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置，其特征是：

所述石英玻璃管（6）为侧部轴向直径平面敞开的半圆形薄壳，由直径大于窄间隙坡口宽度、长度按焊缝长度所需的耐高温石英玻璃管（6）切割分开形成，其开口侧扣在船体外板（1）的对接背面焊缝（2）上，形成两端封闭、轴向直径平面敞开的保护腔体。

5.根据权利要求1所述的一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护装置，其特征是：

所述石英玻璃管（6）上下两端设置有孔，通过密封胶和螺钉（5）将橡胶上封头（3）或者橡胶下封头（4）锁紧固定，形成两端封闭的半圆形腔体。

6.一种可视可测可调的背面焊缝成形充气保护方法，其特征是：

应用步骤如下：

第一步；焊接前，将充气保护装置扣在对接背面焊缝（2）上，摆正位置，在磁铁（10）吸附固定后，用铝箔胶带将其四周粘贴密封；

第二步：将气体流量计（7）用气管连接到氩气的气瓶（8）上，打开气瓶（8）阀门，流量调节到预制流量值，排空石英玻璃管（6）管道、充气保护装置和与背面窄间隙坡口内空气；

第三步：打开气体浓度检测仪（13），检测背面保护终端位置氧气浓度是否排除到保护需求值以下，达标后方可正面施焊；

第四步：确认背面保护气体浓度达标后，戴好护目镜，开始单面焊双面成形焊缝施焊，透过石英玻璃管（6）同步观察背面焊缝熔合成形情况，并依据观察结果与正面焊工配合调整焊接规范到最佳范围；

第五步：通过观察已成形背面焊缝（2）表面颜色，判断背面保护效果，并依据观察、判断结果，即时调节保护气体流量到最佳保护状态，从而获得优质打底层焊缝。

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