CN113458537A - 一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法 - Google Patents

一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法。包括步骤如下：步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置与焊丝干伸长；步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；电流控制器是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置；步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。本发明减小了焊缝的晶粒尺寸，细化晶粒，有效地增强了焊接后工件的工件的强度、塑性和韧性；并且与现有的水下埋弧焊接方法相比，通过脉冲电流控制焊接过程，在提高焊接过程的稳定性的同时极大地减少了热输入，有效地降低了焊缝含碳量，增强了焊接性，避免了因焊缝含碳量过高而产生热裂纹，极大地提高了焊接质量。

Description

一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法
技术领域
本发明涉及一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，属于焊接工艺技术领域。
背景技术
近年来，随着经济的发展，海洋工程修建与海洋资源开发越来越多受重视。水下焊接技术是海洋工程中不可或缺的技术。水下焊接分为湿法、干法和局部干法，其中水下湿法焊接由于其操作简单、效率高、成本低的特点，应用最为广泛。但是由于水环境的影响，使焊接过程极不稳定，并且冷却速度过快，焊缝含氢量高。水下埋弧焊接方法是在焊接过程中，在待焊区域放置特殊焊剂，焊丝伸入焊剂，使电弧在焊剂中燃烧，从而隔绝水的影响，改善了焊接效果。然而由于焊剂的燃烧以及良好的保温效果，使得热输入大幅度提高，影响焊缝的力学性能。
中国专利文献CN105598557A公开了一种基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法，属于焊接工艺技术领域，工艺包括步骤如下：步骤(1)、焊接准备：装夹好待焊工件，将焊丝伸出焊枪；步骤(2)、连接焊机与上位机，测试焊机与上位机的通讯信号；步骤(3)、设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。该专利提供的水下湿法焊接方法通过脉冲电流可以在一定程度上提高焊接过程稳定性，但由于水下焊接所导致的焊缝的晶粒尺寸过大，进而使得焊接后工件的强度、塑性和韧性降低，焊缝质量较差依然存在。
中国专利文献CN110052690A一种新型水下埋弧焊接装置以及焊接方法，属于水下埋弧焊接技术领域，装置包括焊料箱和套筒，焊料箱内设有焊料，焊料为黏性液态耐水焊料，焊料箱底部设有焊料输送管，焊料输送管一端与套筒连接，焊料输送管另一端设有步进电机，焊料输送管内部设有绞龙，绞龙与步进电机相连；套筒顶端与焊枪枪管相连，焊枪下部环形嵌套在套筒内部。该专利在焊接时热输入大，导致焊料中的环氧树脂大量分解，环氧树脂由碳氢氧元素构成，其大量分解导致焊缝中的含碳量增高，这会对焊缝性能带来不利影响。并且热输入过大也会导致晶粒粗大。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是热输入过大的问题，本发明提供一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，既可以降低热输入，又可以进一步提高焊接过程稳定性。
本发明的技术方案如下：
一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置与焊丝干伸长；
步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；电流控制器是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置；
步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述焊剂为HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的混合物，HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的质量比5:4。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述焊丝直径为1.6～2.0mm。焊丝参数的选用根据待焊工件的厚度和焊机功率即可确定选用。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述焊丝干伸长为10～20mm，进一步优选为15mm。
根据本发明优选的，步骤(2)中，所述电流控制器包括计算机、数据采集卡、霍尔电流电压传感器、端子板和辅助DC开关电源。由于本发明焊接过程中需要对焊机的电流波形进行控制，因此焊机有与电流控制器中计算机通讯的接口，将焊机与电流控制器中计算机连接，然后电流控制器可以通过计算机上的Labview程序和数据采集卡，向焊机输出预设的电流电压信号，实现预期的脉冲焊接效果。数据采集卡有采集电流电压信号的功能，同时也有输出信号的功能。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述脉冲电流的一个脉冲阶段包括基值电流波形段、缓升波形段和峰值波形段；所述基值电流波形段和峰值波形段内的电流数值均为恒定值，所述缓升波形段内的电流数值为线性增长的数值。
进一步优选的，步骤(3)中，所述基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段的持续时间比值为4:1:1。
进一步优选的，步骤(3)中，所述基值电流波形段内的电流数值和缓升波形段内的电流数值均小于峰值波形段内的电流数值。
进一步优选的，步骤(3)中，所述基值电流数值为170～190A，峰值电流数值为230～250A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，脉冲频率为7～9Hz。
进一步优选的，步骤(3)中，所述基值电流数值为180A，峰值电流数值为240A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，脉冲频率为8Hz。
根据本发明优选的，步骤(3)中，所述焊接速度为110～130mm/min，送丝速度为4～6m/min。
进一步优选的，步骤(3)中，所述焊接速度为120mm/min，送丝速度为5m/min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法减小了焊缝的晶粒尺寸，细化晶粒，有效地增强了焊接接头的抗拉强度、塑性和韧性；并且与现有的水下埋弧焊接方法相比，通过脉冲电流控制焊接过程，使脉冲电流的基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段的持续时间比值为4:1:1，脉冲频率为7～9Hz，能够有效地减少热输入，进而减少因环氧树脂燃烧分解而产生的碳，有效地降低了焊缝含碳量，增强了焊接性，避免了因焊缝含碳量过高而产生热裂纹，极大地提高了焊接质量，而且环氧树脂燃烧产生的气体的减少可以使水下埋弧焊的电弧赖以燃烧的空腔更加稳定，提高了焊接过程的稳定性。
2、本发明提供的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，操作简单，无需过多的设备投入，也无需在焊枪上附加设备，在维持低成本的同时，还能稳定焊接过程，提高焊接产品的质量。
附图说明
图1为本发明焊接过程示意图。
图2为本发明脉冲电流波形图。
图3为实施例1的焊缝组织金相图。
图4为对比例1的焊缝组织金相图。
图5为对比例2的焊缝组织金相图。
图6为实施例1与对比例2的焊缝含碳量对比。
具体实施方式
下面通过具体实施方式并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
以下实施例和对比例中的工件均为Q235号钢材。
实施例1
如图1所示，一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置，使的焊丝干伸长为15mm，将焊丝伸出导电嘴。本实施例所述焊剂为HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的混合物，质量比5:4。焊丝为乌克兰巴顿焊接研究所研制，型号为PPS-AN1，焊丝直径1.6mm。
步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；电流控制器是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置；所述电流控制器由计算机、数据采集卡、霍尔电流电压传感器、端子板和辅助DC开关电源组成；由于本发明焊接过程中需要对焊机的电流波形进行控制，因此焊机有与电流控制器中计算机通讯的接口，将焊机与电流控制器中计算机连接，然后电流控制器可以通过计算机上的Labview程序和数据采集卡，向焊机输出预设的电流电压信号，实现预期的脉冲焊接效果。数据采集卡有采集电流电压信号的功能，同时也有输出信号的功能。
步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。焊接速度为120mm/min，送丝速度为5m/min。所述脉冲电流的一个脉冲阶段包括基值电流波形段、缓升波形段、峰值波形段。如图2所示，基值电流为180A，峰值电流为240A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段所占时间的比值为4:1:1。脉冲频率为8Hz。
本实施例焊接工件的焊缝组织金相图如图3所示。
实施例2
一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置，使的焊丝干伸长为18mm，将焊丝伸出导电嘴。本实施例所述焊剂为HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的混合物，质量比5:4。焊丝为乌克兰巴顿焊接研究所研制，型号为PPS-AN1，焊丝直径2.0mm。
步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；电流控制器是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置；所述电流控制器由计算机、数据采集卡、霍尔电流电压传感器、端子板和辅助DC开关电源组成；由于本发明焊接过程中需要对焊机的电流波形进行控制，因此焊机有与电流控制器中计算机通讯的接口，将焊机与电流控制器中计算机连接，然后电流控制器可以通过计算机上的Labview程序和数据采集卡，向焊机输出预设的电流电压信号，实现预期的脉冲焊接效果。数据采集卡有采集电流电压信号的功能，同时也有输出信号的功能。
步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。焊接速度为115mm/min，送丝速度为4.5m/min。所述脉冲电流的一个脉冲阶段包括基值电流波形段、缓升波形段、峰值波形段。如图2所示，基值电流为185A，峰值电流为245A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段所占时间的比值为4:1:1。脉冲频率为9Hz。
对比例1
一种基于脉冲电流的水下湿法焊接方法，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，调整焊枪位置，使的焊丝干伸长为15mm，将焊丝伸出导电嘴。焊丝与工件全程暴露在水中进行焊接。焊丝为乌克兰巴顿焊接研究所研制，型号为PPS-AN1，焊丝直径1.6mm。
步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；电流控制器是指焊接过程中对焊机输出进行控制的装置；所述电流控制器由计算机、数据采集卡、霍尔电流电压传感器、端子板和辅助DC开关电源组成；由于本发明焊接过程中需要对焊机的电流波形进行控制，因此焊机有与电流控制器中计算机通讯的接口，将焊机与电流控制器中计算机连接，然后电流控制器可以通过计算机上的Labview程序和数据采集卡，向焊机输出预设的电流电压信号，实现预期的脉冲焊接效果。数据采集卡有采集电流电压信号的功能，同时也有输出信号的功能。
步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。焊接速度为120mm/min，送丝速度为5m/min。如图2所示，所述脉冲电流的一个脉冲阶段包括基值电流波形段、缓升波形段、峰值波形段。基值电流为180A，峰值电流为240A。基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段所占时间的比值为4:1:1。脉冲频率为9Hz。
本对比例焊接工件的焊缝组织金相图如图4所示。
对比例2
一种水下埋弧焊接方法，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置，使的焊丝干伸长为15mm，将焊丝伸出导电嘴。本实施例所述焊剂为HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的混合物，质量比5:4。焊丝为乌克兰巴顿焊接研究所研制，型号为PPS-AN1，焊丝直径1.6mm。
步骤(2)：设定焊接参数，设定恒压模式，焊接电流自适应调节，开始焊接。焊接速度为120mm/min，送丝速度为5m/min。
本对比例焊接工件的焊缝组织金相图如图5所示。
由图3、图4和图5可知，本发明提供的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法相较于基于脉冲电流的水下湿法焊接方法(对比例1)、恒定电流的水下埋弧焊接方法(对比例2)，本发明减小了焊缝的晶粒尺寸，细化晶粒，有效地增强了焊接接头的强度、塑性和韧性。
由图6可知，采用本发明提供的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法焊接后的焊缝含碳量为0.125，采用水下埋弧焊接方法焊接后的焊缝含碳量为0.145，说明本发明提供的方法可以有效地减少焊缝含碳量，增强了焊接性，避免了因焊缝含碳量过高而产生热裂纹。

Claims (10)

1.一种基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤(1)：装夹工件，放置焊剂，调整焊枪位置与焊丝干伸长；
步骤(2)：连接焊机与电流控制器，测试焊机与电流控制器的通讯信号；
步骤(3)：设定焊接参数，设定焊接电流为脉冲电流，开始焊接。
2.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焊剂为HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的混合物，HJ431埋弧焊剂与环氧树脂的质量比5:4。
3.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焊丝直径为1.6～2.0mm。
4.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(1)中，所述焊丝干伸长为10～20mm，进一步优选为15mm。
5.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(2)中，所述电流控制器包括计算机、数据采集卡、霍尔电流电压传感器、端子板和辅助DC开关电源。
6.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述脉冲电流的一个脉冲阶段包括基值电流波形段、缓升波形段和峰值波形段；所述基值电流波形段和峰值波形段内的电流数值均为恒定值，所述缓升波形段内的电流数值为线性增长的数值。
7.如权利要求6所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述基值电流波形段、缓升波形段与峰值波形段的持续时间比值为4:1:1。
8.如权利要求6所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述基值电流波形段内的电流数值和缓升波形段内的电流数值均小于峰值波形段内的电流数值。
9.如权利要求6所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述基值电流数值为170～190A，峰值电流数值为230～250A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，脉冲频率为7～9Hz；进一步优选的，所述基值电流数值为180A，峰值电流数值为240A，在基值电流到峰值电流之间通过缓升电流过渡，脉冲频率为8Hz。
10.如权利要求1所述的基于脉冲电流的水下埋弧焊接方法，其特征在于，步骤(3)中，所述焊接速度为110～130mm/min，送丝速度为4～6m/min；进一步优选的，所述焊接速度为120mm/min，送丝速度为5m/min。
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