CN114378489B - 一种在焊接时快速冷却的装置及其冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在焊接时快速冷却的装置，该装置包括液氮供气系统、惰性气体供气系统、冷却装置系统，共有三大系统；液氮供气系统提供冷却焊缝所需的冷却气体；液氮供气系统不仅可以冷却惰性气体，还可以快速冷却焊缝组织，从而使焊缝性能得到提升，有着一举两得的作用；惰性气体供气系统提供焊接过程中所需要的惰性气体；冷却装置其作用为冷却惰性气体；本发明还公开了一种在焊接时的快速冷却方法，可以控制熔池凝固的冷却速度，从而达到控制熔池组织中的晶粒大小的目的，进而形成细小晶粒，甚至非晶组织；从而控制凝固组织的形成，最终使焊缝和熔覆层的质量与性能得到提升。
Description
技术领域
本发明新型专利属于焊接技术与工程领域，具体涉及一种在焊接时快速冷却的装置。
本发明还涉及一种在焊接时的快速冷却方法。
背景技术
焊接技术是现代工业高质量、高效率生产中不可或缺的先进制造技术，其广泛应用于石油化工、锅炉管道、电力、电子、建筑、汽车、船舶和航空航天等工业部门中。一些发达国家焊接加工的钢材量已经超过钢材产量的一半。伴随着时代和科学技术的发展，各种新型材料不断涌现。目前，各行各业对材料的可焊性能提出了更高的要求，并且对材料的其他性能也提出了更多的要求，比如材料的强度、硬度、韧性等性能。
在焊接时，在高温热源的作用下，母材将发生局部熔化，并与熔化了的焊丝金属搅拌混合而形成了焊接熔池。于此同时，在进行短暂而复杂的冶金反应后。熔池金属会逐渐凝固。熔池凝固过程对焊缝金属的组织、性能具有重要的影响。焊接过程中，由于熔池中的冶金条件和冷却条件的不同，可得到性能差异甚大的组织，同时会有很多缺陷会在凝固过程中产生的。本发明专利旨在控制熔池凝固的冷却速度，从而达到控制熔池组织中的晶粒大小的目的，进而形成细小晶粒，甚至非晶组织。从而控制凝固组织的形成，最终使焊接成形的性能得到提升。
为了控制焊接时的缺陷和最终形成良好的焊缝组织，本发明新型专利提供了一种焊接时快速冷却的装置，用来提高焊缝和熔覆层的质量与性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种在焊接时快速冷却的装置，可以起到控制焊接过程中的缺陷和最终形成良好的焊缝和熔覆层组织的作用。
本发明的另一个目的是提供一种在焊接时的快速冷却方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，一种在焊接时快速冷却的装置，包括液氮供气系统、惰性气体供气系统和冷却装置系统；
液氮供气系统用于冷却焊接所需的惰性气体和焊缝，对其进行快速冷却，从而可以细化焊缝晶粒，提高焊接质量和焊缝性能；
冷却装置系统用于输送经液氮供气系统冷却的气体；
惰性气体供气系统用于提供焊接过程中所需要的惰性气体。
本发明的第一个技术方案的特点还在于：
其中液氮供气系统包括自增压液氮罐，自增压液氮罐通过手动控制阀分两个支路，第一支路连接有基板冷却箱，第二支路连接冷却装置系统；
惰性气体供气系统包括氩气瓶，氩气瓶连接冷却装置系统，冷却装置系统连接焊接热源，自增压液氮罐通过电磁阀连接焊接热源；
其中手动控制阀与基板冷却箱之间并联设有低温电磁阀和阀门；
其中基板冷却箱内设有液氮分配器，液氮分配器与自增压液氮罐连接，基板冷却箱内还设置有与低温电磁阀配合的测温元件，低温电磁阀与测温元件之间设有冷却控温器，基板冷却箱外侧设有与基板冷却箱相通的放空阀；
其中冷却装置系统包括冷却装置，冷却装置包括冷却腔体，冷却腔体一侧设有液氮进气口，液氮进气口连接自增压液氮罐，冷却腔体内布置有铜制冷却管，铜制冷却管位于冷却腔体外侧设有进气口和出气口，进气口连接氩气瓶，出气口连接焊接热源；
其中冷却腔体还设有安全阀。
本发明所采用的的第二个技术方案是，一种在焊接时的快速冷却方法，采用一种在焊接时快速冷却的装置，具体步骤为：将焊接时的快速冷却装置装配好，先打开手动控制阀，让冷却气体通过管路进入基板冷却箱，通过液氮分配器注入冷却装置，调试电磁阀，使氮气可以正常输出；调试完成后，打开氩气瓶，通入氩气到铜制冷却管中，最后使用,焊接热源进行过焊接操作，在焊接过程中，通过电磁阀可以让液氮冷却焊件，而冷却装置可以冷却氩气。
本发明的有益效果是：
本发明的一种在焊接时快速冷却的装置将使用液化气体，这样既可以减少运输成本和储存成本；所需安全阀门及配件，均采用市面常见的配件，从而节约成本；液氮供气系统，不仅可以冷却惰性气体，还可以快速冷却焊缝组织，从而使焊缝性能得到提升；液氮供气系统、惰性气体供气系统、冷却装置系统三大系统，共同作用可以控制熔池凝固的冷却速度，从而达到控制熔池组织中的晶粒大小的目的，进而形成细小晶粒，甚至非晶组织；从而控制凝固组织的形成，最终使焊缝和熔覆层的质量与性能得到提升
附图说明
图1为本发明的一种在焊接时快速冷却的装置的结构示意图；
图2为本发明的焊接时的快速冷却装置中冷却装置系统的结构示意图。
图中，1.自增压液氮罐，2.氩气瓶，3.手动控制阀，4.冷却装置，5.铜制冷却管，6.安全阀，7.温度传感器，8.温度传感器A，9.焊接热源，10.电磁阀，11.液氮分配器，12.基板冷却箱，13.放空阀，14.测温元件，15.冷却控温器，16.低温控制阀，17.安全阀，18.液氮进气口，19.铜制冷却管，20.进气口，21.出气口，22.冷却腔体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种在焊接时快速冷却的装置，如图1所示，自增压液氮罐1通过控制手动控制阀3可以使液氮气体进入基板冷却箱12和冷却装置4，液氮通过管道可以冷却铜制冷却管19中的惰性气体，而电磁阀10可以使液氮直接作用于焊缝融合区，从而达到快速冷却焊缝组织的作用，使焊缝组织性能得到提升。低温电磁阀16、液氮分配器11、基板冷却箱12、放空阀13、测温元件14、冷却控温器15均液氮供气系统，其系统是为了更好提供冷却气体。焊接热源9上还设有温度传感器7，焊接板上设有温度传感器A8，温度传感器可以实时监控温度变化；氩气通过管道输送到铜制冷却管19，在冷却装置4中通过使用氮气冷却惰性气体，最终与焊接热源9相连；
如图2所示，是冷却装置图，安全阀17用来控制冷却腔体22中的压力，起到保护作用；液氮进气口18使冷却气体充满冷却腔体22；进气口20可以使氩气进入，出气口21可以让冷却后的氩气输出到焊枪；铜制冷却管5主要用于输送氩气；冷却装置4为钢板焊接而成，其中间存在放置基板的凹槽。
本发明还提供了一种在焊接时的快速冷却方法：
首先将装置装配好，先打开手动控制阀3，让冷却气体通过管路进入基板冷却箱12，通过液氮分配器11注入冷却装置4，调试电磁阀10，使氮气可以正常输出；在调试完成后，打开氩气瓶2，通入惰性气体到铜制冷却管19中；最后使用焊接热源9进行过焊接操作，在焊接过程中，通过电磁阀10可以让液氮冷却焊件，而冷却装置4可以冷却惰性气体；
本发明的一种在焊接时快速冷却的装置，最终可以控制熔池凝固的冷却速度，从而达到控制熔池组织中的晶粒大小的目的，进而形成细小晶粒，甚至非晶组织。从而控制凝固组织的形成，最终使焊缝和熔覆层的质量与性能得到提升。
Claims (1)
1.一种在焊接时快速冷却的装置，其特征在于，包括液氮供气系统、惰性气体供气系统和冷却装置系统；
所述液氮供气系统用于冷却焊接所需的惰性气体和焊缝；
所述冷却装置系统用于输送经液氮供气系统冷却的气体；
所述惰性气体供气系统用于提供焊接过程中所需要的惰性气体；
液氮供气系统包括自增压液氮罐（1），自增压液氮罐（1）通过手动控制阀（3）分两个支路，第一支路连接有基板冷却箱（12），所述手动控制阀（3）与基板冷却箱（12）之间并联设有低温电磁阀（16）和阀门，第二支路连接冷却装置系统；
所述基板冷却箱（12）内设有液氮分配器（11），液氮分配器（11）与自增压液氮罐（1）连接，基板冷却箱（12）内还设置有与低温电磁阀（16）配合的测温元件（14），低温电磁阀（16）与测温元件（14）之间设有冷却控温器（15），基板冷却箱（12）外侧设有与基板冷却箱（12）相通的放空阀（13）；
所述惰性气体供气系统包括氩气瓶（2），氩气瓶（2）连接冷却装置系统，冷却装置系统连接焊接热源（9），自增压液氮罐（1）通过电磁阀（10）连接焊接热源（9）；
所述冷却装置系统包括冷却装置（4），冷却装置（4）包括冷却腔体（22），冷却腔体（22）一侧设有液氮进气口（18），所述冷却腔体（22）还设有安全阀（17）；液氮进气口（18）连接自增压液氮罐（1），冷却腔体（22）内布置有铜制冷却管（19），铜制冷却管（19）位于冷却腔体（22）外侧设有进气口（20）和出气口（21），进气口（20）连接氩气瓶（2），出气口（21）连接焊接热源（9）。
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| 杜剑锋等.液氮急冷下高强铝合金焊接接头微观组织研究.焊接技术.2017,第第46卷卷(第第6期期),第15-17页. * |
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