CN116727827A - 一种窄间隙焊接装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窄间隙焊接装置及焊接方法，包括在工件的窄间隙坡口进行焊接的同时对窄间隙坡口超声振动；焊接装置包括支架和设置在所述支架上的焊枪；所述焊枪的上部具有水电接口，所述焊枪的一侧具有保护气入口，所述焊枪的下部连接喷嘴，所述喷嘴上设置有与工件的窄间隙坡口相对的钨极；所述支架上还上下移动设置有超声振动器以及驱动所述超声振动器上下移动的驱动结构，所述超声振动器的振动杆与工件抵接。本发明的窄间隙焊接装置及焊接方法能够实现熔池的超声振动，增加侧壁熔深，解决侧壁未熔合问题，超声振动器能够直接对焊道进行作用，直接将部分焊渣震碎，提升去渣效果。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种窄间隙焊接装置及焊接方法。
背景技术
窄间隙焊接技术具有焊接效率高、填充金属量少等优势，在金属厚壁结构的焊接制造上具有很好的应用前景。但窄间隙焊接容易出现侧壁未熔合、侧壁起弧等问题；并且在大厚度的高强钢、不锈钢等材料的焊接中，由于焊丝的成分及坡口清洗等问题导致窄间隙焊道会出现少许焊渣，这种焊渣与焊缝表面粘合很紧，难以去除，致使浮渣的处理也是棘手问题，目前只能采用手工锉、敲等方式，严重影响的生产效率和接头质量。
为了解决侧壁未熔合问题，现有技术中采用弯曲焊丝、锥形摆动导电嘴、旋转电弧、双丝等方式，这些方法能够使电弧指向坡口侧壁加热，保证侧壁熔合；江苏科技大学采用将超声振动加入到送丝机构的方案，从而实现焊丝的超声振动，进而改善铝合金窄间隙GMA焊接的组织及性能。但是采用上述的方法存在以下的缺点：(1)弯曲焊丝、锥形摆动导电嘴、旋转电弧、双丝等窄间隙焊接方法一般需要额外增加机械结构，导致坡口尺寸增大，同时也影响电极(导电嘴、钨极)的使用寿命；(2)常规窄间隙焊接方法一般采用大电流，对于高强钢、不锈钢、钛合金等对热输入敏感的材料，容易出现晶粒粗大、冲击韧性下降等问题；(3)将超声振动传到焊丝虽然具有一定的搅拌作用，但是其对于窄间隙侧壁熔合的促进作用不明显，一般需要额外增加机械机构使电弧摆动，而且对于窄间隙焊接生产出现的去渣问题也难以起到效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种窄间隙焊接装置；本发明的另外一个目的在于提供一种窄间隙焊接方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种窄间隙焊接装置，包括支架和设置在所述支架上的焊枪；
所述焊枪的上部具有水电接口，所述焊枪的一侧具有保护气入口，所述焊枪的下部连接喷嘴，所述喷嘴上设置有与工件的窄间隙坡口相对的钨极；
所述支架上还上下移动设置有超声振动器以及驱动所述超声振动器上下移动的驱动结构，所述超声振动器的振动杆与工件抵接。
作为优选方案，所述支架的一侧固定设置有气缸，所述气缸的上固定连接有随气缸内部压力变化而上下移动的滑块，所述滑块与所述超声振动器固定连接。
作为优选方案，所述超声振动器设置有两个，且分别设置在位于所述窄间隙坡口两侧的所述支架上。
作为优选方案，沿所述窄间隙坡口的长度方向布置焊枪及超声振动器，焊枪的前后方分别布置超声振动器，各所述超声振动器振动杆均与所述窄间隙坡口底部抵接。
作为优选方案，窄间隙焊接装置还包括控制器，所述控制器电信号连接所述焊枪和所述气缸。
一种窄间隙焊接方法，包括：在工件的窄间隙坡口进行焊接的同时对窄间隙坡口超声振动。
作为优选方案，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口焊接处的前侧和后侧均进行超声振动。
作为优选方案，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口电弧焊接处的后侧同步设置超声振动，以使焊渣脱落。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的窄间隙焊接装置包括支架和设置在支架上的焊枪；焊枪的上部具有水电接口，焊枪的一侧具有保护气入口，焊枪的下部连接喷嘴，喷嘴上设置有与工件的窄间隙坡口相对的钨极；支架上还上下移动设置有超声振动器以及驱动超声振动器上下移动的驱动结构，超声振动器的振动杆与工件抵接。
本发明的窄间隙焊接方法在工件的窄间隙坡口进行焊接的同时对窄间隙坡口超声振动；焊接的时候，启动超声振动器，使超声振动器的超声振动通过工件传入到熔池，一方面超声振动对熔池的凝固过程具有搅拌作用，从而打碎晶粒，形成细晶组织，前后布置的超声振动器超声的振动搅拌效益在熔池处进行叠加，增加了细化晶粒作用；另外超声振动作用增加了高温液态金属的润湿铺展，使得熔池向侧壁流动，增加了侧壁的热输入，增加侧壁熔深，解决侧壁未熔合问题；此外由于坡口清洗、焊丝及母材的杂质成分，会在焊道上产生焊渣，超声振动能够使焊渣与焊缝脱离，特别是焊枪后方的超声振动器能够直接对焊道进行作用，直接将部分焊渣震碎，提升去渣效果。
附图说明
图1为本发明实施例中窄间隙焊接装置的结构示意图；
图中，1、焊枪，2、超声振动器，3、气缸，4、连接件，5、窄间隙坡口，11、水电接口，12、保护气入口，13、钨极，14、喷嘴，21、振动杆，22、换能器，31、滑块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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，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。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
本发明窄间隙焊接方法的实施例，包括：在工件的窄间隙坡口进行焊接的同时对窄间隙坡口超声振动，本申请具体采用超声振动的方式来解决窄间隙焊接的侧壁未熔合问题，同步实现热输入敏感材料的窄间隙焊接过程中的晶粒细化及优化性能的目的。
在本申请一个焊接方法的实施例中，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口焊接处的前侧和后侧均进行超声振动。
在本申请一个焊接方法的实施例中，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口电弧焊接处的后侧同步设置超声振动，以使焊渣脱落；本申请能够实现窄间隙焊接同步去渣的效果，即在电弧后方同步超声振动，促使焊渣脱落。
本发明的窄间隙焊接装置的实施例，如图1所示，包括支架和设置在支架上的焊枪1；焊枪1的上部具有水电接口11，焊枪1的一侧具有保护气入口，焊枪1的下部连接喷嘴14，喷嘴14上设置有与工件的窄间隙坡口5相对的钨极13；支架上还上下移动设置有超声振动器2以及驱动超声振动器2上下移动的驱动结构，超声振动器2的振动杆21与工件抵接。在焊接的时候，启动超声振动器2，使超声振动器2的超声振动通过工件传入到熔池，一方面超声振动对熔池的凝固过程具有搅拌作用，从而打碎晶粒，形成细晶组织，前后布置的超声振动器2超声的振动搅拌效益在熔池处进行叠加，增加了细化晶粒作用；另外超声振动作用增加了高温液态金属的润湿铺展，使得熔池向侧壁流动，增加了侧壁的热输入，增加侧壁熔深，解决侧壁未熔合问题；此外由于坡口清洗、焊丝及母材的杂质成分，会在焊道上产生焊渣，超声振动能够使焊渣与焊缝脱离，特别是焊枪1后方的超声振动器2能够直接对焊道进行作用，直接将部分焊渣震碎，显著提升去渣效果。
在本申请的一个实施例中，支架的一侧固定设置有气缸3，气缸3的上固定连接有随气缸3内部压力变化而上下移动的滑块31，具体的，滑块螺栓固定或者焊接固定在气缸的伸出端上，滑块31与超声振动器2固定连接。
在本申请的一个实施例中，超声振动器2设置有两个，且分别设置在位于窄间隙坡口5两侧的支架上。在该实施例中，具体焊接操作时，首先调整焊枪1高度，将钨极13深入窄间隙坡口5里面，钨极13下端距离坡口上表面距离2-6mm，焊枪1接电源阴极，窄间隙坡口5接电源阳极；然后打开气缸3，调整气缸3压力，使振动杆21与窄间隙坡口5的外表面接触，通过调整气缸3参数来改变振动头与工件表面的接触力；启动焊接，启动超声振动器2工作，超声振动器2产生的超声振动通过工件传入到熔池，一方面超声振动对熔池的凝固过程具有搅拌作用，从而打碎晶粒，形成细晶组织，另外超声振动作用增加了高温液态金属的润湿铺展，使得熔池向侧壁流动，增加了侧壁的热输入，增加侧壁熔深，解决侧壁未熔合问题；此外由于坡口清洗、焊丝及母材的杂质成分，会在焊道上产生焊渣，超声振动能够使焊渣与焊缝脱离，从而降低了脱渣难度。结束焊接时，先熄弧，然后将提升，操作气缸将超声振动器也提升，结束焊接。操作简单，振动杆21不用进入窄间隙坡口5，但是对于焊后去渣的效果不太明显；方式二不但具有保证侧壁熔合、细化晶粒的优势，同时具有脱渣效果，但是其缺点是操作复杂些，振动杆21需要放置在窄坡口内部。
在本申请的另一个实施例中，沿窄间隙坡口5的长度方向布置焊枪1及超声振动器2，焊枪1的前后位置分别布置两超声振动器2，各超声振动器2振动杆21均与窄间隙坡口5底部抵接。首先调整焊枪1的高度，将钨极13深入窄间隙坡口5里面，钨极13下端距离坡口上表面距离2-6mm，焊枪1接电源阴极，窄间隙坡口5接电源阳极；然后打开气缸3，调整气缸3压力，使振动头进入窄间隙坡口5内部，通过调整气缸3参数来改变振动头与窄间隙坡口5表面接触力，超声振动器2布置于焊枪1前后方向，焊枪1后方的超声振动器2与上一道焊缝表面接触；启动焊接，启动超声振动器2工作，超声振动器2产生的超声振动通过工件传入到熔池，一方面超声振动对熔池的凝固过程具有搅拌作用，从而打碎晶粒，形成细晶组织，前后布置的超声振动器2超声的振动搅拌效益在熔池处进行叠加，增加了细化晶粒作用；另外超声振动作用增加了高温液态金属的润湿铺展，使得熔池向侧壁流动，增加了侧壁的热输入，增加侧壁熔深，解决侧壁未熔合问题；此外由于坡口清洗、焊丝及母材的杂质成分，会在焊道上产生焊渣，超声振动能够使焊渣与焊缝脱离，特别是焊枪1后方的超声振动器2能够直接对焊道进行作用，直接将部分焊渣震碎，显著提升去渣效果。完成焊接时先将焊枪1前方的超声振动器2抬高，然后熄弧，然后将后方超声振动器2提升，结束焊接。
示例性的，本申请的窄间隙焊接装置的具体实施流程：焊接材料为304不锈钢，板厚10mm，坡口宽度为8mm，开U型坡口，底部钝边厚度1mm，以该案例进行描述：(1)焊丝直径采用1.2mm，送丝装置通过三维夹具夹持；(2)调节出丝口与焊枪1之间角度呈75度；(3)调节行走平台，让钨极13尖端距离底部2mm，并对准坡口中心位置；(4)调整气缸3装置，使振动头压紧在板材上，采用左右对称布置的方式，超声振动器2分别布置于窄间隙坡口5两侧；(5)四点约束法，用夹具在钢板四个角夹紧；(6)设置实验参数，焊机电流380A，钨极13直径6mm，焊接速度200mm/min，送丝速度3.1m/min,气体流量为15L/min，超声振幅为20～50μm；(7)随着焊接的进行，在填充完一道时，要重新调整钨极13距底部距离；(8)10mm坡口需4道填满。
本申请窄间隙焊接装置还包括控制器，控制器电信号连接焊枪和气缸，控制器用于控制焊枪和气缸的动作，在让钨极13尖端对准坡口中心位置之后，利用控制器控制气缸动作。
本申请利用超声振动作用，增加了熔池金属向侧壁的润湿铺展，有效的解决侧壁未熔合问题，保证窄间隙焊接过程的稳定性；超声振动加到窄间隙焊接过程，能够细化晶粒，优化组织及性能，实现高强钢、钛合金、不锈钢等热输入敏感材料的窄间隙焊接；利用超声振动，超声杆对称布置或者插入窄间隙焊缝，超声振动可以将焊渣与焊缝分离，减少去渣难度，或者配备自动吸取焊渣。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种窄间隙焊接装置，其特征在于，包括支架和设置在所述支架上的焊枪；
所述焊枪的上部具有水电接口，所述焊枪的一侧具有保护气入口，所述焊枪的下部连接喷嘴，所述喷嘴上设置有与工件的窄间隙坡口相对的钨极；
所述支架上还上下移动设置有超声振动器以及驱动所述超声振动器上下移动的驱动结构，所述超声振动器的振动杆与工件抵接。
2.如权利要求1所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述支架的一侧固定设置有气缸，所述气缸上固定连接有随气缸内部压力变化而上下移动的滑块，所述滑块与所述超声振动器固定连接。
3.如权利要求2所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述超声振动器设置有两个，且分别设置在位于所述窄间隙坡口两侧的所述支架上。
4.如权利要求2所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，沿所述窄间隙坡口的长度方向布置焊枪及超声振动器，焊枪的前后位置分别布置两超声振动器，各所述超声振动器振动杆均与所述窄间隙坡口底部抵接。
5.如权利要求2所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，窄间隙焊接装置还包括控制器，所述控制器电信号连接所述焊枪和所述气缸。
6.一种应用权利要求1-5任一项所述的窄间隙焊接装置的窄间隙焊接方法，其特征在于，包括：在工件的窄间隙坡口进行焊接的同时对窄间隙坡口超声振动。
7.如权利要求6所述的窄间隙焊接方法，其特征在于，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口焊接处的前侧和后侧均进行超声振动。
8.如权利要求6所述的窄间隙焊接方法，其特征在于，在工件的窄间隙坡口进行焊接具体包括：在窄间隙坡口电弧焊接处的后侧同步设置超声振动，以使焊渣脱落。
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