CN117655462B - 一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，将第一管件和第二管件待焊接的端面分别车削出第一环形凸起和第二环形凸起；将第一管件和第二管件安装在两个夹具上；在第一管件和第二管件上分别安装环形电磁块；第一管件和第二管件分别通过通电线连接在焊接电源的正极和负极；两个夹具缓慢远离；第一管件和第二管件的端部被电弧加热熔融后，两个夹具相互靠近，使第一管件和第二管件的端部进行挤压，熄灭电弧，完成焊接。本发明提供的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，属于焊接技术领域，能够延长电弧在待焊管件的端部内侧加热时间，提高内侧加热效果，避免出现待焊管件的焊缝内侧未熔透现象，提高焊缝的均匀性。

Description

一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

管类构件结构重量轻、刚性好、经济性能优越，在水利工程、石油工业和汽车工业等行业有广泛的应用。随着制造工业的快速发展，管件的焊接效率和质量成为普遍关注的重要问题。目前管件焊接的实际应用中，主要以熔化极/非熔化极气体保护焊、旋转摩擦焊、闪光对焊等为主。然而现有的焊接都存在较多的局限性，如：气体保护焊焊前需要对工件开坡口，采用多层多道焊，需要大量的填充金属，焊接易出现气孔缺陷；氩弧焊焊接质量好，但效率较低；旋转摩擦焊的焊件一端需要高速旋转，容易受管件结构和尺寸的影响；而闪光对焊焊接时很难保证对工件精度的要求。

随着技术研究的深入，磁控旋转电弧焊(磁弧焊)作为一种新型的焊接工艺，在管件材料焊接上具有很大的优势。它的焊接速度快、焊缝质量高，无需添加额外的焊接耗材，工艺上节能环保，非常符合现代绿色制造的趋势。但对于6mm以上的厚壁管件在磁弧焊刚开始起弧时候，管件内侧电流密度比较低，电弧旋转速度较慢，而且电弧逐渐从内侧移动至外侧，导致内壁加热均匀性不好，随着焊接时间增加，因为外侧的磁场密度相对内侧较强，使得外侧加热时间相对内侧较长，受热面积存在部分局限，最终导致内外侧焊缝均匀性不一致，焊接质量差。

因此，亟需一种能够解决磁弧焊厚壁管件焊接受热不均匀，容易出现焊缝未熔透问题的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，能够延长电弧在待焊管件的端部内侧加热时间，提高内侧加热效果，避免出现待焊管件的焊缝内侧未熔透现象，提高焊缝的均匀性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，

S1,将第一管件和第二管件待焊接的端面分别车削出第一环形凸起和第二环形凸起；

S2，将所述第一管件和所述第二管件同轴安装在可以相互靠近或远离的两个夹具上，并使所述第一环形凸起和所述第二环形凸起抵接；

S3，在所述第一管件和所述第二管件上分别安装上内部具有电磁感应线圈的环形电磁块，对电磁感应线圈通电使其产生磁场；

S4，所述第一管件和所述第二管件分别通过通电线连接在焊接电源的正极和负极；

S5，两个所述夹具缓慢远离，当所述第一环形凸起和所述第二环形凸起之间形成电弧时停止移动；

S6，所述第一管件和所述第二管件的端部被电弧加热熔融后，两个所述夹具相互靠近，使所述第一管件和所述第二管件的端部进行挤压，熄灭电弧，完成焊接。

本发明的有益效果是：使用磁弧焊进行焊接，将第一环形凸起和第二环形凸起抵接，并在第一管件和第二管件上安装内部具有电磁感应线圈的环形电磁块，对电磁感应线圈通电，环形电磁块产生磁场，第一管件和第二管件通过通电线连接在焊接电源的正极和负极上形成回路，当两个夹具缓慢远离时，第一环形凸起和第二环形凸起之间，电流会击穿空气，形成电弧，因为第一环形凸起和第二环形凸起之间的距离最近，所以，电弧必然会在第一环形凸起和第二环形凸起之间形成，电弧在磁场的作用下在第一环形凸起和第二环形凸起之间作圆周运动，对第一环形凸起和第二环形凸起进行加热，直到第一环形凸起和第二环形凸起被熔融，电弧沿径向向外迁移到第一管件和第二管件的端面的外侧并进行加热，从而将整个管件的端面进行加热熔融，两个夹具相互靠近，使第一管件和第二管件的熔融处挤压，熄灭电弧，完成焊，第一环形凸起和第二环形凸起增加了电弧在第一管件和第二管件内侧的停留时间，能够对焊缝内侧进行充分加热使其熔融，并且能够是电弧移动更加平稳，提高焊缝的均匀性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，两个所述环形电磁块之间的间隙D为20mm～50mm。

进一步，所述第一管件和所述第二管件之间的距离d为1.0mm～3mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：d的取值范围在1.0mm～3mm内时，会决定电弧的弧长，将弧长控制在一定范围内会提高熔透和焊接成形，经过试验所得，在d取值范围在1.0mm～3mm内时，工艺成形最好；D的取值范围在20mm～50mm内时，磁感应强度合适，能够提高电弧的稳定性，电弧不会发生波动，提高焊接质量；

在给定d与D的范围内，既保证产生电弧，又能让电弧稳定且移动过程更平缓，能够增大熔透范围，保证焊接成型稳定；

设置第一环形凸起和第二环形凸起，能够改善焊接管件内侧未熔透问题，高度H与壁厚L的设置能够保证加热时间，但由于第一环形凸起和第二环形凸起的存在，使熔融金属的量增多，进而影响电弧的稳定和最终的焊接成形状态，即加热的均匀性会由于第一环形凸起和第二环形凸起的出现受到影响，由此进一步设置d与D的范围，保证电弧的稳定性，进而保证加热的均匀性。

进一步，所述第一环形凸起沿其轴向的高度H为0.2mm～0.5mm，壁厚L为0.5mm～1.0mm。

采用上述进一步方案的有益效果是：H取值范围在0.2mm～0.5mm内，L取值范围在0.5mm～1.0mm内，能够保证电弧在第一环形凸起和第二环形凸起上停留的时间，进而延长在第一管件和第二管件的端面内侧停留的时间，避免出现焊接管件的焊缝内侧未熔透现象，提高焊缝内侧焊接效果。

进一步，所述第一管件和所述第二管件远离的最大速度为50mm/s。

进一步，所述第一环形凸起的内径与所述第一管件的内径等同，所述第一环形凸起的外径小于所述第一管件的外径；所述第二环形凸起的内径与所述第二管件的内径等同，所述第二环形凸起的外径小于所述第二管件的外径；其中，所述第一管件和所述第二管件对应所述第一环形凸起和所述第二环形凸起的一端可焊接连接。

进一步，所述第一管件的结构与所述第二管件的结构相同；所述第一环形凸起的结构与所述第二环形凸起的结构相同。

附图说明

图1为本发明一种焊接方法中焊接时的示意图；

图2为本发明一种焊接方法中焊接件和环形电磁块的结构示意图；

图3为本发明一种焊接方法中阳极侧的电弧运动轨迹的结构示意图；

图4为未设置环形凸起时阳极侧的电弧运动轨迹的结构示意。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-第一管件、2-第一环形凸起、3-第二管件、4-第二环形凸起、5-焊接电源、6-环形电磁块、7-电弧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的目的是提供一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，以解决现有技术存在的问题，能够延长电弧在待焊管件的端部内侧加热时间，提高内侧加热效果，避免出现待焊管件的焊缝内侧未熔透现象，提高焊缝的均匀性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，如图1至4所示，

S1,将第一管件1和第二管件3待焊接的端面分别车削出第一环形凸起2和第二环形凸起4；

S2，将所述第一管件1和所述第二管件3同轴安装在可以相互靠近或远离的两个夹具上，并使所述第一环形凸起2和所述第二环形凸起4抵接；

S3，在所述第一管件1和所述第二管件3上分别安装上内部具有电磁感应线圈的环形电磁块6，对电磁感应线圈通电使其产生磁场；

S4，所述第一管件1和所述第二管件3分别通过通电线连接在焊接电源5的正极和负极；

S5，两个所述夹具缓慢远离，当所述第一环形凸起2和所述第二环形凸起4之间形成电弧7时停止移动；

S6，所述第一管件1和所述第二管件3的端部被电弧7加热熔融后，两个所述夹具相互靠近，使所述第一管件1和所述第二管件3的端部进行挤压，熄灭电弧7，完成焊接。

本发明的有益效果是：使用磁弧焊进行焊接，将第一环形凸起2和第二环形凸起4抵接，并在第一管件1和第二管件3上安装内部具有电磁感应线圈的环形电磁块6，对电磁感应线圈通电，环形电磁块6产生磁场，第一管件1和第二管件3通过通电线连接在焊接电源5的正极和负极上形成回路，当两个夹具缓慢远离时，第一环形凸起2和第二环形凸起4之间，电流会击穿空气，形成电弧7，因为第一环形凸起2和第二环形凸起4之间的距离最近，所以，电弧7必然会在第一环形凸起2和第二环形凸起4之间形成，电弧7在磁场的作用下在第一环形凸起2和第二环形凸起4之间作圆周运动，对第一环形凸起2和第二环形凸起4进行加热，直到第一环形凸起2和第二环形凸起4被熔融，电弧7沿径向向外迁移到第一管件1和第二管件3的端面的外侧并进行加热，从而将整个管件的端面进行加热熔融，两个夹具相互靠近，使第一管件1和第二管件3的熔融处挤压，熄灭电弧7，完成焊，第一环形凸起2和第二环形凸起4增加了电弧7在第一管件1和第二管件3内侧的停留时间，能够对焊缝内侧进行充分加热使其熔融，并且能够是电弧7移动更加平稳，提高焊缝的均匀性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

本发明一具体实施例中，包括两个环形电磁块6，两个环形电磁块6内均安装有电磁感应线圈并对应套设在第一管件1和第二管件3上。

本发明一具体实施例中，两个环形电磁块6之间的间隙D为20mm～50mm。

本发明一具体实施例中，所述第一管件1和所述第二管件3之间的距离d为1.0mm～3mm。

磁场力F＝BI L，B为磁感应强度，I为电流，L为电弧7长度。起弧处是在第一环形凸起2和第二环形凸起4之间，d的大小决定了起弧后电弧7的长度，而弧长的变化又会改变自身受到磁场力的大小，磁弧焊焊接过程依靠电弧7的旋转加热焊接件，而电弧7的旋转要靠磁场力来带动，所以磁场力的改变最终会影响熔透情况和焊缝成形。D是两侧环形电磁块6之间的距离，两侧环形电磁块6的相互作用产生磁场，其强度为B，D的变化能够改变B的数值，B也同时决定磁场力F的大小，电弧7的稳定需要一定强度的磁场和一定的磁场力进行维持，同时由于第一环形凸起2和第二环形凸起4的存在，熔融金属的量会增多，也会影响电弧7旋转过程的稳定性，所以d和D的范围设置综合考虑了这两方面，最终确定d的取值范围为1.0mm～3mm，D的取值范围为20mm～50mm，会提高电弧7的稳定性，电弧7不会发生波动，提高焊接质量。

在给定d与D的范围内，既保证产生电弧7，又能让电弧7稳定且移动过程更平缓，能够增大熔透范围，保证焊接成型稳定。

设置第一环形凸起2和第二环形凸起4，能够改善焊接管件内侧未熔透问题，高度H与壁厚L的设置能够保证加热时间，但由于第一环形凸起2和第二环形凸起4的存在，使熔融金属的量增多，进而影响电弧7的稳定和最终的焊接成形状态，即加热的均匀性会由于第一环形凸起2和第二环形凸起4的出现受到影响。由此进一步设置d与D的范围，保证电弧7的稳定性，进而保证加热的均匀性。

本发明一具体实施例中，所述第一环形凸起2沿其轴向的高度H为0.2mm～0.5mm，壁厚L为0.5mm～1.0mm。

本发明一具体实施例中，H取值范围在0.2mm～0.5mm内，L取值范围在0.5mm～1.0mm内，能够保证电弧7在第一环形凸起2和第二环形凸起4上停留的时间，进而延长在第一管件1和第二管件3的端面内侧停留的时间，避免出现焊接管件的焊缝内侧未熔透现象，提高焊缝内侧焊接效果。

本发明一具体实施例中，所述第一管件1和所述第二管件3远离的最大速度为50mm/s。

本发明一具体实施例中，所述第一环形凸起2的内径与所述第一管件1的内径等同，所述第一环形凸起2的外径小于所述第一管件1的外径；所述第二环形凸起4的内径与所述第二管件3的内径等同，所述第二环形凸起4的外径小于所述第二管件3的外径；其中，所述第一管件1和所述第二管件3对应所述第一环形凸起2和所述第二环形凸起4的一端可焊接连接。

本发明一具体实施例中，所述第一管件1的结构与所述第二管件3的结构相同；所述第一环形凸起2的结构与所述第二环形凸起4的结构相同。

实施例1

将第一管件1和第二管件3安装在加工车床上，通过机床铣出第一环形凸起2和第二环形凸台4，其高度H为0.3mm，壁厚L为0.7mm；

在第一管件1和第二管件3上套设环形电磁块6，内部设有电磁感应线圈，两个环形电磁块6之间的间隙D为30mm；将第一环形凸起2和第二环形凸台4抵接，接通焊接电源5，进入磁弧焊起弧阶段，通入电流之后将第一管件1和第二管件3的两端面拉出一定间距d，d的设置范围为2mm，保证电弧7在第一环形凸起2和第二环形凸台4的两端面之间稳定起弧电弧7；起弧后，由于第一环形凸起2和第二环形凸台4的存在，电弧7首先熔化第一环形凸起2和第二环形凸台4，在电弧7沿径向向外移动之前，增加电弧7在第一管件1和第二管件3内侧加热时间，使内侧熔融金属初步形成，改善第一管件1和第二管件3内侧受热不均匀性；待第一环形凸起2和第二环形凸台4熔化后，电弧7在电磁感应线圈所产生的磁场力的驱动下电弧7由第一管件1的端面内侧向第一管件1的端面外侧移动，其移动过程如图4所示，相比于图3中的电弧7移动更加平缓，焊缝整体均可得到加热，保证电弧7沿工件端面快速旋转加热的均匀性；在电弧7旋转速度达到临界速度时，电弧7进入稳定旋转阶段，此时第一管件1和第二管件3的端面形成一层熔融的金属，电弧7的走向是由内侧向外侧旋转，间隙d中由于电弧7的加热产生熔融金属时，会产生带动熔融金属向外侧的趋势，但力量不够而且电弧7还会被熔融金属影响变得不稳定，所以此时需要配合两端的顶锻力将熔融金属挤出来，进而保证过程稳定形成良好焊缝，熄灭电弧7，焊接过程结束。

实施例2

磁场力F＝BIL，B为磁感应强度，I为电流，L为电弧7长度。其中电弧7长L对于焊接过程中的工艺稳定性有很大影响，而电弧7长L主要取决于焊接间距d，所以经过多组实验得出对于6～10mm的厚壁管件，d的范围在1.0mm～3mm可保证焊接过程中的工艺稳定性，进而保证焊缝的均匀熔透。

磁场的大小很大程度影响电弧7的旋转，尤其是在由起弧过渡到稳定旋转阶段，磁场如果不充分或不适当将导致电弧7旋转的不稳定，磁场的大小取决于磁感应强度B的值，磁感应强度B是直接受到两侧外设电磁块间距D的影响，所以在经过多组的对比试验确定D的设置范围为20mm～50mm，进而保证电弧7稳定旋转，提高焊缝均匀性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，

S1,将第一管件(1)和第二管件(3)待焊接的端面分别车削出第一环形凸起(2)和第二环形凸起(4)；

S2，将所述第一管件(1)和所述第二管件(3)同轴安装在可以相互靠近或远离的两个夹具上，并使所述第一环形凸起(2)和所述第二环形凸起(4)抵接；

S3，在所述第一管件(1)和所述第二管件(3)上分别安装上内部具有电磁感应线圈的环形电磁块(6)，对电磁感应线圈通电使其产生磁场；

S4，所述第一管件(1)和所述第二管件(3)分别通过通电线连接在焊接电源(5)的正极和负极；

S5，两个所述夹具缓慢远离，当所述第一环形凸起(2)和所述第二环形凸起(4)之间形成电弧(7)时停止移动；

S6，所述第一管件(1)和所述第二管件(3)的端部被电弧(7)加热熔融后，两个所述夹具相互靠近，使所述第一管件(1)和所述第二管件(3)的端部进行挤压，熄灭电弧(7)，完成焊接。

2.根据权利要求1所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，两个所述环形电磁块(6)之间的间隙D为20mm～50mm。

3.根据权利要求1所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，所述第一管件(1)和所述第二管件(3)之间的距离d为1.0mm～3mm。

4.根据权利要求1所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，所述第一环形凸起(2)沿其轴向的高度H为0.2mm～0.5mm，壁厚L为0.5mm～1.0mm。

5.根据权利要求1所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，所述第一管件(1)和所述第二管件(3)远离的最大速度为50mm/s。

6.根据权利要求1所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，所述第一环形凸起(2)的内径与所述第一管件(1)的内径等同，所述第一环形凸起(2)的外径小于所述第一管件(1)的外径；

所述第二环形凸起(4)的内径与所述第二管件(3)的内径等同，所述第二环形凸起(4)的外径小于所述第二管件(3)的外径；

其中，所述第一管件(1)和所述第二管件(3)对应所述第一环形凸起(2)和所述第二环形凸起(4)的一端可焊接连接。

7.根据权利要求6所述的一种提高磁控旋转电弧焊焊缝均匀性的方法，其特征在于，所述第一管件(1)的结构与所述第二管件(3)的结构相同；所述第一环形凸起(2)的结构与所述第二环形凸起(4)的结构相同。