CN207547960U - 一种高温合金焊接保护气体冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温合金焊接保护气体冷却系统，包括：储气罐，所述储气罐通过管路与蒸发器连接，所述蒸发器通过管路与气体压力平衡罐连接，所述气体压力平衡罐通过管路与制冷装置连接，所述气体压力平衡罐上设置有抽真空泵，所述制冷装置内的气体分别与焊枪、焊接保护腔室和工件制冷工装连通，采用这种“冷气”焊接保护气体配合其它冷却手段，从而形成一种针对高温合金焊接保护气体的冷却焊接系统。实现高温合金材料的焊接技术的突破，通过本系统能够满足工作环境温度极低的要求，降低工件和焊缝的温度；有效的解决高温合金焊接时产生的热量极难冷却的问题；使高温合金在冷却焊接保护气体环境下的焊接过程中，达到工艺要求，大大提高生产效率和提高焊缝质量。

Description

一种高温合金焊接保护气体冷却系统

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，特别是涉及一种高温合金焊接保护气体冷却系统。

背景技术

目前，超级不锈钢、钛合金、高温合金等材料已应用在燃汽轮机、航天设备制造中，未来的发展趋势重点就是如高温合金这类材料焊接技术的研究。然而高温合金材料的焊接技术又是制约这类材料在燃汽轮机、航天设备制造的瓶颈，发明一种高温合金的冷却焊接方法的需求尤为迫切。

现状，高温合金采用的焊接方法有GMAW、GTAW，采用的焊接保护气体有Ar、He气。Ar、He气进气温度为：30℃±2℃。在制造过程中，超级不锈钢、钛合金、高温合金对焊接层间温度要求极严，特别是钛合金、高温合金采用Ar、He气作为焊接保护气体和背保护时，焊接操作极其困难，如钛合金焊接时焊缝温度在300℃以上，而焊接所产生的热输入大，焊接接头极易氧化，造成工件报废。

在高温合金焊接制造时，需要工件和焊缝在惰性气体的保护下，更需要工作环境的温度低，焊缝层间温度及工件在焊接过程中才能达到工艺要求，则存在以下技术难点：1）如何控制或降低焊接过程中，工件和焊缝的温度，以满足工作环境的温度低的要求2）高温合金焊接过程如何控制焊缝在长时间状态下氧化及焊接金属杂物的析出的问题3）如何保证高温合金焊接质量的稳定性这些技术难点目前国内、外尚无成功解决的先例，这也就直接限制了高温合金在燃汽轮机、航天设备的应用瓶颈，使得高温合金的焊接存在较大的应用局限性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提出一种高温合金焊接保护气体冷却系统，采用这种“冷气”焊接保护气体配合其它冷却手段，从而形成一种针对高温合金焊接保护气体的冷却焊接系统。实现高温合金材料的焊接技术的突破，通过本系统能够满足工作环境温度极低的要求，降低工件和焊缝的温度；有效的解决高温合金焊接时产生的热量极难冷却的问题；使高温合金在冷却焊接保护气体环境下的焊接过程中，达到工艺要求，大大提高生产效率和提高焊缝质量。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种高温合金焊接保护气体冷却系统，包括：储气罐，所述储气罐通过管路与蒸发器连接，所述蒸发器通过管路与气体压力平衡罐连接，所述气体压力平衡罐通过管路与制冷装置连接，所述气体压力平衡罐上设置有抽真空泵，所述制冷装置内的气体分别与焊枪、焊接保护腔室和工件制冷工装连通。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述制冷装置包括制冷箱体，所述制冷箱体内具有防冻液箱、冷媒循环装置和气体循环装置，所述冷媒循环装置与气体循环装置进行热交换。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述气体循环装置具有气体进口和气体出口。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述制冷装置内设置有电加热装置。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述工件制冷工装包括工装本体，所述工装本体呈顶部开口状结构，所述顶部开口处设有工作面板，所述工作面板上具有若干工作气体出口，所述工装本体一侧具有工装进气口。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述工作面板表面外周处设置有支撑凸条，所述支撑凸条用于支撑工件。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述工作面板中部具有若干支撑柱。

本实用新型的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，所述工装本体上具有焊接地线挂点。

根据上述技术方案，本实用新型的有益效果是：提出一种高温合金焊接保护气体冷却系统，采用这种“冷气”焊接保护气体配合其它冷却手段，从而形成一种针对高温合金焊接保护气体的冷却焊接系统。实现高温合金材料的焊接技术的突破，通过本系统能够满足工作环境温度极低的要求，降低工件和焊缝的温度；有效的解决高温合金焊接时产生的热量极难冷却的问题；使高温合金在冷却焊接保护气体环境下的焊接过程中，达到工艺要求，大大提高生产效率和提高焊缝质量。

附图说明

图1是本实用新型一种高温合金焊接保护气体冷却系统；

图2是本实用新型一种高温合金焊接保护气体冷却系统的制冷装置；

图3是本实用新型一种高温合金焊接保护气体冷却系统工件制冷工装。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型

如图1-3为本实用新型一种高温合金焊接保护气体冷却系统的实施例，

一种高温合金焊接保护气体冷却系统，包括：储气罐1，所述储气罐1通过管路与蒸发器2连接，所述蒸发器2通过管路与气体压力平衡罐3连接，所述气体压力平衡罐3通过管路与制冷装置5连接，所述气体压力平衡罐3上设置有抽真空泵4，所述制冷装置5内的气体分别与焊枪7、焊接保护腔室6和工件制冷工装8连通，所述制冷装置5包括制冷箱体，所述制冷箱体内具有防冻液箱51、冷媒循环装置52和气体循环装置，所述冷媒循环装置52与气体循环装置进行热交换，所述气体循环装置具有气体进口53和气体出口54，所述制冷装置5内设置有电加热装置55，所述工件制冷工装包括工装本体81，所述工装本体81呈顶部开口状结构，所述顶部开口处设有工作面板82，所述工作面板82上具有若干工作气体出口83，所述工装本体81一侧具有工装进气口85，所述工作面板82表面外周处设置有支撑凸条84，所述支撑凸条84用于支撑工件9，所述工作面板82中部具有若干支撑柱，所述工装本体81上具有焊接地线挂点86。

工作原理：本申请以Ar气为例，其他的惰性气体也适用。

如图1高温合金焊接制造用的Ar气体，储存于储气罐1中；气体使用时将先流经蒸发器2；再进入气体压力平衡罐3，所述气体压力平衡罐3的材质为碳钢，气体压力平衡罐3内工作压力200L/6bar，气体压力平衡罐3其外部做保温处理，配置1台抽真空泵4，用以排除罐内空气，抽真空泵与管道之间配置调节阀门。经过处理后，使Ar气温度达到常温状态，即30℃±2℃；随后将恒温Ar气体送入制冷装置5，使制冷冷却后的Ar气温度在0℃～-20℃范围。

制冷量的选取

制冷量（Ar最大吸收冷量）：Ar进气温度30℃，出气温度-20℃，理论上最大吸收冷量为：

Q =0.52×103J/kg.k×｛(40×15×1.6)/22.4｝×10-3×50 =18.5w

考虑到系统的各种冷损，制冷装置设计制冷量按100～150 w/-30℃选取。

制冷装置如图2，处理后的常温状态Ar气通过气体进口53进入制冷装置内，在装置内冷媒循环装置52，此例中冷媒为风冷制冷方式为主和防冻液箱51为辅的方式，对气体进行冷却。根据高温合金焊接用Ar焊接保护气体和背保护气体的温度需求，设计电加热装置55，以保证从制冷装置的气体出口54导出的Ar气温度在设定值。

为了保证系统安全可靠的运行，提高了对操作员的人身安全保障。设备的阀门、加热电源、冷却风机等采用联锁保护控制，也可以根据需要随时取消连锁设置。当发生超温、过流、超压、电源缺相等异常现象时，系统具有安全保护功能和故障显示及报警功能。具体安全保护功能有：当防冻液箱内温度超过报警点，发出声光报警并切断电源。当氧含量超过设定值后，制冷过程停止并且发出声光报警。停电时所有阀门将自动关闭，当再次来电后，制冷过程将以手动方式继续进行。

冷却后Ar气体工作流程

冷却后Ar保护气体的使用，对于不锈钢材质的工件焊接，可将冷却后Ar气接入焊枪7本例为氩弧焊枪，实施“冷氩”保护气体进行焊接；而对于钛合金、高温合金薄壁工件的焊接时，在冷却后Ar气使用的具体流程如下：冷却后Ar保护气体通过气管一部分进入焊接保护腔室6，其材质为透明有机玻璃，规格600×800mm。待焊高温合金工件放置在Ar背保护气体温度-20℃的焊接保护腔室6内进行施焊。冷却后Ar保护气体通过气管另一部分进入待焊高温合金工件底部的工件制冷工装8中，工件在焊接时产生的热量可被冷却气体及时稀释，使高温合金充分冷却。冷却后Ar保护气体通过气管另一部分进入焊枪7，焊接高温合金时，焊缝熔池在-20℃的冷却Ar焊接气体的保护下，整个熔池比常温状态的保护气体的结晶过程加快，避免焊缝在长时间高温下氧化及焊接金属杂物的析出。

工件制冷工装工作原理

设计的高温合金焊接用制冷工装，放置在高温合金工件底部。工装是一个内部充满Ar气体的密闭腔室,工装的左侧为工装进气口85;其顶部与工件9底部接触的面为工作面82，工作面的表面均匀的钻有工作气体出口83，使冷却后的Ar气直接对工件9底部冷却冲氩和背氩保护;为防止高温合金工件与冷却工作面结合过于严密，影响背氩效果，在工作面的四边加有支撑凸条;工装的右侧为焊接地线挂点86。

以手工钨极氩弧焊法，高温合金工件整体处于冷却焊接保护腔室之中，将工件放置在制冷工装上后，使待焊部位的焊接表面向上，以平焊位进行焊接，每焊一层严格控制层间温度＜60℃。在保护腔室内放置有温度计，可随时监控腔室内的温度状况。

对焊接部位的表面进行粗加工处理，并进行相应的检验处理；进行精加工处理，直至成品。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于，包括：储气罐，所述储气罐通过管路与蒸发器连接，所述蒸发器通过管路与气体压力平衡罐连接，所述气体压力平衡罐通过管路与制冷装置连接，所述气体压力平衡罐上设置有抽真空泵，所述制冷装置内的气体分别与焊枪、焊接保护腔室和工件制冷工装连通。

2.根据权利要求1所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述制冷装置包括制冷箱体，所述制冷箱体内具有防冻液箱、冷媒循环装置和气体循环装置，所述冷媒循环装置与气体循环装置进行热交换。

3.根据权利要求2所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述气体循环装置具有气体进口和气体出口。

4.根据权利要求2所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述制冷装置内设置有电加热装置。

5.根据权利要求1所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述工件制冷工装包括工装本体，所述工装本体呈顶部开口状结构，所述顶部开口处设有工作面板，所述工作面板上具有若干工作气体出口，所述工装本体一侧具有工装进气口。

6.根据权利要求5所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述工作面板表面外周处设置有支撑凸条，所述支撑凸条用于支撑工件。

7.根据权利要求6所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述工作面板中部具有若干支撑柱。

8.根据权利要求7所述的一种高温合金焊接保护气体冷却系统，其特征在于：所述工装本体上具有焊接地线挂点。