CN208787726U - 适于紫铜止水带的加热焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适于紫铜止水带的加热焊接系统，包括氩弧焊机、加热垫、隔热垫以及加热控制装置，在焊件的背面设置加热垫对焊件进行加热，使焊件上的焊接影响区域的温度升高到目标温度，在保持目标温度的状态下进行焊接，所述目标温度不低于200℃，所述加热装置为加热垫，优选柔性陶瓷加热垫，所述柔性陶瓷加热垫由若干陶瓷块通过电加热丝穿接而成，设定加热垫温度的控制下限和控制上限，在焊接过程中，当加热垫温度上升到控制上限时停止加热，当加热垫温度下降到控制下限时开启加热。本实用新型能够避免紫铜止水带等焊件的焊缝出现冷裂纹。

Description

适于紫铜止水带的加热焊接系统

技术领域

本实用新型涉及一种适于紫铜止水带的加热焊接系统。

背景技术

紫铜止水带是水工混凝土中的常用件，通常由多块紫铜止水带板焊接而成，随着施工工艺的不断更新，紫铜止水带的焊接已由传统的氧气焊接被氩弧焊所取代，氩弧焊焊接紫铜止水带具有焊接速度快，外观效果好等优点，但由于氩弧焊焊接过程中焊缝温度过高，过高的温度差将导致焊接区域的应力作用，焊接后止水带扭曲变形，且不可避免的产生冷裂纹，严重影响焊缝质量。紫铜止水带焊缝的冷裂纹具有以下特点：（1）裂纹极为微小，有时用肉眼难以观察到；（2）裂缝在焊接后未产生，但经一段时间后产生。因此这种冷裂纹在质量检测中往往不会被发现，但由于止水带担负着水工混凝土结构缝止水的重要作用，焊缝的焊接质量极为关键，冷裂纹的形成会被给水工混凝土结构带来难以消除的隐患。因此，需要通过技术手段避免或消除冷裂纹。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种采用这种方法的加热焊接系统，以避免紫铜止水带焊缝出现冷裂纹。

本实用新型的技术方案是：

一种适于紫铜止水带的加热焊接系统，其包括：

氩弧焊机，用于进行焊件的焊接；

加热垫，设有电加热元件，用于铺设在焊件的下面，对焊件的焊接影响区域进行加热；

加热控制装置，用于控制加热垫的电加热元件的通断电，进而控制加热垫对焊件的加热；

隔热垫，用于铺设在加热垫和作业基础之间，位于加热垫的下面，用于隔离和减轻加热垫向作业基础的传热。

本实用新型的有益效果是：由于能够在进行氩弧焊焊接之前，先将工件进行加热，并在焊接过程中保持加热状态，由此减小了焊接高温在工件上形成的温度差（温度梯度）以及因过高温度差导致的过高内应力，消除导致冷裂纹的根源，进而也就避免了冷裂纹的出现。

本实用新型不仅适应于紫铜止水板接缝的氩弧焊焊接，也适应于其他任意焊件任意方式的过高焊接。

附图说明

图1是本实用新型的构造示意图；

图2是本实用新型涉及的加热系统构造示意图；

图3是本实用新型涉及的柔性陶瓷加热垫局部构造示意图；

图4是采用本实用新型焊接形成的焊缝，没有冷裂纹且外观质量好，无应力变形；

图5是依据现有技术焊接所出现的焊缝冷裂纹；

图6是依据现有技术焊接所出现的应力变形。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1-3所示，本实用新型提供了一种适于紫铜止水带的加热焊接系统，其包括：

氩弧焊机60，用于进行焊件的焊接；

加热垫30，设有电加热元件36，用于铺设在焊件的下面，对焊件50的焊接影响区域进行加热；

加热控制装置10，用于控制加热垫的电加热元件的通断电，进而控制加热垫对焊件的加热；

隔热垫40，用于铺设在加热垫和作业基础之间，位于加热垫的下面，用于隔离和减轻加热垫向作业基础的传热。

采用上述加热焊接系统，可以先对板状焊件进行加热，在焊件整体或至少焊件的焊接影响区域温度达到目标温度时，再采用氩弧焊等焊接设备对焊件上的接缝进行焊接，对于紫铜止水带，应采用满焊/连续密封焊的方式进行焊接。

所述加热装置可以为硬质加热板，但优选为柔性加热垫，以保持良好的接触和热传导。

所述隔热垫优选为硅酸铝板。

所述加热垫优选为柔性陶瓷加热垫。

所述柔性陶瓷加热垫可以由若干陶瓷块31通过电加热丝穿接而成，所述电加热丝构成其电加热元件，所述陶瓷块排成若干行，相邻行的陶瓷块交错分布，纵向和横向上相邻陶瓷块之间均留有间隙，以保证整体的柔性，所述陶瓷块设有左、右两个纵向的穿线孔32，除加热垫横向两侧的最外侧陶瓷块的最外侧穿线孔外，任意陶瓷块的左侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的右侧穿线孔对齐，右侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的左侧穿线孔对齐，所述电加热丝纵向穿过各组相互对齐的穿线孔，纵向穿过各组相互对齐的穿线孔的电加热丝段34依次串联或者相互并联，也可以采用其他串并联组合等其他任意适宜的方式相互连接，并设有用于连接外部电源的接线端，由此形成柔性陶瓷加热垫并使电热丝通电加热。

可以将电加热丝采用同一个电加热丝依次穿过各组相互对齐的穿线孔，穿过一组相互对齐的穿线孔后向回弯，由此在相邻两个纵向穿过相邻组相互对齐的穿线孔的电加热丝段之间形成弯曲的连接段35。

所述加热控制装置的箱体内可以设有电源开关（或称总开关）11、自动控制开关13和用于控制所述自动控制开关通断的温控器12，所述箱体上设有所述加热控制装置的电源输入端和电源输出端，所述加热控制装置的电源输入端通过相互串联的所述电源开关和自动控制开关连接其电源输出端，所述加热控制装置的电源输出端通过连接线缆22连接所述加热垫的电源连接端，作为外部电源输入的外部电源线21接入所述加热控制装置的电源输出端。

所述温控器可以设有用于探测加热垫温度的温度探头15，所述加热垫温度为所述加热垫的内部温度或者所述加热垫的表面温度，优选为所述加热垫与所述焊件贴合的表面温度，所述温度探头的输出通过信号线缆14接入所述温控器的温度输入端，所述温控器的控制输出通过控制线缆接入所述自动控制开关的控制端，当加热垫温度上升到控制上限时，所述温控器控制所述自动控制开关断开，加热垫停止加热，当加热垫温度下降到控制下限时，所述温控器控制所述自动控制开关导通，加热垫开启加热，所述自动控制开关可以采用接触器，依据所述温控器的控制输出切换或保持相应的工作状态，所述温控器可以包括温控芯片及由温控芯片控制的电子开关，所述温度探头、温控器和自动控制开关及相关的连接方式和设置方式均可以依据现有技术。

所述温度探头优选为能够探测所述加热垫与所述焊件贴合的表面温度的温度探头。

所述温度探头可以根据相应温度检测要求依据现有技术选择具体形式以及具体安装位置和连接方式，例如，当用于探测所述加热垫与所述焊件贴合的表面温度时，可以选择铂热电阻或热电偶作为探头的感温元件，并将热电阻或热电偶的感温端设置在加热垫与焊件贴合的面上。

所述电热丝的外侧优选设有保护层。

所述保护层可以由若干套在电热丝上的短陶瓷管构成，所述短陶瓷管的平均间隙可以根据使用过程中电热丝的弯曲要求设置，例如，控制在短陶瓷管外径的1/3-1/2，以在满足使用需求的同时起到良好的保护作用。

所述加热垫优选为两层叠置。

所述自动控制开关优选为接触器。

本实用新型可以采用下列焊接方法：在焊件的背面设置加热装置对焊件进行加热，使焊件上的焊接影响区域的温度升高到目标温度，在保持目标温度的状态下进行焊接，所述目标温度不低于200℃。

所述焊接可以为氩弧焊等。

所述焊件通常为板状焊件。

所述焊接影响区域是指在不采取防范措施的情况下，因焊接导致内应力的区域或者说冷裂纹可能发生的区域范围，可以根据实验或经验确定该区域范围或大小，实践中，可以将加热垫铺设在整个焊件下面或者铺设在焊件上包含焊缝51在内的大部分区域下面，或者铺设在焊缝附近的较大区域，以保证可靠性。

可以将焊接过程中最高温度超过200℃或者超过300℃的区域作为焊接影响区域，以方便该区域的确定，由于紫铜板等金属板材通常在温度低于300℃的情况下不会因温差导致具有实际影响的内应力，寒冷环境下在温度低于200℃时通常也不会因温差导致具有实际影响的内应力，因此上述确定焊接影响温度区域的方式是可靠的。

所述目标温度优选为200-500℃，进一步优选为200-300℃。由于过高的目标温度将导致大量的能量消耗，因此只要能够达到避开冷裂纹目的的情况下，无需追求过高的温度，根据申请人的实验，目标温度为200-300℃时焊缝质量最好，超过300℃不仅不会导致焊缝质量的提高，反而在一定程度上影响焊缝质量。

所述加热装置优选为加热垫，进一步优选为柔性陶瓷加热垫。

所述柔性陶瓷加热垫可以由若干陶瓷块通过电加热丝穿接而成，所述陶瓷块排成若干行，相邻行的陶瓷块交错分布，纵向和横向上相邻陶瓷块之间均留有间隙，以保证整体的柔性，所述陶瓷块设有左、右两个纵向的穿线孔，除加热垫横向两侧的最外侧陶瓷块的最外侧穿线孔外，任意陶瓷块的左侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的右侧穿线孔对齐，右侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的左侧穿线孔对齐，所述电加热丝纵向穿过各组相互对齐的穿线孔，纵向穿过各组相互对齐的穿线孔的电加热丝段依次串联或者相互并联，也可以采用其他串并联组合等其他任意适宜的方式相互连接，并设有用于连接外部电源的接线端，由此形成柔性陶瓷加热垫并使电热丝通电加热。

优选通过温度传感器（例如，温度探头）采集加热垫温度，所述加热垫温度为加热垫的内部温度或表面温度，优选与焊件贴合的表面温度，设定加热垫温度的控制下限和控制上限，在焊接过程中，当加热垫温度上升到控制上限时停止加热，当加热垫温度下降到控制下限时开启加热。

所述加热垫温度的控制下限和控制上限可以依据目标温度范围以及加热垫温度与与其贴合的焊件温度之间的差值确定，例如，为简便起见，实践中可以将该差值假设为30-50℃。

焊接完后，优选继续维持目标温度一段时间，例如10-15分钟，以利于焊件内部的稳定，释放应力，避免因停止焊接后急冷导致新的应力，可以根据实验或经验确定应继续维持目标温度的具体时间，以适应于实际环境状况，由于环境温度等环境条件不同，应继续维持目标温度的最低时间要求亦不相同。

本实用新型公开的任意一种加热焊接系统可以采用本实用新型公开的任意一=种加热焊接方法，本实用新型公开的任意一种加热焊接方法可以采用本实用新型公开的任意一种加热焊接方法。

本实用新型涉及的加热焊接方式可以采用下列方式实施：

1）利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材（焊件）上融化成液体形成熔池，高温熔融中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，防止焊材氧化。

2）焊件（例如紫铜止水）在焊前用钢丝刷或砂纸去除表面油污和吸附的气体。

3）将焊件进行固定，并用加热板进行加热预热温度为400~500℃。

4）电弧引燃后要在焊件开始的地方预热3—5秒，焊接电流为240A，形成熔池后开始送丝。焊弧和电弧电压：弧长范围约0.5到3mm,对应的电弧电压为8~10V。焊速：在焊接电流一定的情况下，焊接速度根据熔池大小、形状和焊件融合情况随时调节。开始焊接时，焊接速度适当放慢，待铜母材得到一定的预热，以保证焊透和获得均匀一致的焊缝成形，然后再提高焊速，为防止焊缝始端产生裂纹，在开始焊20~30mm后稍停，使焊缝稍冷却再继续焊接。

5）焊接时，与焊件的夹角为75°～85°，右手拿焊枪，引弧，左手拿焊丝，焊丝与表面的夹角为10°～20°，焊丝熔化，填充焊口。焊枪向前移动要平稳、左右摆动是二边稍慢，中间稍快。要密切注意熔池的变化，池熔池变大、焊缝变宽或出现下凹时，要加快焊速或重新调小焊接电流。当熔池熔合不好和送丝有送不动的感觉时，要降低焊接速度。

6）焊接完成后，继续加热，保持目标温度3-5分钟，然后将焊件放置安全处，使其自然冷却。

参见图4-6，申请人对不同目标温度下的焊缝质量进行了实验，以相同的焊接作业人员在相同的工作环境和工作方式下，分别将目标温度设定为200℃-250℃，250℃-300℃，按照每隔50℃划分一个目标温度控制范围，直至550℃-600℃。通过多组比对结果，发现200℃-300℃情况下，紫铜止水带的焊接质量及焊缝的外观效果最好，完全消除了紫铜止水带焊接的应力裂缝，并且焊接后无变形扭曲。究其原因，可能是目标温度超过200℃就足以防止冷裂纹的产生，但温度超过300℃后，不仅加热所用的电能消耗明显增加，而且实验表明对焊缝质量还存在一定的负面影响，一个可能的原因是过高温度会影响到焊接作业人员的身体和精神状态，进而影响焊缝质量，是否对焊机、焊件及其相互作用产生其他影响尚不清楚。但实验已充分表明，本实用新型能够大大提高紫铜止水带焊接质量，有效消除紫铜止水带焊缝应力裂缝，减少紫铜止水带漏水的可能性。

本实用新型所称维持目标温度是指通过加热装置维持焊件的焊接影响区域的温度在目标温度范围，所称保持加热状态具有相同的含义，除非特别指明是指保持加热丝或加热垫通电状态。

本实用新型以所涉及的焊缝的所在面为焊接的正面，焊件的另一面为背面，当两面都设有焊缝时，对于任意一条焊缝而言，该焊缝的所在面为正面，没有该焊缝的面为背面。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种适于紫铜止水带的加热焊接系统，其特征在于包括：

氩弧焊机，用于进行焊件的焊接；

加热垫，设有电加热元件，用于铺设在焊件的下面，对焊件的焊接影响区域进行加热；

加热控制装置，用于控制加热垫的电加热元件的通断电，进而控制加热垫对焊件的加热；

隔热垫，用于铺设在加热垫和作业基础之间，位于加热垫的下面，用于隔离和减轻加热垫向作业基础的传热。

2.如权利要求1所述的加热焊接系统，其特征在于所述加热垫为硬质加热板或者为柔性加热垫。

3.如权利要求2所述的加热焊接系统，其特征在于所述加热垫为柔性陶瓷加热垫。

4.如权利要求3所述的加热焊接系统，其特征在于所述柔性陶瓷加热垫由若干陶瓷块通过电加热丝穿接而成，所述陶瓷块排成若干行，相邻行的陶瓷块交错分布，纵向和横向上相邻陶瓷块之间均留有间隙，所述陶瓷块设有左、右两个纵向的穿线孔，除加热垫横向两侧的最外侧陶瓷块的最外侧穿线孔外，任意陶瓷块的左侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的右侧穿线孔对齐，右侧穿线孔与相邻行的相邻陶瓷块的左侧穿线孔对齐，所述电加热丝纵向穿过各组相互对齐的穿线孔，纵向穿过各组相互对齐的穿线孔的电加热丝段相互连接并设有用于连接外部电源的接线端。

5.如权利要求1所述的加热焊接系统，其特征在于所述电加热丝的外侧设有保护层。

6.如权利要求5所述的加热焊接系统，其特征在于所述保护层由若干套在电热丝上的短陶瓷管构成。

7.如权利要求1所述的加热焊接系统，其特征在于所述隔热垫为硅酸铝板。

8.如权利要求1-7任一所述的加热焊接系统，其特征在于所述加热控制装置的箱体内设有电源开关、自动控制开关和用于控制所述自动控制开关通断的温控器，所述箱体上设有所述加热控制装置的电源输入端和电源输出端，所述加热控制装置的电源输入端通过相互串联的所述电源开关和自动控制开关连接所述加热控制装置的电源输出端，所述加热控制装置的电源输出端通过连接线缆连接所述加热垫的电源连接端，所述温控器设有用于探测加热垫温度的温度探头，所述加热垫温度为所述加热垫的内部温度或者所述加热垫的表面温度，所述温度探头的输出通过信号线缆接入所述温控器的温度输入端，所述温控器的控制输出通过控制线缆接入所述自动控制开关的控制端。

9.如权利要求8所述的加热焊接系统，其特征在于所述温度探头为能够探测所述加热垫与所述焊件贴合的表面温度的温度探头。

10.如权利要求8所述的加热焊接系统，其特征在于所述自动控制开关为接触器。