[發(fā)明專利]一種可控制減少埋弧焊焊縫金屬氧化夾雜物的焊接裝置

有效

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• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102873437A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 李曉泉
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B23K9/18
• 分類號: B23K9/18;B23K9/10;B23K9/24
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發(fā)明屬于埋弧焊接領域，更具體地說，涉及一種可控制減少埋弧自動焊形成的焊縫金屬內部氧化夾雜物的焊接裝置。

背景技術

現(xiàn)有的埋弧焊是先把焊劑堆在焊接件上面，然后埋入連續(xù)供給的焊絲，引弧后進行焊接，并不斷產生焊渣，此時電弧被焊劑埋上，形成的熔池金屬不便于直接觀察，焊劑起保護作用。埋弧焊因使用的焊絲直徑較粗、電流大及熔池深，故大多用于厚鋼板的高效率焊接加工。

埋弧自動焊，其利用大電流在焊劑層下產生電弧，在熔融焊劑的保護下形成一較大體積的液態(tài)熔池金屬區(qū)域，隨后經凝固獲得焊縫金屬。埋弧自動焊具有高效、高質量的特點，在壓力容器、石油機械、造船、鋼結構件等生產行業(yè)發(fā)揮著不可替代的作用。

通常埋弧焊效率是手工焊條電弧焊的4～5倍，加之焊接過程可實現(xiàn)機械自動化操作，因而已成為大厚件金屬結構的主要焊接加工方法。埋弧焊接過程伴隨有強烈的熔渣與液態(tài)金屬的交互作用，其結果使焊縫金屬在較大程度上存在增氧現(xiàn)象。同時由于焊接冶金過程的動力學特點，焊縫金屬的潔凈度通常難以達到母材金屬的高潔凈水平，因而容易形成過量的氧化夾雜物。一般情況下，氧化夾雜物易誘發(fā)微裂紋而顯著降低焊縫金屬的低溫韌性。此外，目前在鍋爐、壓力容器等重要金屬結構制造中對焊接質量也提出了越來越高的要求，國家技術標準GB3323-87《鋼焊縫射線照相及底片等級分類法》也對焊縫中夾雜物尺寸大小作了明確的等級要求。與此同時在關于焊縫金屬中夾雜物研究方面，近年來的氧化物冶金形核理論認為，在適當的氧含量下形成尺寸細小而均勻分布的氧化物可誘導奧氏體晶內針狀鐵素體的形核，促使焊縫形成高比例的針狀鐵素體組織，又可極大地改善低溫沖擊韌性。為此若能有效地控制焊縫中氧含量及其夾雜物尺寸和分布，即可使氧化物夾雜由有害轉化為有利，發(fā)揮氧化物冶金形核效果以改善焊縫金屬低溫沖擊韌性。但目前關于鋼中夾雜物尺寸大小及分布的有效控制技術尚未見有報道。

由于液態(tài)熔渣是一種具有離子導電特性的電解質，且液態(tài)熔渣更易于離子的遷移，目前在煉鋼領域用外加電場的方法來脫除金屬中的氧是一頗為新穎的思路。《渣金間外加電場無污染脫氧方法的研究》（魯雄剛、梁小偉、袁威、孫銘山、丁偉中、周國治；金屬學報，2005年，第二期）公開了在銅液與Na₃AlF₆-Al₂O₃渣系間施加穩(wěn)定的直流電場，進行銅液的無污染脫氧，有效地將銅液中溶解氧脫除到10×10^-6左右。該方法避免了氧化物夾雜對金屬液的污染以及固體電解質脫氧方法的高成本和二次氧化等問題。《熔渣無污染短路電化學還原分析》（高運明、郭興敏、周國治?；中國有色金屬學報，2006年第三期）公開了利用碳飽和的鐵液作還原劑，組成兩種電池，從CaO-SiO₂-Al₂O₃-FeO系熔渣中分別得到了純鐵和無碳鐵合金。其基本思路是在冶煉后期利用渣金間的電化學還原對金屬液進行無污染深度脫氧。焊接過程不可能像煉鋼那樣進行深度脫氧，但可以利用這種原理進行氧含量及夾雜物尺寸控制。

發(fā)明內容

要解決的技術問題

針對現(xiàn)有技術中存在的埋弧自動焊熔敷金屬中氧化夾雜物及氧含量無法得到有效控制的技術問題，本發(fā)明提供了一種可控制減少埋弧焊焊縫金屬氧化夾雜物的焊接裝置，該裝置在焊接過程中實現(xiàn)隨焊施加渣-金間輔助外電場，可有效地降低離子間相互結合形成氧化物夾雜的機率，控制焊縫中夾雜物的尺寸及分布。

技術方案

發(fā)明原理：本發(fā)明利用外電源向焊接回路提供一輔助外電場，并用耐高溫導電的金屬作輔助電場的導電電極，焊接前將該導電電極固定在焊炬上與焊接機頭作同步運動，并使金屬電極正好插入熔化焊劑內部，這樣就可以在熔渣-熔池間施加一輔助外電場作用，利用輔助電場促使液態(tài)熔池及熔渣中離子進一步電離，并在電場作用下形成定向電荷遷移，使帶正荷的離子和帶負電荷的離子相互逆向運動，從而有效地減少離子相互結合形成氧化物夾雜的機率，同時在電場力的作用下誘導熔池內部與氧親和力大的金屬離子遷移至渣金界面優(yōu)先與熔渣中活性氧結合成氧化物進入熔渣中，最終達到控制焊縫中夾雜物尺寸及分布的目的。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。

本發(fā)明的一種可控制減少埋弧焊焊縫金屬氧化夾雜物的焊接裝置，它包括焊炬和焊接主電路，它還包括可形成焊接輔助電場的輔助電路；所述的輔助電路包括直流電源和金屬導電電極，所述直流電源的一端接母材金屬，另一端接所述的金屬導電電極。