[發明專利]一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實現穩弧效應的裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201210372610.5
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102873432A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李曉泉;楊宗輝
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B23K9/073
• 分類號: B23K9/073;B23K9/18;B23K9/28
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于埋弧焊接領域，更具體地說，涉及一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實現穩弧效應的裝置及其使用方法。

背景技術

金屬結構中的焊縫是在電弧加熱作用下熔化成液態熔池，隨后經凝固而形成的，電弧加熱作用對熔池的幾何形狀起著決定性的作用。焊接過程中不可避免地因電弧波動形成多種外觀缺陷，如焊縫表面欠光滑，焊縫寬窄不均勻，焊縫邊緣咬邊等。外觀缺陷，特別是咬邊缺陷會造成嚴重的應力集中，使該處在承力狀態下容易產生裂紋源最終導致結構的失效。同時焊縫表面成形又直接影響產品的外觀形貌，制造廠商及用戶對此都較為關注。為此，重要金屬結構如化工壓力容器、船舶制造等都需在焊后進行焊縫表面打磨修復，但這又耗費大量的時間及勞動成本，而且打磨修復工況條件也較為惡劣。目前大型化工壓力容器的建造主要依靠高效大線能量埋弧自動焊進行焊接加工，由于壓力容器制造一般都要求使用工藝性能相對不如酸性渣系的堿性燒結焊劑進行焊接，而對焊縫表面質量又有較高的要求，尤其對焊道咬邊深度、焊縫余高、焊縫寬度的均勻性以及焊縫表面光潔度等都制訂有量化的檢驗指標。為此通過進一步提高焊接過程電弧的穩定性，最大限度地控制焊縫形成過程的波動，可以有效地減少焊后返修工作量從而提高生產效率。

根據熔渣的離子特性，熔渣在熔融狀態本身具有一定的導電性能，充分利用熔渣的這種性能目前在煉鋼冶金領域已成為頗為新穎的研究熱點。《渣金間外加直流電場無污染脫氧》（李建朝，張捷宇，魯雄剛，等，過程工程學報，2006?增刊），公開了在鋼液與Al₂O₃-CaO-MgO熔渣間施加穩定的直流電場，進行鋼液的脫氧方法。該方法通過外電場誘導鋼液和熔渣中離子的遷移，對鋼液中溶解氧具有良好的脫除效果。《可控氧流冶金》（高運明、姜英、張華，等，武漢科技大學學報（自然科學版），2007，第五期）公開了利用電化學原理控制鋼液中氧流的方法。此外《渣金間外電場無污染脫氧法的研究》（魯雄剛，梁小偉，袁威，等，金屬學報2005年第二期）也公開了利用渣金間施加直流電場誘導熔體內帶電離子有序運動的方法。由于焊接冶金過程與煉鋼冶金過程在本質上具有相似之處，在焊接過程中渣金間實施外電場的作用也必然會引發熔渣及液態金屬內部電導載流體的某些有序運動。但熔渣的導電性能相比金屬而言又差得多，為此若能設法改善焊接過程中熔渣的導電性能，也就能對這種外電場作用下熔體內部的有序運動加以有效地利用，這將有可能從一個全新的角度開辟焊接冶金質量控制的新途徑。筆者在對焊接過程渣金間施加外電場控制氧化夾雜物研究的基礎上，通過試驗研究發現，在一定條件下外電場對焊接工藝還存在一些有益作用，這對解決焊接過程的穩定性具有良好的應用價值。

發明內容

要解決的技術問題

針對現有技術中存在的壓力容器等重要鋼結構制造中焊縫咬邊及成形缺陷帶來的焊后返修工作等問題，本發明提供了一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實現穩弧效應的裝置及其使用方法，它可以對渣金電導載流進行導流，進而實現穩弧效應。

技術方案

本發明的目的通過以下技術方案實現。

本發明的一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實現穩弧效應的裝置，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，所述直流電源的負極接金屬導電電極，正極接母材金屬；所述的金屬導電電極為鎢棒。

優選地，所述的鎢棒用絕緣樹脂夾頭固定在焊接機頭上且與導電嘴絕緣，此處必須注意鎢棒與導電嘴保持絕緣，否則焊接主電路電流將流經鎢棒，則起不到輔助電場的作用。所述鎢棒的尖端距離焊絲末端5-8mm，焊接過程中鎢棒作為電極與焊接機頭作同步運動，該絕緣樹脂夾頭上設置有夾緊、松開旋鈕，用于將鎢棒夾緊，鎢棒位置固定后即將旋鈕夾緊，如需調節所述鎢棒的上下高度則可松開旋鈕，對鎢棒進行上下調整；所述的鎢棒與導線連接處用銅制夾片將導線芯線與所述鎢棒纏繞后夾緊。

優選地，所述的直流電源為30V/50A的直流穩壓電源。由于交流電不能構成穩定的電場，因此必須采用直流電源，同時熔渣的導電率是有限的，渣金間流經的電流一般不能超過15A，因此選擇過大的電源電壓是沒有意義的。

優選地，所述的鎢棒直徑為3.2mm。

一種所述的利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實現穩弧效應的裝置的使用方法，使用時，所述的輔助電路中作為金屬導電電極的鎢棒的下端伸入液態焊渣內部。

有益效果