[發明專利]改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法及裝置

無效

• 申請號: 201310035956.0
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103111734A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 張洪濤;袁新;馮吉才;胡樂亮;代項羽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: B23K9/32
• 分類號: B23K9/32;B23K9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，特別是涉及一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法及裝置。

背景技術

水下焊接作為海洋鋼結構重要施工技術，已成為海洋能源開發、艦船維修、海洋工程建設與修理不可缺少的工程手段。若干年來，伴隨國家大力發展水利水電事業以及病險水庫加固工程的展開，水下鋼結構物的維護與修理也極需這種水下焊接技術。

相對其它水下焊接方法，濕法水下焊接具有如下優點：①直接用于水下焊接環境。②不需要其它輔助設備，移動方便、迅速。③只需要合格的潛水焊工和水下焊接設備，可在可潛水深的任何位置進行焊接，適應性強。④焊接作業時間占焊接總作業時間的比例大，省時、經濟性好。因此，水下濕法焊接成為了目前應用最為廣泛的水下焊接方法。最常用的是焊條電弧焊和藥芯焊絲電弧焊。

濕法焊接是電弧在亞穩態的電弧空腔中連續燃燒的過程。由于水下濕法焊區周圍不是空氣而是水，電弧直接在水中燃燒，焊接的熔滴過渡及焊縫結晶成形過程也是直接在水中完成。受水汽蒸發的影響，焊接熔池同陸地上焊接相比，冷卻速度約為陸地上焊接時的10-15倍，因此造成焊接熔池結晶速度加快，擴散氫含量更高，由此會導致氣孔及冷裂紋等焊接缺陷的產生，降低焊接結構的使用性能及抗疲勞性能；受氧化性氣氛的影響則會增加合金元素的燒損，并以非金屬夾雜物的形式殘留在焊縫中，從而降低焊接接頭的力學性能。這就給水下焊接帶來一系列不利影響。

為解決水下濕法焊接過程中焊接區冷卻速度過快的問題，研究人員曾采用焊道加保溫層、焊縫回火技術(多層多道焊)或采用鋁熱焊條的方法進行水下濕法焊接，盡管一定程度上減緩了焊縫的冷卻速度，但效果不明顯且效率不高。

發明內容

為改善水下濕法焊接接頭質量，減少焊接缺陷的產生，本發明提出了一種能夠改善水下濕法焊接工藝性能的方法，以減緩焊縫的冷卻速率，達到減少焊縫淬硬組織、降低冷裂紋傾向等濕法焊接缺陷的效果。

本發明同時還提供了適用于上述方法的用于改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置。

本發明所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，該方法包括：在水下使用焊炬對焊接試樣施焊的步驟，和對焊接試樣的焊接面進行焊前預熱和/或焊后熱處理的步驟。

其中：焊前預熱采用外加中頻或高頻感應加熱的方法，焊后熱處理采用外加中頻或高頻感應加熱的方法。

進一步地，上述方法還包括對焊接試樣的下表面進行焊前預熱和/或焊后熱處理的步驟。

再進一步地，焊前預熱的溫度控制在25℃-600℃，焊后熱處理的溫度控制在25℃-600℃。

本發明采用的與外加中頻加熱的方法相對應的改善水下濕法焊接接頭組織性能裝置，包括水下焊接電源，與水下焊接電源相連接的焊炬，焊接試樣，和置于焊接試樣外的焊接水槽，焊接試樣上表面放置感應加熱線圈，感應加熱線圈由感應加熱電源控制。

進一步地，上述裝置在焊接試樣的下表面也放置有感應加熱線圈。

其中：感應加熱線圈為中頻或高頻感應，同時相對應的感應加熱電源為中頻感應加熱電源或高頻感應加熱電源。

施焊時，感應加熱線圈位于焊炬之前或之后，與焊炬的相對位置固定，感應加熱線圈與焊接試樣之間的距離為3-12mm。其中感應加熱電源功率可調，即焊接區域的溫度可控，感應加熱線圈與焊炬同步運動，且感應加熱線圈與焊炬的中心距離可調。一方面，當對焊接區域進行焊前預熱時，感應加熱線圈置于焊炬的前面，預熱升溫到一定溫度后，再進行焊接，以降低鋼板的冷裂傾向等焊接缺陷；另一方面，當一處焊接完成后，感應加熱線圈置于焊炬的后面，對焊縫進行焊后熱處理，使焊接處逐漸冷卻，而不是急劇降溫，從而減緩焊縫的冷卻速率，減少淬硬組織，減低擴散氫含量。

另外，采用中/高頻感應加熱線圈對工件進行加熱融化的同時對焊接熔池也可進行電磁攪拌作用，這其中包含電磁攪拌的晶粒細化作用和高溫場下的晶粒長大過程。同時，適當的控制感應溫度，可使電磁攪拌的作用占優勢，三維的電磁攪拌力可以細化晶粒，均勻化組織。

本發明通過采用中/高頻感應加熱的方法對濕法焊接區域進行焊前的預熱或焊后熱處理，可與焊接過程同時進行，在對焊接試樣進行有效熱處理的同時還能夠減緩焊縫冷卻速度，達到減少焊縫及熱影響區淬硬組織、降低冷裂紋傾向等濕法焊接缺陷的效果，操作方便。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中：1、水下焊接電源；2、感應加熱電源；3、焊接試樣；4、焊炬；5、感應加熱線圈；6、焊接水槽。

具體實施方式