[發(fā)明專利]一種空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610018268.7
• 申請(qǐng)日: 2016-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN105436672B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣凡;徐斌;白立來;陳樹君;張瑞英;李曉旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/167
• 分類號(hào): B23K9/167;B23K9/32;B23K9/24
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，屬于焊接方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)

弧焊是目前所有焊接方法中應(yīng)用最廣、最穩(wěn)定的焊接方法，電弧焊設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，便于移動(dòng)裝配，對(duì)焊接工況要求低，焊縫質(zhì)量能滿足工程要求。但相比高能束焊接，傳統(tǒng)電弧焊存在著能量集中程度差，焊接效率低等不足，因此改善弧焊設(shè)備或增加新工藝，使弧焊在保持其原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加電弧拘束程度，提高電弧能量密度，提高電弧剛性從而提高電弧穩(wěn)定性，進(jìn)而提高焊接效率，改善焊縫質(zhì)量，是目前弧焊工作者研究的重點(diǎn)。

電弧的剛性和指向性是指電弧的挺直程度，電弧是一種強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象，電弧實(shí)際是一種包含等離子體的柔性體，自由態(tài)的電弧一般呈鐘罩形，等離子電弧通過機(jī)械壓縮、自磁壓縮和水冷壓縮實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由態(tài)電弧的拘束，提高了電弧的能量密度，增加了電弧的穿透力，因此可以說等離子電弧在一定程度上提高了電弧的剛度和指向性，而等離子電弧的剛度和指向性只有通過改變焊接電流或等離子氣流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，但同時(shí)會(huì)引起其他一些負(fù)面效果，而且在焊接過程中這種剛度和指向性是無(wú)法根據(jù)實(shí)際焊接效果進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

本發(fā)明中提出的一種空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，通過在空心陰極內(nèi)部送氣提高電弧剛性，外層環(huán)狀負(fù)壓使電弧外部受到大氣壓力的壓縮，使電弧產(chǎn)生拘束效果，并維持電弧形態(tài)的焊接方法，這種方法不僅避免了單純從電弧內(nèi)部送氣導(dǎo)致的電弧發(fā)散問題，而且也避免了單純采用電弧內(nèi)部負(fù)壓壓縮導(dǎo)致的電弧剛性變差問題，形成即具有較高電弧剛性又收到外部壓縮作用從而形成高能量密度的電弧。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有焊接方法的缺陷及不足，提出了一種空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，該方法是利用兩個(gè)嵌套的電極與工件起弧，兩個(gè)電極分別是外部環(huán)狀電極和內(nèi)部空心電極，通過送氣裝置向空心電極內(nèi)部送氣，利用抽氣裝置在環(huán)狀電極內(nèi)部抽氣，利用大氣壓力和內(nèi)部吹氣產(chǎn)生的壓力使電弧從內(nèi)部提高電弧剛性的同時(shí)在外部產(chǎn)生拘束作用，從而使焊接自由電弧同時(shí)具備拘束性和剛性。該方法產(chǎn)生的電弧具有很高的能量密度，可以快速熔化母材，形成較大的熔深，從而提高焊接效率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種焊接新裝備及焊接新方法。

一種空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接方法，主要包括由環(huán)狀電極和空心陰極組成的非熔化極焊槍、抽氣裝置、送氣裝置和電弧焊用的焊接電源，其特征在于，空心陰極嵌套在環(huán)狀電極內(nèi)且兩者之間具有空隙，空心陰極與環(huán)狀電極絕緣，空心陰極和環(huán)狀電極均與焊接工件起弧，利用抽氣裝置將環(huán)狀電極內(nèi)部與空心陰極的夾層之間的氣體抽離形成負(fù)壓，利用大氣壓力的作用使電弧從外部被壓縮；同時(shí)利用送氣裝置將氣體送入空心陰極內(nèi)，使電弧中心內(nèi)部形成正壓并使電弧剛性提高；在電弧環(huán)狀負(fù)壓和中心正壓的同時(shí)作用下，在焊接過程中形成具有高電弧剛性的拘束電弧。

所述環(huán)狀電極與空心陰極均為非熔化極。

所述電弧為環(huán)狀電極內(nèi)部的空心陰極與焊接工件燃弧后形成的內(nèi)層電弧和環(huán)狀電極與焊接工件燃弧形成的外層電弧組成。

所述電弧的工作環(huán)境為大氣環(huán)境，即環(huán)境壓力為一個(gè)大氣壓。

所述負(fù)壓為低于一個(gè)大氣壓的壓力。

所述正壓為高于一個(gè)大氣壓的壓力。

所訴的焊接過程為應(yīng)用所形成的具有高電弧剛性和受到外部拘束的非熔化極電弧為熱源進(jìn)行的焊接。

焊接過程中通過調(diào)節(jié)抽氣的壓強(qiáng)值或送氣的流量值，調(diào)節(jié)電弧的拘束程度，實(shí)現(xiàn)焊接過程依據(jù)實(shí)際焊接效果調(diào)節(jié)電弧狀態(tài)的操作，從而精確控制焊接過程中電弧對(duì)焊接工件的力熱輸入。

該空心陰極環(huán)狀負(fù)壓電弧焊接裝置主要包括一個(gè)互相嵌套的電極、抽氣裝置、送氣裝置、焊接電源和保護(hù)氣，互相嵌套的電極外部為環(huán)狀電極，環(huán)狀電極內(nèi)部嵌套空心鎢極，其中抽氣裝置主要包括依次連接的抽氣泵、壓力釋放裝置和閥門，這些裝置都有導(dǎo)氣管路連接，壓力釋放裝置上設(shè)有壓強(qiáng)顯示裝置；送氣裝置由依次連接的送氣泵、氣體釋放裝置和閥門組成，同樣利用導(dǎo)氣管路連接，氣體釋放裝置上設(shè)有流量顯示裝置；一個(gè)焊接電源及其控制系統(tǒng)將空心鎢極和工件連接，另一個(gè)焊接電源及其控制系統(tǒng)將工件與空心環(huán)狀電極相連；在環(huán)狀電極外部設(shè)有用于氣體保護(hù)的環(huán)狀的保護(hù)氣噴嘴。該焊接方法有關(guān)焊槍必須的氣路和水路連接法都是常規(guī)接法。

該焊接方法主要包括以下步驟：

(1)焊前準(zhǔn)備工作。確保各氣路、水路和電路系統(tǒng)連接正常。打開各閥門檢測(cè)送氣系統(tǒng)和抽氣系統(tǒng)是否工作正常，確保密封良好。

(2)抽氣。首先確保抽氣系統(tǒng)氣路上的閥門關(guān)閉，開啟抽氣裝置，調(diào)節(jié)壓力釋放裝置，使壓強(qiáng)顯示裝置上顯示的壓強(qiáng)值為預(yù)設(shè)值。