專利名稱：不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼薄壁管焊接工程領(lǐng)域，特別是一種不銹鋼薄壁管環(huán)焊縫接頭 的焊接方法及裝置。
背景技術(shù)：
不銹鋼薄壁管在冶金、化工、食品、航天、航空、核工業(yè)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛， 其厚度一般小于3mm。由于不銹鋼線膨脹系數(shù)大、熱導(dǎo)率小，加上薄壁管的壁厚較 薄，不銹鋼薄壁管特別是奧氏體不銹鋼薄壁管，在采用普通非熔化極惰性氣體保護 焊接時，常常會出現(xiàn)焊接變形、焊接裂紋、氣孔、夾雜、未焊透等缺陷，特別是在 一些性能要求很高的航空航天、核工業(yè)領(lǐng)域是不允許出現(xiàn)這些缺陷的，因此必須花 費大量的人力、物力和時間對每一條焊縫進(jìn)行檢測，反復(fù)根據(jù)原材料品質(zhì)和焊接結(jié) 構(gòu)進(jìn)行焊接工藝規(guī)范的調(diào)整，所以需要尋找一種簡單實用可靠的方法或設(shè)備解決該 問題，以提高生產(chǎn)效率。
中國專利ZL200510069264.3公開了 "一種不銹鋼復(fù)合鋼管的焊接方法"，它主 要用于解決復(fù)合鋼管在使用通常的熔焊方法時容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，同時提 高焊接效率，降低焊接成本；其主要步驟依次包括連接面加工清洗、涂裝中間材 料、組裝夾緊、感應(yīng)加熱，使中間材料溶化，實現(xiàn)連接面液相擴散焊接；該方法是 一種釬焊技術(shù)，兩連接件不熔化，而是通過釬料熔化的液相擴散實現(xiàn)連接，其焊接 接頭性能有限，其工程應(yīng)用范圍受到局限。中國專利ZL00123310.6公開的"薄壁不 銹鋼焊接管的連接方法及實施該方法的連接部件",該方法是在兩根被粘接管的接口 外設(shè)一個外套管，通過它與膠粘劑一起，將管子連接起來。為了施工和臨時新開管 線的需要，該發(fā)明中還設(shè)計了不等徑連體管箍和T型異徑箍式管接頭，該方法是一 種涂膠連接的方法，不是金屬熔化焊接的技術(shù)，其膠接接頭的強度與機械性能受到 影響，其工程應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有焊接技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種減少焊接缺陷、 特別是減少接頭焊接裂紋的敏感性，降低成本，突破普通焊接技術(shù)不能滿足接頭性 能要求，提高焊接質(zhì)量的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的 焊接裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，使用外加縱 向電磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接技術(shù)，實現(xiàn)對不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭焊 接；包括如下步驟
1) 清理焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接頭干凈與干燥；
2) 采用工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)對不銹鋼薄壁管工件接頭進(jìn)行夾持，不銹鋼薄壁管 工件接頭的兩連接端面位于充滿惰性氣體的氣室內(nèi)，焊接接頭勻速旋轉(zhuǎn)；
3) 采用外加縱向電磁場控制焊接電弧旋轉(zhuǎn)，并對焊接熔池熔體進(jìn)行電磁攪拌， 改變焊接溫度場分布，控制焊接接頭的凝固過程，從而促成焊縫組織細(xì)化，減少偏 析，降低焊接裂紋的敏感性，對不銹鋼薄壁管工件接頭進(jìn)行環(huán)縫焊接。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的 非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭熔深精確控制、 無焊接裂紋的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的 非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭、鎬及其合金薄 壁管環(huán)縫接頭、鎂及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鋁及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鈦及其 合金熔薄壁管環(huán)縫接頭的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，所述外加縱向雙向交變脈沖磁場的 非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接工藝中，脈沖峰值焊接電流20 120A，脈沖基值 悍接電流1 20A，脈沖頻率1 50Hz,脈沖持續(xù)時間0. 02 0. 8s,;勵磁電流
1 15A，勵磁頻率4 20Hz;鉤極直徑0.8 4. Omm，薄壁件厚度0. 1 3mm，保 護氣體流量5 40L/min，焊接速度:2 20cm/min。
實現(xiàn)所述焊接方法的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，包括工 件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、頂尖、焊炬系統(tǒng)、氣室、焊接電源和勵磁設(shè)備，所述勵磁設(shè)備 包括勵磁線圈和勵磁電源，勵磁線圈在氣室內(nèi)，位于被焊接工件接頭焊接部位的上 方，勵磁線圈固定于焊炬系統(tǒng)上；勵磁線圈與焊炬系統(tǒng)相連且同軸；勵磁線圈產(chǎn)生 與焊炬同軸的外加縱向電磁攪拌磁場；
或者勵磁線圈在氣室內(nèi)，位于被焊接工件接頭焊接部位的下方，勵磁線圈固定 于氣室的下底面；勵磁線圈與焊炬系統(tǒng)同軸；電磁攪拌勵磁線圈產(chǎn)生與焊炬同軸的 外加縱向電磁攪拌磁場；
或者兩個勵磁線圈在氣室內(nèi)，同時位于被焊接工件接頭焊接部位的上方和下方， 勵磁線圈分別被固定于氣室的下底面和焊炬系統(tǒng)上，產(chǎn)生與焊炬同軸的外加縱向電 磁攪拌磁場。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，所述勵磁電源為IGBT逆變式勵磁電
源，向勵磁線圈提供電源，能夠產(chǎn)生雙向交變脈沖勵磁電流、或直流勵磁電流、或 單向脈沖勵磁電流、或交流勵磁電流；勵磁電流的脈沖持續(xù)時間、頻率、強度和占 空比可調(diào)節(jié)，勵磁電源電流1 50A，勵磁電源脈沖頻率1 100Hz。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，所述勵磁線圈帶有導(dǎo)磁鐵芯；所述 導(dǎo)磁鐵芯活動安裝在勵磁線圈中，可以自由調(diào)節(jié)其在勵磁線圈中的位置直至全部從 線圈中去除；所述導(dǎo)磁鐵芯端部的形狀可設(shè)計為漏斗型、直桶型、圓錐型或曲面型， 導(dǎo)磁鐵芯的下端面形狀收縮，以便于磁力線更集中作用于焊縫；導(dǎo)磁鐵芯內(nèi)建有水 冷系統(tǒng)，使焊矩、導(dǎo)磁鐵芯和勵磁線圈均處于良好的工作狀態(tài)。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，焊炬系統(tǒng)包括一體式的氣室塞、絕 緣材料棒、噴嘴、導(dǎo)電嘴和鎢極，當(dāng)勵磁線圈位于位于被焊接工件接頭焊接部位的 上方時，直接與焊炬系統(tǒng)集成為一體，通過絕緣材料使焊炬與勵磁線圈保持絕緣狀 態(tài)。
所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，惰性氣體充滿于氣室中，同時氣室 的下部分裝有改善惰性保護氣體流態(tài)、形成層流態(tài)良好氣體保護流態(tài)的氣篩，氣室 的底部有排氣孔。
本發(fā)明利用該外加磁場進(jìn)行電磁攪拌作用，以控制焊接電弧的旋轉(zhuǎn)，使焊接熔 池熔體充分?jǐn)嚢?，改善焊接熔池金屬的結(jié)晶狀況，改變焊接凝固過程和溫度場的分 布(組織、相結(jié)構(gòu)也會改變)，促使焊縫晶粒細(xì)化，減小化學(xué)不均勻性，降低氣孔的 敏感性及裂紋的敏感性；減少了焊接缺陷，形成優(yōu)質(zhì)焊縫。 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、 本發(fā)明使用的外加電磁場控制非熔化極惰性氣體保護脈沖焊接方法，通過相 應(yīng)的勵磁電源提供勵磁電流，產(chǎn)生外加縱向雙向交變脈沖電磁場，實現(xiàn)對不銹鋼薄 壁管接頭熔深精確控制的、無焊接缺陷的高質(zhì)量焊接。
2、 本發(fā)明采用外加電磁場控制非熔化極惰性氣體保護脈沖焊接工藝，控制焊接 電弧旋轉(zhuǎn)，對焊接熔池中的液體金屬熔體進(jìn)行電磁攪拌，改變焊接溫度場的分布狀 況，控制了焊接接頭的凝固過程，促使焊縫晶粒細(xì)化，減小化學(xué)不均勻性，降低氣 孔的敏感性及裂紋的敏感性，最終減少了焊接缺陷，降低了成本，提高了焊縫質(zhì)量。
3、 本發(fā)明能夠降低接頭的焊接變形、焊接裂紋、氣孔、夾雜、未焊透等焊接缺 陷，特別使用于對焊接接頭性能要求很高的航空航天、核工業(yè)領(lǐng)域，降低了對原材 料品質(zhì)的苛刻要求和對焊接工藝的嚴(yán)格限制，是一種簡單、實用、可靠的焊接方法 和焊接設(shè)備，生產(chǎn)效率提高。
4、 本發(fā)明可實現(xiàn)不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭、鎬及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鎂及其 合金薄壁管環(huán)縫接頭、鋁及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鈦及其合金熔薄壁管環(huán)縫接頭 的多種材料的高效、低成本、高穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)焊接；能夠滿足兩個薄壁管件、 一個 薄壁管件與一個實心端塞、 一個薄壁管件與一個厚壁端頭的薄壁管環(huán)焊縫接頭的焊
接，焊接質(zhì)量高，節(jié)約了資源，降低了生產(chǎn)成本，突破了傳統(tǒng)焊接技術(shù)不能滿足焊 接質(zhì)量的嚴(yán)格要求，是一種高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、高適用性、無缺陷的焊接技術(shù)與 裝置。


圖l是本發(fā)明的焊接方法和裝置示意圖2、圖3和圖4分別是三種接頭形式的剖面圖。
圖中，l.焊接工件接頭；2.工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；3.勵磁電源；4.焊炬系統(tǒng)； 5.勵磁線圈；6.氣室塞；7.鎢極；S.頂尖；9.氣室；IO.焊接電源；ll.導(dǎo)磁鐵芯； 12.氣篩；13.環(huán)縫；14.薄壁管件；15.薄壁管件；16.薄壁管件；17.實心端塞；18. 薄壁管件；19.厚壁端頭。
具體實施例方式
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，使用外加縱向電磁場的非熔化極脈沖惰性 氣體保護焊接技術(shù)，實現(xiàn)對不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接。通過優(yōu)化外加縱向雙向 交變脈沖磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接工藝參數(shù)，改善焊縫質(zhì)量，消除焊 接微裂紋、氣孔、夾雜、未焊透等焊接缺陷，控制焊接變形，實現(xiàn)對不銹鋼薄壁管 環(huán)縫接頭高質(zhì)量的焊接。
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
一、不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，使用外加縱向電磁場的非熔化極脈沖惰性
氣體保護焊接技術(shù)，實現(xiàn)對不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭焊接；包括如下步驟
1) 仔細(xì)清理不銹鋼焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接頭
千凈與干燥；
2) 采用工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2對不銹鋼薄壁管工件接頭1進(jìn)行夾持，將不銹鋼 薄壁管焊接工件接頭1的兩連接端面位于充滿惰性氣體的氣室9內(nèi)，焊接接頭在工 件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的作用下勻速旋轉(zhuǎn)；
3) 采用外加縱向電磁場控制焊接電弧旋轉(zhuǎn)，并對焊接熔池熔體進(jìn)行電磁攪拌， 改變焊接溫度場分布，控制焊接接頭的凝固過程，從而促成焊縫組織細(xì)化，減少偏 析，降低焊接裂紋的敏感性，對不銹鋼薄壁管焊接工件接頭l進(jìn)行環(huán)縫焊接。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化 極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭熔深精確控制、無焊接 裂紋的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化
極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭、鎬及其合金薄壁管環(huán) 縫接頭、鎂及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鋁及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鈦及其合金熔 薄壁管環(huán)縫接頭的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化極脈 沖惰性氣體保護焊接工藝中，脈沖峰值焊接電流20 120A，脈沖基值焊接電流l 20A,脈沖頻率1 50Hz,脈沖持續(xù)時間0.02 0.8s,;勵磁電流1 15A，勵磁 頻率4 20Hz;鎢極直徑0.8 4. Omm，薄壁件厚度0. 1 3mm，保護氣體流量 5 40L/min,焊接速度:2 20cm/min。
二、不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置
如圖1所示，不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，包括工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2、 頂尖8、焊炬系統(tǒng)4、氣室9、焊接電源10和勵磁設(shè)備，所述勵磁設(shè)備包括勵磁線 圈5和勵磁電源3;勵磁線圈5在氣室9內(nèi)，勵磁線圈5可以有三種安裝方式；
勵磁線圈5的三種安裝方式如下
1) 勵磁線圈5在氣室9內(nèi)，位于被焊接工件接頭l焊接部位的上方，勵磁線圈 5固定于焊炬系統(tǒng)4上；勵磁線圈5與焊炬系統(tǒng)4相連且同軸；勵磁線圈5產(chǎn)生與 焊炬同軸的外加縱向電磁攪拌磁場；
在電磁攪拌勵磁線圈5的端部設(shè)有與焊炬噴嘴相連的夾持鎖緊機構(gòu)，其將勵磁 線圈5固定在焊炬系統(tǒng)4上，使勵磁線圈5與焊接工件接頭1有一定距離的自由調(diào) 節(jié)度。實現(xiàn)不同焊接速度、間隙和大小合理的電磁控制脈沖焊接施加方式；
或者，將電磁攪拌勵磁線圈5直接與焊炬系統(tǒng)4集成為一體，采用絕緣材料使 焊炬噴嘴4的外壁與線圈的線匝保持絕緣狀態(tài)。
2) 勵磁線圈5在氣室9內(nèi)，位于被焊接工件接頭l焊接部位的下方，勵磁線圈 5固定于氣室9的下底面；勵磁線圈5與焊炬系統(tǒng)4同軸；電磁攪拌勵磁線圈5產(chǎn) 生與焊炬同軸的外加縱向電磁攪拌磁場；
3) 兩個勵磁線圈5在氣室9內(nèi)，同時位于被焊接工件接頭1焊接部位的上方和 下方，勵磁線圈5分別被固定于氣室9的下底面和焊炬系統(tǒng)4上，產(chǎn)生與焊炬同軸的 外加縱向電磁攪拌磁場。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，勵磁電源3為IGBT逆變式勵磁電源，勵磁 電源3能夠產(chǎn)生雙向交變脈沖勵磁電流、或直流勵磁電流、或單向脈沖勵磁電流、 或交流勵磁電流；勵磁電流的脈沖持續(xù)時間、頻率、強度和占空比可調(diào)節(jié)，勵磁電 源電流1 50A，勵磁電源脈沖頻率1 100Hz。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，勵磁線圈5還可帶有導(dǎo)磁鐵芯11;所述導(dǎo) 磁鐵芯11活動安裝在勵磁線圈5中，可以自由調(diào)節(jié)其在勵磁線圈中的位置直至全部 從線圈中去除；所述導(dǎo)磁鐵芯ll端部的形狀可設(shè)計為漏斗型、直桶型、圓錐型或曲 面型，導(dǎo)磁鐵芯11的下端面形狀收縮，以便于磁力線更集中作用于焊縫；導(dǎo)磁鐵芯ll內(nèi)建有水冷系統(tǒng)，使焊矩、導(dǎo)磁鐵芯和勵磁線圈均處于良好的工作狀態(tài)。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，焊炬系統(tǒng)4包括一體式的氣室塞6、絕緣 材料棒、噴嘴、導(dǎo)電嘴和鎢極7,當(dāng)勵磁線圈5位于被焊接工件接頭1焊接部位的 上方時，直接與焊炬系統(tǒng)4集成為一體，通過絕緣材料使焊炬與勵磁線圈5保持絕 緣狀態(tài)。
不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，惰性氣體充滿于氣室9中，同時氣室9的 下部分裝有改善惰性保護氣體流態(tài)、形成層流態(tài)良好氣體保護流態(tài)的氣篩12，氣室 9的底部有排氣孔。，
勵磁線圈5由勵磁電源3提供電源，勵磁線圈5最常用的結(jié)構(gòu)為軸對稱圓柱線 圈結(jié)構(gòu)。焊接電源10采用能夠產(chǎn)生多種波形的數(shù)字逆變式或普通焊接電源。
在焊接過程中，氣室9內(nèi)的充滿惰性保護氣體成分，頂尖8與焊接工件接頭1 一端緊密接觸，并與焊接工件接頭1一起旋轉(zhuǎn)。工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2采用氣動自 動夾緊及步進(jìn)電機帶動旋轉(zhuǎn)，并可自由調(diào)節(jié)夾緊力和轉(zhuǎn)速。
三、 本發(fā)明不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法及裝置的應(yīng)用包括 用于兩個薄壁管件14、 15的薄壁管環(huán)焊縫接頭的焊接，如圖2; 用于一個薄壁管件16與一個實心端塞17的薄壁管環(huán)焊縫接頭的焊接，如圖3; 用于一個薄壁管件18與一個厚壁端頭19的薄壁管環(huán)焊縫接頭的焊接，如圖4;
用于以下材質(zhì)的焊接
低碳鋼，合金鋼，特種鋼，不銹鋼或管線鋼等其它黑色金屬；
鎬及其合金接頭，鎂及其合金接頭，鋁及其合金接頭或鈦及其合金接頭。 本發(fā)明可改善焊接熔池金屬的結(jié)晶狀況，改變焊接凝固過程和溫度場的分布(組 織、相結(jié)構(gòu)也會改變)，促使焊縫晶粒細(xì)化，減小化學(xué)不均勻性，降低氣孔的敏感性
及裂紋的敏感性；減少了焊接缺陷，形成優(yōu)質(zhì)焊縫。
采用外加縱向雙向交變脈沖磁場控制的非熔化極脈沖惰性氣體保護電弧新熱 源，利用該弧源所具有的高效、優(yōu)質(zhì)、與溫度精確可控性的特性，實現(xiàn)多種材料的 高效、低成本、高穩(wěn)定性、無焊接缺陷和優(yōu)質(zhì)接頭的焊接過程。
四、 具體實施例-實施例l:
參見圖3或圖4，壁厚為0.4 0.8mm，外徑為8 12mm的奧氏體不銹鋼0Crl8Nil0Ti 的薄壁管件與實心端塞或厚壁端頭的環(huán)縫接頭的焊接，清理焊接接頭，去除氧化物、 飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接頭干凈與干燥；其焊接工藝參數(shù)是脈沖峰值焊接 電流4 5 75A，脈沖基值焊接電流5 12A，焊接脈沖頻率15 25Hz,氬氣流 量8 121/min，鴇極直徑1.2 2.4mm，勵磁電流2 10A，勵磁頻率3 20Hz，焊接速度2 10s/周。 實施例2:
參見圖3，壁厚為0.6 0.9mm，外徑為6 15mm的Zr-4鎬合金的薄壁管件與實心 端塞的環(huán)縫接頭的焊接，清理焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保 持接頭干凈與干燥；其焊接工藝參數(shù)是脈沖峰值焊接電流50 80A，脈沖基值焊 接電流8 20A，焊接脈沖頻率10 30Hz，氬氣流量12 201/min，鎢極直徑 2.0 3.2mm，勵磁電流4 15A，勵磁頻率5 20Hz，焊接速度4 15s/周。
實施例3:
參見圖2，壁厚為O. 7 1.0mm，外徑為6 10mm的鎂合金AZ61的兩個薄壁管件間 的環(huán)縫接頭的焊接，清理焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接
頭干凈與干燥；其焊接工藝參數(shù)是方波交流焊接電流60 100A，氬氣流量8
201/min，鴇極直徑1.2 3.2mm，勵磁電流3 12A，勵磁頻率4 16Hz,焊接 速度3 12s/周。
實施例4:
參見圖2，壁厚為O. 6 1.2mm，外徑為10 15mm的鋁合金LF6的兩個薄壁管件間
的環(huán)縫接頭的焊接，清理焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接 頭干凈與干燥；其焊接工藝參數(shù)是交流脈沖峰值焊接電流70 100A，脈沖基值 焊接電流40 50A，氬氣流量8 151/min，鎢極直徑1.0 3.2mm，勵磁電流 3 18A，勵磁頻率5 10Hz，焊接速度2 18s/周。
根據(jù)實際焊接對象和材料成分，綜合考慮接頭形式與焊接工藝參數(shù)的合理匹配， 并對焊接工藝進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，保證獲得高質(zhì)量的薄壁環(huán)縫焊接接頭。
權(quán)利要求
1.不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，其特征在于，使用外加縱向電磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接技術(shù)，實現(xiàn)對不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭焊接；包括如下步驟1)清理焊接接頭，去除氧化物、飛塵、油污和其他雜質(zhì)，保持接頭干凈與干燥；2)采用工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(2)對不銹鋼薄壁管工件接頭(1)進(jìn)行夾持，將不銹鋼薄壁管工件接頭(1)的兩連接端面位于充滿惰性氣體的氣室(9)內(nèi)，焊接接頭在工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的作用下勻速旋轉(zhuǎn)；3)采用外加縱向電磁場控制焊接電弧旋轉(zhuǎn)，并對焊接熔池熔體進(jìn)行電磁攪拌，改變焊接溫度場分布，控制焊接接頭的凝固過程，從而促成焊縫組織細(xì)化，減少偏析，降低焊接裂紋的敏感性，對不銹鋼薄壁管工件接頭(1)進(jìn)行環(huán)縫焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，其特征在于，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹鋼 薄壁管環(huán)縫接頭熔深精確控制、無焊接裂紋的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l.或2所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，其特征在于，采用外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接方式，實現(xiàn)不銹 鋼薄壁管環(huán)縫接頭、鎬及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鎂及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鋁 及其合金薄壁管環(huán)縫接頭、鈦及其合金熔薄壁管環(huán)縫接頭的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，其特征在于， 所述外加縱向雙向交變脈沖磁場的非熔化極脈沖惰性氣體保護焊接工藝中，脈沖峰 值焊接電流20 120A，脈沖基值焊接電流1 20A，脈沖頻率1 50Hz,脈沖持 續(xù)時間0.02 0.8s，；勵磁電流1 15A，勵磁頻率4 20Hz;鎢極直徑0. 8 4. Omm，薄壁件厚度0. 1 3mm，保護氣體流量5 40L/min，焊接速度2 20cm/min。
5. —種不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，包括工件夾持及旋轉(zhuǎn) 機構(gòu)(2)、頂尖(8)、焊炬系統(tǒng)(4)、氣室(9)、焊接電源(10)和勵磁設(shè)備，所 述勵磁設(shè)備包括勵磁線圈(5)和勵磁電源(3)，勵磁線圈(5)在氣室(9)內(nèi)，位 于被焊接工件接頭(1)焊接部位的上方，勵磁線圈(5)固定于焊炬系統(tǒng)(4)上； 勵磁線圈(5)與焊炬系統(tǒng)(4)相連且同軸；勵磁線圈(5)產(chǎn)生與焊炬同軸的外加 縱向電磁攪拌磁場；或者勵磁線圈(5)在氣室(9)內(nèi)，位于被焊接工件接頭(1)焊接部位的下方， 勵磁線圈(5)固定于氣室(9)的下底面；勵磁線圈(5)與焊炬系統(tǒng)(4)同軸； 電磁攪拌勵磁線圈(5)產(chǎn)生與焊炬同軸的外加縱向電磁攪拌磁場； 或者兩個勵磁線圈(5)在氣室(9)內(nèi)，同時位于被焊接工件接頭(1)焊接部 位的上方和下方，勵磁線圈(5)分別被固定于氣室(9)的下底面和焊炬系統(tǒng)(4) 上，產(chǎn)生與焊炬同軸的外加縱向電磁攪拌磁場。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，所 述勵磁電源(3)為IGBT逆變式勵磁電源，向勵磁線圈5提供電源，能夠產(chǎn)生雙向 交變脈沖勵磁電流、或直流勵磁電流、或單向脈沖勵磁電流、或交流勵磁電流；勵 磁電流的脈沖持續(xù)時間、頻率、強度和占空比可調(diào)節(jié)，勵磁電源電流1 50A，勵磁 電源脈沖頻率1 100Hz。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，所 述勵磁線圈(5)帶有導(dǎo)磁鐵芯(11);所述導(dǎo)磁鐵芯(11)活動安裝在勵磁線圈(5) 中，可以自由調(diào)節(jié)其在勵磁線圈中的位置直至全部從線圈中去除；所述導(dǎo)磁鐵芯(ll) 端部的形狀可設(shè)計為漏斗型、直桶型、圓錐型或曲面型，導(dǎo)磁鐵芯(11)的下端面 形狀收縮，以便于磁力線更集中作用于焊縫；導(dǎo)磁鐵芯(11)內(nèi)建有水冷系統(tǒng)，使 焊矩、導(dǎo)磁鐵芯和勵磁線圈均處于良好的工作狀態(tài)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，焊 炬系統(tǒng)(4)包括一體式的氣室塞(6)、絕緣材料棒、噴嘴、導(dǎo)電嘴和鉤極(7)，當(dāng) 勵磁線圈(5)位于位于被焊接工件接頭(1)焊接部位的上方時，直接與焊炬系統(tǒng)(4)集成為一體，通過絕緣材料使焊炬與勵磁線圈(5)保持絕緣狀態(tài)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，其特征在于，惰 性氣體充滿于氣室(9)中，同時氣室(9)的下部分裝有改善惰性保護氣體流態(tài)， 形成層流態(tài)良好氣體保護流態(tài)的氣篩(12)，氣室(9)的底部有排氣孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接方法，包括如下步驟采用工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)對不銹鋼薄壁管工件接頭進(jìn)行夾持，不銹鋼薄壁管工件接頭位于氣室內(nèi)，并可旋轉(zhuǎn)；采用外加磁場控制的非熔化極脈沖氣體保護電弧焊接技術(shù)對不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭進(jìn)行焊接。本發(fā)明還提供一種不銹鋼薄壁管環(huán)縫接頭的焊接裝置，包括工件夾持及旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、頂尖、焊炬、氣篩和氣室，還包括外加磁場勵磁設(shè)備，在焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生外加的電磁場實現(xiàn)電磁攪拌焊接過程。本方法和設(shè)備實現(xiàn)不銹鋼、鎬及其合金、鎂合金、鋁合金的多種材料薄壁管環(huán)縫接頭的優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、高穩(wěn)定性的焊接。
文檔編號B23K9/167GK101347861SQ20081007021
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者穎 王, 鍵 羅 申請人:重慶大學(xué)