專利名稱：改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
水下焊接作為海洋鋼結(jié)構(gòu)重要施工技術(shù)，已成為海洋能源開發(fā)、艦船維修、海洋工程建設(shè)與修理不可缺少的工程手段。若干年來，伴隨國家大力發(fā)展水利水電事業(yè)以及病險(xiǎn)水庫加固工程的展開，水下鋼結(jié)構(gòu)物的維護(hù)與修理也極需這種水下焊接技術(shù)。相對其它水下焊接方法，濕法水下焊接具有如下優(yōu)點(diǎn):①直接用于水下焊接環(huán)境。②不需要其它輔助設(shè)備，移動(dòng)方便、迅速。③只需要合格的潛水焊工和水下焊接設(shè)備，可在可潛水深的任何位置進(jìn)行焊接，適應(yīng)性強(qiáng)。④焊接作業(yè)時(shí)間占焊接總作業(yè)時(shí)間的比例大，省時(shí)、經(jīng)濟(jì)性好。因此，水下濕法焊接成為了目前應(yīng)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(wěn)態(tài)的電弧空腔中連續(xù)燃燒的過程。由于水下濕法焊區(qū)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(jié)晶成形過程也是直接在水中完成。受水汽蒸發(fā)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(shí)的10-15倍，因此造成焊接熔池結(jié)晶速度加快，擴(kuò)散氫含量更高，由此會導(dǎo)致氣孔及冷裂紋等焊接缺陷的產(chǎn)生，降低焊接結(jié)構(gòu)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(xué)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(qū)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(shù)(多層多道焊)或采用鋁熱焊條的方法進(jìn)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(fā)明內(nèi)容
為改善水下濕法焊接接頭質(zhì)量，減少焊接缺陷的產(chǎn)生，本發(fā)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(dá)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(fā)明同時(shí)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(fā)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(jìn)行焊前預(yù)熱和/或焊后熱處理的步驟。其中:焊前預(yù)熱采用外加中頻或高頻感應(yīng)加熱的方法，焊后熱處理采用外加中頻或高頻感應(yīng)加熱的方法。進(jìn)一步地，上述方法還包括對焊接試樣的下表面進(jìn)行焊前預(yù)熱和/或焊后熱處理的步驟。再進(jìn)一步地，焊前預(yù)熱的溫度控制在25°C -600°C，焊后熱處理的溫度控制在25 0C -600。。。本發(fā)明采用的與外加中頻加熱的方法相對應(yīng)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(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱線圈由感應(yīng)加熱電源控制。進(jìn)一步地，上述裝置在焊接試樣的下表面也放置有感應(yīng)加熱線圈。其中:感應(yīng)加熱線圈為中頻或高頻感應(yīng)，同時(shí)相對應(yīng)的感應(yīng)加熱電源為中頻感應(yīng)加熱電源或高頻感應(yīng)加熱電源。施焊時(shí)，感應(yīng)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(yīng)加熱線圈與焊接試樣之間的距離為3-12_。其中感應(yīng)加熱電源功率可調(diào)，即焊接區(qū)域的溫度可控，感應(yīng)加熱線圈與焊炬同步運(yùn)動(dòng)，且感應(yīng)加熱線圈與焊炬的中心距離可調(diào)。一方面，當(dāng)對焊接區(qū)域進(jìn)行焊前預(yù)熱時(shí)，感應(yīng)加熱線圈置于焊炬的前面，預(yù)熱升溫到一定溫度后，再進(jìn)行焊接，以降低鋼板的冷裂傾向等焊接缺陷；另一方面，當(dāng)一處焊接完成后，感應(yīng)加熱線圈置于焊炬的后面，對焊縫進(jìn)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(kuò)散氫含量。另外，采用中/高頻感應(yīng)加熱線圈對工件進(jìn)行加熱融化的同時(shí)對焊接熔池也可進(jìn)行電磁攪拌作用，這其中包含電磁攪拌的晶粒細(xì)化作用和高溫場下的晶粒長大過程。同時(shí)，適當(dāng)?shù)目刂聘袘?yīng)溫度，可使電磁攪拌的作用占優(yōu)勢，三維的電磁攪拌力可以細(xì)化晶粒，均勻化組織。本發(fā)明通過采用中/高頻感應(yīng)加熱的方法對濕法焊接區(qū)域進(jìn)行焊前的預(yù)熱或焊后熱處理，可與焊接過程同時(shí)進(jìn)行，在對焊接試樣進(jìn)行有效熱處理的同時(shí)還能夠減緩焊縫冷卻速度，達(dá)到減少焊縫及熱影響區(qū)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。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、水下焊接電源；2、感應(yīng)加熱電源；3、焊接試樣；4、焊炬；5、感應(yīng)加熱線圈；
6、焊接水槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，包括在水下使用焊炬對焊接試樣進(jìn)行施焊的步驟，和對焊接試樣的焊接面進(jìn)行焊前預(yù)熱的步驟。其中焊前預(yù)熱采用外加中頻感應(yīng)加熱的方法。如圖1所示，與上述方法相對應(yīng)的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，包括水下焊接電源1，與水下焊接電源I相連接的焊炬4，焊接試樣3，和置于焊接試樣3外的焊接水槽6，焊接試樣3上表面放置中頻感應(yīng)加熱線圈5，中頻感應(yīng)加熱線圈5由中頻感應(yīng)加熱電源2控制。施焊時(shí)，中頻感應(yīng)加熱線圈5位于焊炬4之前，中頻感應(yīng)加熱線圈5距離焊接試樣3上表面5mm,感應(yīng)加熱線圈5與焊炬4同步運(yùn)動(dòng)。逐漸調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源2的頻率,使作用到焊接區(qū)域的溫度由低到高逐漸升至600°C，然后進(jìn)行焊接。實(shí)施例2一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，包括在水下使用焊炬對焊接試樣進(jìn)行施焊的步驟，和對焊接試樣的焊接面進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理的步驟。其中焊前預(yù)熱和焊后熱處理均采用外加中頻感應(yīng)加熱的方法。如圖1所示，與上述方法相對應(yīng)的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，包括水下焊接電源1，與水下焊接電源I相連接的焊炬4，焊接試樣3，和置于焊接試樣3外的焊接水槽6，焊接試樣3上表面放置中頻感應(yīng)加熱線圈5，中頻感應(yīng)加熱線圈5由中頻感應(yīng)加熱電源2控制。施焊過程中，感應(yīng)加熱線圈5距離焊接試樣3上表面8mm附近，感應(yīng)加熱線圈5與焊炬4同步運(yùn)動(dòng)。一方面，對焊接區(qū)域進(jìn)行焊前預(yù)熱:感應(yīng)加熱線圈5置于焊炬4之前，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源2的頻率，作用到感應(yīng)加熱線圈5從而提供焊接區(qū)域焊前預(yù)熱的熱能量，預(yù)熱自自然溫度狀態(tài)逐漸升溫到600°C左右時(shí)，再進(jìn)行焊接，以降低鋼板的冷裂傾向等焊接缺陷；另一方面，當(dāng)一處焊接完成后，將感應(yīng)加熱線圈5置于焊炬4之后，對焊縫進(jìn)行焊后熱處理，同樣調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源2的頻率，使作用到焊接區(qū)域處的熱能量由大到小，可以從600°C逐漸降低到25°C。實(shí)施例3一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，包括在水下使用焊炬對焊接試樣進(jìn)行施焊的步驟，和對焊接試樣的焊接面進(jìn)行焊后熱處理的步驟。其中焊后熱處理采用外加高頻感應(yīng)加熱的方法。如圖1所示，與上述方法相對應(yīng)的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，包括水下焊接電源1，與水下焊接電源I相連接的焊炬4，焊接試樣3，和置于焊接試樣3外的焊接水槽6，焊接試樣3上表面放置高頻感應(yīng)加熱線圈5，高頻感應(yīng)加熱線圈5由高頻感應(yīng)加熱電源2控制。施焊時(shí)，高頻感應(yīng)加熱線圈5位于焊炬4之后，高頻感應(yīng)加熱線圈5與焊炬4同步運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一處焊接完成后，高頻感應(yīng)加熱線圈5置于距離焊縫上表面6mm處，逐漸調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱電源2的頻率，使作用到焊接區(qū)域的溫度由高到低，可以從600°C逐漸降低到25°C，SP完成一個(gè)焊后熱處理的過程。實(shí)施例4用于改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法與上述實(shí)施例1的區(qū)別在于，還包括對焊接試樣的背面進(jìn)行焊前預(yù)熱的步驟。相對應(yīng)的，在裝置中，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，焊接試樣3的下表面也放置有感應(yīng)加熱線圈5。實(shí)施例5用于改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法與上述實(shí)施例2的區(qū)別在于，還包括對焊接試樣的背面進(jìn)行焊前預(yù)熱的步驟。
相對應(yīng)的，在裝置中，與實(shí)施例2的區(qū)別在于，焊接試樣3的下表面也放置有感應(yīng)加熱線圈5。實(shí)施例6用于改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法與上述實(shí)施例3的區(qū)別在于，還包括對焊接試樣的背面進(jìn)行焊前預(yù)熱的步驟。相對應(yīng)的，在裝置中，與實(shí)施例3的區(qū)別在于，焊接試樣3的下表面也放置有感應(yīng)加熱線圈5。在實(shí)際應(yīng)用中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以在本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)，合理選擇其他的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)，但與本發(fā)明所保護(hù)的技術(shù)方案實(shí)質(zhì)性相同，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，包括在水下使用焊炬對焊接試樣進(jìn)行施焊的步驟，其特征在于:該方法還包括對焊接試樣的焊接面進(jìn)行焊前預(yù)熱和/或焊后熱處理的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，其特征在于:所述焊前預(yù)熱和焊后熱處理采用外加中頻或高頻感應(yīng)加熱的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，其特征在于:所述焊前預(yù)熱的溫度為25°C -600°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，其特征在于:所述焊后熱處理的溫度為25°C -600°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的方法，其特征在于:還包括對焊接試樣的下表面進(jìn)行焊前預(yù)熱和/或焊后熱處理的步驟。
6.一種改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，包括水下焊接電源(I)，與水下焊接電源(I)相連接的焊炬(4)，焊接試樣(3)，和置于焊接試樣(3)外的焊接水槽￠)，其特征在于:所述焊接試樣(3)上表面放置感應(yīng)加熱線圈(5)，所述感應(yīng)加熱線圈(5)由感應(yīng)加熱電源⑵控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，其特征在于:所述焊接試樣(3)下表面也放置有感應(yīng)加熱線圈(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，其特征在于:所述感應(yīng)加熱線圈(5)為中頻或高頻感應(yīng)，同時(shí)相對應(yīng)的感應(yīng)加熱電源(2)為中頻感應(yīng)加熱電源或高頻感應(yīng)加熱電源。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，其特征在于:施焊時(shí)，所述感應(yīng)加熱線圈(5)位于焊炬(4)之前或之后，與焊炬(4)的相對位置固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的用于改善水下濕法焊接接頭組織性能的裝置，其特征在于:所述感應(yīng)加熱線圈(5)與焊接試樣之間的距離為3-12mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)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。所述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(jìn)行焊前預(yù)熱和/或焊后熱處理的步驟；相對應(yīng)的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(yīng)加熱線圈，感應(yīng)加熱線圈由感應(yīng)加熱電源控制。采用本發(fā)明的方法和裝置，在對焊接試樣進(jìn)行有效熱處理的同時(shí)還能夠減緩焊縫冷卻速度，達(dá)到減少焊縫及熱影響區(qū)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。
文檔編號B23K9/00GK103111734SQ20131003595
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者張洪濤, 袁新, 馮吉才, 胡樂亮, 代項(xiàng)羽 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)