本發(fā)明屬于焊接制造領(lǐng)域，尤其涉及一種電弧焊接的缺陷抑制方法，具體應(yīng)用電流的熱效應(yīng)和電致塑性解決焊縫缺陷，以提高焊縫塑性的焊接缺陷抑制方法。
背景技術(shù)：
焊接缺陷不僅給生產(chǎn)帶來困難，在使用中還會(huì)帶來嚴(yán)重的隱患和危害，甚至可能引起災(zāi)難性的事故。
焊接裂紋是焊接缺陷中最嚴(yán)重的缺陷之一，它不僅嚴(yán)重的削弱了工件的承載能力和腐蝕能力，即使不太嚴(yán)重的裂紋，由于使用過程中造成應(yīng)力集中，則成為各種斷裂的斷裂源，造成設(shè)備的損壞。由于焊接結(jié)構(gòu)的固有特點(diǎn)使其對(duì)裂紋的擴(kuò)展和斷裂較為敏感，首先是因?yàn)楹附咏Y(jié)構(gòu)常常存在材料及幾何上的不連續(xù)，其次因?yàn)槭呛附咏宇^的組織和力學(xué)性能不均勻，以及由于焊接過程引起的殘余應(yīng)力。
在焊接結(jié)構(gòu)中的裂紋等缺陷起裂前，在其尖端附近產(chǎn)生很大的塑性變形。因此，在焊接裂縫擴(kuò)展前，如果提高焊縫的塑性，則可以有效地避免焊接裂紋的產(chǎn)生。
焊接接頭中的氣孔是焊接時(shí)很常見的缺點(diǎn)，從表面上減少了焊縫的工作截面；更危險(xiǎn)的是和其他缺欠疊加造成貫穿性缺欠，破壞焊縫的致密性。連續(xù)氣孔則是結(jié)構(gòu)破壞的原因之一。尤其是純鋁和防銹鋁的焊接。氫是鋁及鋁合金焊接時(shí)發(fā)生氣孔的主要原因。氫的來源主要是弧柱中的水分、焊接資料及母材所吸附的水分，其間焊絲及母材外表氧化膜的吸附水分。鋁及鋁合金的液體熔池很簡單形成氣孔，在高溫下溶入的很多氣體，在由液態(tài)凝結(jié)時(shí)，溶解度急劇下降，在焊后冷卻凝結(jié)過程中氣體來不及分出，而集合在焊縫中構(gòu)成氣孔。
電塑性效應(yīng)是材料在電的作用下，變形抗力降低、塑性增加的一種現(xiàn)象。金屬塑性變形的微觀機(jī)理表明，塑性變形的實(shí)質(zhì)是由于大量位錯(cuò)的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)。由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和相互間的作用，在塑性變形過程中，將產(chǎn)生位錯(cuò)的纏結(jié)和位錯(cuò)與第二相及晶體缺陷等反應(yīng)，從而阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，形成加工硬化，使塑性變形難于繼續(xù)。高密度的脈沖電流可使材料內(nèi)部原子運(yùn)動(dòng)的能量升高，改變金屬中位錯(cuò)的激活能，加快運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的速度，打開位錯(cuò)間的纏結(jié)，幫助它們克服其滑移面上的障礙，因而可以極大地提高金屬的塑性。
因此，我們利用電流的電致塑性來消除焊縫在溫度降低時(shí)因塑性變形而產(chǎn)生的裂紋；利用電流產(chǎn)生的電阻熱使焊縫緩速冷卻，讓焊接氣泡有足夠的時(shí)間從焊縫中排出。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種電弧焊接的缺陷抑制方法。傳統(tǒng)電弧焊接工藝受到焊接金屬特性、接頭結(jié)構(gòu)或焊接方式的制約，在焊接過程中產(chǎn)生不可避免的焊縫缺陷，其中，焊縫溫度降低時(shí)，內(nèi)部金屬元素結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在尖端附近由于塑性形變而產(chǎn)生裂紋，焊縫表面因氣體缺少時(shí)間溢出而產(chǎn)生氣孔，本發(fā)明利用電流的熱效應(yīng)和電致塑性提高焊縫的金屬塑性，解決這些常見的焊接缺陷。
一種電弧焊接的缺陷抑制方法，包括以下步驟：
步驟S1、焊接電源一個(gè)電極連接焊槍，另一個(gè)電極通過切換開關(guān)分別連接電流收集器和工件地線；
步驟S2、焊槍起弧之后，送絲機(jī)開始工作，在工件表面形成焊縫，通過電流收集器內(nèi)的開關(guān)控制焊接電源電極和工件地線相連；
步驟S3、焊槍在工件上勻速焊接，焊縫成型后，電流收集器到達(dá)焊縫剛凝固區(qū)域，并通過開關(guān)將焊接電源與地線的連接斷開，焊接電源、電流收集器、焊槍、工件形成回路，此時(shí)焊縫中各個(gè)位置的溫度呈降低趨勢，電流收集器從初始位置開始移動(dòng)，對(duì)焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；
步驟S4、電流收集器與焊縫的接觸面積較小，電流在焊縫表面匯集形成高密度電流，產(chǎn)生大量電阻熱，對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理和電致塑性處理；
步驟S5、焊縫中各個(gè)位置的溫度是呈降低趨勢的，電流收集器在焊縫表面以滾動(dòng)、滑動(dòng)方式跟隨焊槍移動(dòng)并始終處于焊縫剛凝固區(qū)域的特定溫度區(qū)間內(nèi)，直至焊接過程結(jié)束。
作為優(yōu)選，在焊接過程中，利用電流收集器接觸在焊縫剛凝固區(qū)域?qū)ぜ系碾娏鬟M(jìn)行聚集，焊接電流通過電流收集器流回焊接電源，利用聚集后得到的高電流密度對(duì)焊縫剛凝固區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
作為優(yōu)選，電流回路中，電流收集器與焊縫的接觸位置由于電流匯聚得到較高的電流密度,利用電流產(chǎn)生的電阻熱和電致塑性,對(duì)未冷卻的焊縫在50℃到2500℃溫度區(qū)間進(jìn)行處理,得到力學(xué)性能更加優(yōu)異的焊縫。
作為優(yōu)選，通過電流收集器內(nèi)的開關(guān)使電流流回焊接電源的路徑在工件地線和電流收集器之間切換。
作為優(yōu)選，焊接電源電極與焊縫可以通過滾輪、滑塊連接，即電流收集器為滾輪、滑塊，使電流從上述連接件中持續(xù)、穩(wěn)定地流過。
作為優(yōu)選，根據(jù)不同的焊接材料和焊接工藝，電流收集器與焊縫的接觸面積從0.01mm2到300mm2。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的焊接制造方式相比，有以下優(yōu)勢：
1.傳統(tǒng)的焊接制造過程中，電源電極通過鉗夾或螺釘?shù)姆绞脚c工件相連，在連接件處產(chǎn)生的電阻熱利用不上。本發(fā)明更加合理地利用資源，減少了能量的損失。
2.焊縫冷卻到熔融區(qū)時(shí)就開始產(chǎn)生塑性變形，且熔融區(qū)溫度區(qū)間較短，傳統(tǒng)工藝中焊接后再進(jìn)行熱處理的方法效果較差，金屬塑性提升較小，且存在內(nèi)應(yīng)力，只有對(duì)焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)加工處理才能從根本上解決問題。
3.本發(fā)明采用電流的電致塑性對(duì)未冷卻的焊縫進(jìn)行處理，相比傳統(tǒng)的熱加工，可以更加有效地提升焊縫塑性，改善焊縫材料的質(zhì)量和組織狀態(tài)。
4.本發(fā)明利用了高密度電流產(chǎn)生的焦耳熱，用熱處理方式增強(qiáng)焊縫塑性的同時(shí)降低焊縫的冷卻速度，使焊縫中的氣泡排出。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種提高焊縫塑性的焊接制造方法結(jié)構(gòu)示意圖。
1-焊縫 2-焊槍 3-電流收集器 4-工件的地線 5-切換開關(guān) 6-焊接電源
具體實(shí)施方式
下面為了讓業(yè)內(nèi)研究人員對(duì)本發(fā)明有更加深入的了解，結(jié)合附圖具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種電弧焊接的缺陷抑制方法，其包括以下步驟：
步驟S1、焊接電源6的一個(gè)電極連接焊槍2，另一個(gè)電極通過切換開關(guān)5連接電流收集器3和工件地線4，電流收集器3和工件地線4通過切換開關(guān)切換。
步驟S2、電流收集器3在初始狀態(tài)時(shí)接在工件的焊接起始位置附近，使電流收集器3開始工作時(shí)可以快速進(jìn)入工位。
步驟S3、根據(jù)焊接材料確定好電流收集器3與焊縫1的接觸方式和接觸面積，使電流可以穩(wěn)定、持續(xù)地通過。
步驟S4、準(zhǔn)備好焊接工件的夾持，通過電流收集器3內(nèi)的開關(guān)控制焊接電源6電極和工件地線4相連。
步驟S5、點(diǎn)燃電弧開始焊接，在焊接起始位置的熔池開始凝固時(shí)，電流收集器3到達(dá)焊縫剛凝固區(qū)域，并通過開關(guān)將焊接電源6與工件地線4的連接斷開。在焊縫1剛凝固區(qū)域，電流收集器3在焊縫1上滑過，對(duì)焊縫1進(jìn)行處理。在電流收集器3將電流匯聚在焊縫1表面形成高密度電流，對(duì)焊縫1進(jìn)行熱處理和電致塑性處理，使得焊縫1金屬塑性提高，同時(shí)降低焊縫1冷卻速度，使焊縫1中的氣泡排出。
步驟S6、電流收集器3在焊縫1表面以滾動(dòng)、滑動(dòng)方式跟隨焊槍2移動(dòng)并始終處于焊縫1剛凝固區(qū)域的特定溫度區(qū)間內(nèi)，直至焊接過程結(jié)束。
作為優(yōu)選，焊接電源6電極與焊縫1可以通過滾輪、滑塊連接，即電流收集器3為滾輪、滑塊，使電流從上述連接件中持續(xù)、穩(wěn)定地流過；電流收集器3不被焊縫1的高溫所融化，不會(huì)被焊縫1的金屬粘黏，電流收集器3與焊縫1接觸產(chǎn)生的壓力不會(huì)對(duì)焊縫成型產(chǎn)生影響。
作為優(yōu)選，根據(jù)不同的焊接材料和焊接工藝，電流收集器3與焊縫1的接觸面積從0.01mm2到300mm2。
作為優(yōu)選，焊接電源6為脈沖電源或交流電源時(shí)，對(duì)焊縫塑性的提升較為明顯。
作為優(yōu)選，本發(fā)明方法適用于熔化極焊縫和非熔化極電弧焊。
本發(fā)明提供一種對(duì)焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，提高焊縫塑性，抑制焊縫缺陷的方法，通過電流收集器減小焊接過程中流回焊接電源的焊接電流通路橫截面積，從而在焊縫剛凝固的表面形成較高的電流密度，利用電流產(chǎn)生的焦耳熱讓降低焊縫的冷卻速度，利用電流的電致塑性效應(yīng)提升焊縫凝固區(qū)域的塑性，使金屬內(nèi)部應(yīng)力下降，降低焊接缺陷產(chǎn)生的幾率。在本發(fā)明中，電流收集裝置與電源電極組成回路，如圖1所示，并且跟隨焊槍移動(dòng)，對(duì)焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。焊接過程中，電流收集裝置在焊縫表面產(chǎn)生高密度電流，使原子獲得能量，增強(qiáng)金屬原子擴(kuò)散能力，提高了晶粒內(nèi)位錯(cuò)攀爬、滑移開動(dòng)的能力，從而提高了當(dāng)前焊縫凝固區(qū)域的塑性。本發(fā)明利用高密度焊接電流對(duì)焊縫材料組織進(jìn)行處理，可以有效解決焊縫裂紋、氣孔、殘余應(yīng)力等問題，進(jìn)一步得到力學(xué)性能更加優(yōu)越的焊縫。