[发明专利]不锈钢薄壁管环缝接头的焊接方法及装置

权利要求书

1.不锈钢薄壁管环缝接头的焊接方法，其特征在于，使用外加纵向双向交变脉冲磁场的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接方式，实现对不锈钢薄壁管环缝接头焊接；包括如下步骤：

1)清理焊接接头，去除氧化物、飞尘、油污和其他杂质，保持接头干净与干燥；

2)采用工件夹持及旋转机构(2)对不锈钢薄壁管工件接头(1)进行夹持，将不锈钢薄壁管工件接头(1)的两连接端面位于充满惰性气体的气室(9)内，焊接接头在工件夹持及旋转机构(2)的作用下匀速旋转；

3)采用外加纵向电磁场控制焊接电弧旋转，并对焊接熔池熔体进行电磁搅拌，改变焊接温度场分布，控制焊接接头的凝固过程，从而促成焊缝组织细化，减少偏析，降低焊接裂纹的敏感性，对不锈钢薄壁管工件接头(1)进行环缝焊接；

采用外加纵向双向交变脉冲磁场的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接方式，实现不锈钢薄壁管环缝接头熔深精确控制、无焊接裂纹的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接；

所述外加纵向双向交变脉冲磁场的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接工艺中，脉冲峰值焊接电流：20～120A，脉冲基值焊接电流：1～20A，脉冲频率：1～50Hz，脉冲持续时间：0.02～0.8s，；励磁电流：1～15A，励磁频率：4～20Hz；钨极直径：0.8～4.0mm，薄壁件厚度：0.1～3mm，保护气体流量：5～40L/min，焊接速度：2～20cm/min。

2.根据权利要求1所述的不锈钢薄壁管环缝接头的焊接方法，其特征在于，采用外加纵向双向交变脉冲磁场的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接方式，实现不锈钢薄壁管环缝接头、锆及其合金薄壁管环缝接头、镁及其合金薄壁管环缝接头、铝及其合金薄壁管环缝接头、钛及其合金熔薄壁管环缝接头的非熔化极脉冲惰性气体保护焊接。

3.一种不锈钢薄壁管环缝接头的焊接装置，其特征在于，包括工件夹持及旋转机构(2)、顶尖(8)、焊炬系统(4)、气室(9)、焊接电源(10)和励磁设备，所述励磁设备包括励磁线圈(5)和励磁电源(3)，励磁线圈(5)在气室(9)内，位于被焊接工件接头(1)焊接部位的上方，励磁线圈(5)固定于焊炬系统(4)上；励磁线圈(5)与焊炬系统(4)相连且同轴；励磁线圈(5)产生与焊炬同轴的外加纵向电磁搅拌磁场；

或者励磁线圈(5)在气室(9)内，位于被焊接工件接头(1)焊接部位的下方，励磁线圈(5)固定于气室(9)的下底面；励磁线圈(5)与焊炬系统(4)同轴；电磁搅拌励磁线圈(5)产生与焊炬同轴的外加纵向电磁搅拌磁场；

或者两个励磁线圈(5)在气室(9)内，同时位于被焊接工件接头(1)焊接部位的上方和下方，励磁线圈(5)分别被固定于气室(9)的下底面和焊炬系统(4)上，产生与焊炬同轴的外加纵向电磁搅拌磁场。

4.根据权利要求3所述的不锈钢薄壁管环缝接头的焊接装置，其特征在于，所述励磁电源(3)为IGBT逆变式励磁电源，向励磁线圈(5)提供电源，能够产生双向交变脉冲励磁电流、或直流励磁电流、或单向脉冲励磁电流、或交流励磁电流；励磁电流的脉冲持续 时间、频率、强度和占空比可调节，励磁电源电流1～50A，励磁电源脉冲频率1～100Hz。

5.根据权利要求3所述的不锈钢薄壁管环缝接头的焊接装置，其特征在于，所述励磁线圈(5)带有导磁铁芯(11)；所述导磁铁芯(11)活动安装在励磁线圈(5)中，可以自由调节其在励磁线圈中的位置直至全部从线圈中去除；所述导磁铁芯(11)端部的形状可设计为漏斗型、直桶型、圆锥型或曲面型，导磁铁芯(11)的下端面形状收缩，以便于磁力线更集中作用于焊缝；导磁铁芯(11)内建有水冷系统，使焊矩、导磁铁芯和励磁线圈均处于良好的工作状态。

6.根据权利要求3所述的不锈钢薄壁管环缝接头的焊接装置，其特征在于，焊炬系统(4)包括一体式的气室塞(6)、绝缘材料棒、喷嘴、导电嘴和钨极(7)，当励磁线圈(5)位于位于被焊接工件接头(1)焊接部位的上方时，直接与焊炬系统(4)集成为一体，通过绝缘材料使焊炬与励磁线圈(5)保持绝缘状态。

7.根据权利要求3所述的不锈钢薄壁管环缝接头的焊接装置，其特征在于，惰性气体充满于气室(9)中，同时气室(9)的下部分装有改善惰性保护气体流态，形成层流态良好气体保护流态的气筛(12)，气室(9)的底部有排气孔。