[发明专利]摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特指一种摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法。

背景技术

立焊适用于大型或特大型工件的现场焊接，是指在竖直平面内沿焊缝长度方向立向上（由下而上）或立向下（由上而下）进行施焊的一种工艺，此时熔池液态金属与熔滴受自身重力影响易出现下淌，造成焊缝自由成形困难，影响接头质量。传统的熔化极立向自动焊主要有气电立焊、电渣焊等，实施过程中使用的坡口间隙大、焊接热输入高，且需要强迫成形机构，因此焊接装置复杂，焊接接头性能较低，焊后往往需对焊缝进行热处理，一般适用于强度级别较低钢材的焊接。

在中高强度钢材焊接的场合，需采用较低热输入的熔化极立向焊接技术。根据待焊坡口形式的不同，这种较低热输入的立焊工艺又可分为开V型（或X型）坡口的大坡角多层立焊、以及开窄小坡口的窄间隙多层立焊。作为大坡角多层立焊的一个实例，专利申请号为200810038379.X、名称为“厚板自动立焊焊接方法”公开带有焊枪摆动装置的焊机，可对板厚在40~140mm之间，并开V型坡口或X型坡口的工件进行自动立焊，与电渣立焊相比，该专利申请采用的开坡口的熔化极气体保护焊接方法，可降低焊接线能量，但与窄间隙电弧多层立焊方法相比，该专利申请存在的缺陷是：需要对工件开V型或X型的大坡口，焊缝金属填充量大，每层焊接道次多，焊接效率低，生产成本高。

在窄间隙熔化极电弧多层立焊时，待焊坡口间隙和坡角都很小，因此焊接效率高。但是，由于窄间隙焊接坡口的坡角小，一般的电弧对坡口侧面加热效果会减弱，容易产生未焊透等缺陷，同时由于液态金属与坡口面接触面积小，熔池在自身重力作用下极易出现下塌。因此，如何保证坡口两侧壁均匀熔透，同时保证焊缝能在自由状态下成形，是窄间隙熔化极电弧多层立焊技术的关键。国内外，曾先后开发出多种窄间隙熔化极气体保护焊接工艺，其中具有代表性的有：麻花焊丝焊接法、蛇形焊丝焊接法、高速旋转电弧焊接法等。这些工艺方法在一定程度上改善了窄间隙熔化极电弧焊接时的两侧壁熔合，但其共同缺点是难以用于立向位置焊缝的自由成形焊接。

专利申请号为200810236274.5、名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬”，采用空心轴电机直接驱动直型导电杆和可伸入工件坡口的微弯型导电杆绕焊炬中心轴线往复运动，带动从导电嘴中心孔送出的焊丝端部的电弧在待焊工件坡口内作圆弧形摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接。该专利申请存在的缺点是：（1）电弧摇动的驱动方式为单一的空心轴电机直接驱动方式，电机轴带强电，电机工作存在安全隐患；（2）对于空间位置窄间隙焊接应用，未涉及具体的立焊技术方案，难以使立焊工艺实用化。

发明内容

针对现有摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法难以实现窄间隙多层立向施焊、以及现有厚板自动立焊方法效率低的缺点，本发明提出一种实用性强、实施成本低、焊接效率高的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向自动焊接方法。

本发明提出的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法的技术方案是：将焊炬中的微弯型导电杆一端与导电嘴相接，另一端与馈电及驱动控制机构下端固连，使焊丝由送丝机送出后依次穿过馈电及驱动控制机构、微弯型导电杆和导电嘴的中心孔后在待焊坡口内产生电弧，馈电及驱动控制机构驱动可伸入待焊坡口的微弯型导电杆绕焊炬中心轴线往复运动，带动电弧作相对于焊炬的、关于摇动轨迹中点对称的往复式圆弧形轨迹的摇动，焊炬中心轴线对准立向待焊坡口的中心并相对于焊接方向垂直放置，还包括：1）用金属件厚板拼装成I型、间隙是12~16mm的立向待焊坡口；2）根据待焊坡口的间隙和焊缝道次的不同，选择气体保护方式，设定电弧摇动频率为0.4~2.0Hz、电弧摇动幅值为60~180°、电弧侧壁停留时间为100~600ms、脉冲焊接平均电弧电流为140~200A、平均电弧电压为18~26V、焊接速度为7~15cm/min、焊丝干伸长为15~25mm，并在3~15°的折弯角度范围内选配微弯型导电杆；3）使微弯型导电杆弯向立向待焊坡口的正上方，焊接过程中，焊炬整体以焊接速度整体立向上或立向下移动，在焊缝自由成形状态下，以每层单道多层施焊方式实现摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向自动焊接。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）微弯型导电杆带动焊丝端部的电弧规律性摇动，并使电弧在I型坡口两侧壁处短暂停留，可有效控制电弧热在焊接坡口内分布，同时借助斜向电弧轴向力对熔池的支撑作用，能防止熔池液态金属在自重作用下出现下淌，保证足够的两侧壁熔深和焊缝的自由成形。