一种用于GTAW窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置及其利用方法与流程

一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置及其利用方法
技术领域
1.本发明涉及窄间隙gtaw焊接领域，特别是改善窄间隙gtaw侧壁熔合及组织调控领域。


背景技术：

2.在厚板焊接领域，磁控电弧gtaw窄间隙焊接具有质量高，焊接变形小等优势，常用于钛合金、镍基合金、不锈钢等材料的焊接。常规的磁控电弧gtaw焊接中，摆动电弧主要用于未熔合缺陷的消除，尽管摆动电弧一定程度上可细化晶粒，但细化作用有限。焊丝摆动有助于细化晶粒，抑制元素偏析，磁控电弧与焊丝摆动配合使用，将进一步改善窄间隙焊接组织调控。焊丝与电弧同步摆动，电弧能量及热丝的能量可以同时作用于窄间隙一侧，保证窄间隙根部有足够的能量及填充金属，有效改善侧壁熔合；焊丝与电弧异步摆动，电弧能量可以对侧壁进行预热，且电弧与焊丝交替摆动可以促进熔池流动，细化晶粒。如何实现焊丝与电弧同异步摆动，是有待解决的问题。
3.因此，发明了一种焊丝与电弧同异步摆动装置，通过对焊丝通入直流电，并利用使电弧发生偏转的横向交变磁场，使通电焊丝在安培力作用下横向摆动，因电弧与通电焊丝处于同一磁场，故两者摆动频率相同，通过改变通入焊丝的直流电方向改变焊丝受力方向，实现电弧与焊丝的同异步摆动，从而在实现消除未熔合缺陷、增加熔宽的同时，达到改善改善焊缝成形、提高接头性能的目的。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，以解决现在技术中的问题。
5.根据本发明的第一方面，提供一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，包括电磁线圈，导磁磁极，送丝管限位器，焊丝限位器，外置稳流电源，绝缘夹具和焊枪主体部分。
6.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在于，导磁磁极与电磁线圈过盈紧密装配，通过螺纹连接安装在绝缘夹具上，位于焊枪主体一侧。
7.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，送丝管限位器固定在磁极一侧，确定位置后通过螺纹与绝缘夹具连接固定。
8.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在于，送丝管通过过渡配合穿过送丝管限位器，确定位置后通过螺钉调节固定。
9.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在于，焊丝限位器安装在导磁磁极下端，确定位置后通过螺纹连接固定。
10.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在
于，待用焊丝穿过送丝管，通过焊丝限位器，焊丝端部与待用工件表面接触，且位于钨极正下方，钨极高度为3-6mm，焊丝与钨极夹角为30-90
°
可调。
11.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在于，焊丝限位器可调节焊丝端部摆动范围为0-6mm。
12.优选地，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，其特征在于，外置稳流电源一极通过小型导电钳夹持在导电送丝管外壁，另外一极与待用工件相连，形成回路。
13.优选地，所述横向交变磁场励磁电流为0-6a，和/或，励磁频率为0-30hz，和/或，焊丝直径为0.8-1.6mm，和/或，焊丝伸出送丝管的长度为50-100mm，和/或，焊丝伸出焊丝限位器长度为30mm，和/或，通入焊丝直流电为40-120a，和/或，焊接采用直流电，电流为100a-300a。
14.根据本发明的第二方面，所述的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在进行磁控电弧-摆丝gtaw焊接前，检查电磁线圈是否可以正常启动和外置稳流电源、焊丝及待焊工件是否形成回路，送丝是否通畅，之后将所需焊接的板材放置在合适位置；步骤二：根据材料刚度，选择合理的焊丝伸出送丝管的长度；步骤三：打开电磁线圈的电源，使其正常工作；步骤四：打开外置稳流电源，给焊丝预通直流电；观察焊丝摆动幅度，可通过焊丝限位器调整焊丝摆动幅度；通过调节励磁电流频率，同步调整摆动电弧和摆动焊丝频率；步骤五：采用直流焊接方法，启动引弧按钮引弧，开始在窄间隙坡口内进行磁控电弧-摆丝gtaw焊接；步骤六：窄间隙焊接完成熄弧后关闭电磁线圈电源开关和外置稳流电源开关，磁控电弧-摆丝gtaw焊接结束。
15.本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，借助使电弧发生偏转的横向交变磁场，在磁控电弧窄间隙gtaw焊接过程中，给焊丝通入直流电，使通电焊丝在安培力作用下横向摆动，因电弧与通电焊丝处于同一磁场，故两者摆动频率相同，通过改变通入焊丝的直流电方向改变焊丝受力方向，实现电弧与焊丝的同异步摆动。
16.本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，由于各种材料的刚度不同，为了使焊丝摆动时挠度不受影响，焊丝伸出送丝管的长度可调。适用的焊丝种类有铝合金、钛合金、铜合金、镍基合金、不锈钢及低碳钢焊丝等。
17.本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，借助送丝管限位器与焊丝限位器配合控制焊丝与钨极夹角。
18.本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置，借助不同规格焊丝限位器控制焊丝摆动幅度，对焊接熔池进行搅拌，最终实现窄间隙焊缝组织调控。
附图说明
19.通过以下参照附图对本发明实例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚在附图中，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；图1为本发明gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置轴测图；图2为本发明gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置的三视图；图3为本发明gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置电弧与焊丝摆动路径示意图；图4为本发明gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动焊接熔池液态金属在基板表面的润湿铺展受励磁频率的影响；图5为本发明gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动焊缝晶粒细化金相图。
具体实施方式
20.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例，在各个附图当中，相同的原件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中有些部分没有按照比例绘制；此外，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
21.参见图1和图2，本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置包括焊枪主体部分1、电磁线圈2、导磁磁极3、焊丝限位器4、导电送丝管5；送丝管限位器6、外置稳流电源7、绝缘夹具8。其中在实际使用时，电磁线圈2及导磁磁极3通过螺纹连接安装在绝缘夹具8上，位于焊枪主体一侧，焊丝限位器4通过螺纹安装在磁极3底部，送丝管限位器6通过螺纹连接固定在绝缘夹具8上，与磁极3同侧，导电送丝管5穿过送丝管限位器6，管内焊丝从导电送丝管5伸出一定长度，从而使焊丝的挠度尽可能减小，可在安培力驱动下周期性运动。外置稳流电源7一极夹持在导电送丝管5上，另外一极与工件相连，使用过程中确保焊丝与工件表面紧密接触。
22.本发明提供的一种用于gtaw窄间隙磁控电弧-热丝同异步摆动装置的具体使用方法如下：在进行磁控电弧-摆丝gtaw焊接前，检查电磁线圈2是否可以正常启动和外置稳流电源7、焊丝及待焊工件是否形成回路，送丝是否通畅，之后将所需焊接的板材放置在合适位置；根据材料刚度，选择合理的焊丝伸出导电送丝管5的长度；打开电磁线圈2的电源，使其正常工作；打开外置稳流电源7，给焊丝预通直流电；观察焊丝摆动幅度，可通过焊丝限位器4调整焊丝摆动幅度；通过调节励磁电流频率，同步调整摆动电弧和摆动焊丝频率；采用直流焊接方法，启动引弧按钮引弧，开始在窄间隙坡口内进行磁控电弧-摆丝gtaw焊接；窄间隙焊接完成熄弧后关闭电磁线圈2电源开关和外置稳流电源7开关，磁控电弧-摆丝gtaw焊接结束。
23.参见图3，在磁控电弧-摆丝gtaw焊接过程中，在窄间隙坡口8环境下，通过给电磁线圈加载交变激励电流使磁极产生周期性磁场，磁场大小由激励电流控制，磁场周期性变化由励磁频率控制。因电弧9与焊丝10处于同一磁场，故两者摆动频率相同，通过外置稳流电源7改变通入焊丝的直流电方向，实现电弧9与焊丝10的同异步摆动。
24.为了验证本发明所述磁控焊丝摆动装置及方法效果，进行如下实验。
25.实施例1：采用平板定点点焊的方式验证磁控热丝方式对接头成形的影响。采用直径为1.2mm的316l不锈钢焊丝，焊丝伸出导电送丝管的长度为60mm，焊丝伸出焊丝限位器的长度为30mm，钨极高度4mm，焊丝与钨极夹角60
°
，焊丝预通电流为80a，送丝速度为1.8m/min，电磁线圈励磁电流为2a，励磁频率为20hz，采用焊丝限位器限位，产生的焊丝端部摆动距离为4.0mm。
26.焊丝采用前置送丝方式，焊接保护气为纯ar，气流量为15l/min。
27.采用直流正接的方式，焊接电流为100a，焊接时间为5s。参见图4，焊丝与电弧周期性横向摆动能够改善熔池液态金属在基板表面的润湿铺展，焊缝宽度随着电磁作用频率增加均呈增大趋势，由5.9 mm增加到9.7 mm。
28.实施例2：采用单道填丝方式验证摆动焊丝对焊缝晶粒大小的影响。采用直径为1.2mm的316l不锈钢焊丝，焊丝伸出导电送丝管的长度为60mm，焊丝伸出焊丝限位器的长度为30mm，钨极高度4mm，焊丝与钨极夹角60
°
，焊丝预通电流为80a。送丝速度3m/min。电磁线圈励磁电流为4a，励磁频率为30hz，采用焊丝限位器限位，产生的焊丝端部摆动距离为4.0mm。
29.焊丝采用前置送丝方式，焊接保护气为纯ar，气流量为15l/min。
30.采用直流正接方式，焊接电流为220a，焊接速度为1.2m/min。参见图5，焊缝熔合区中心位置组织（a无焊丝摆动，b焊丝摆动），施加焊丝摆动使晶粒从枝晶变成胞状晶粒，可见晶粒细化作用显著。
31.最后应说明的是：显然，上述实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。