一种基于磁控电弧GTAW窄间隙焊接的双摆丝焊接装置及利用方法与流程

一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置及利用方法
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熔覆效率、侧壁不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窄间隙焊接焊接质量高，焊接变形小等优势，常用于钛合金、镍基合金、不锈钢等的焊接。常规的磁控电弧gtaw，摆动电弧主要用于未熔合缺陷的消除，而当焊丝摆动与磁控电弧gtaw配合使用时，即同步摆动，将有效地将电弧能量及熔池能量作用于侧壁，进一步消除未熔合缺陷。焊丝与电弧同步摆动时，将促进熔池流动，可细化晶粒晶粒尺寸，抑制元素偏析。此外，引入双丝之后，可以选择两种不同类型、尺寸的焊丝以不同填丝速度及摆动幅度送入熔池，由于元素种类不同，引入成分过冷元素，进一步对组织进行调控，并且可以有效地利用电弧能量，增加熔覆效率。
3.因此，发明了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，通过利用产生摆动电弧的磁场分布，给焊丝通入直流电，通过安培力使焊丝发生摆动。由于焊丝摆动与电弧摆动在同一磁场中实现，故可保证焊丝与电弧同步摆动，从而在实现消除未熔合缺陷的同时，改善焊接接头和性能。此外，电弧与焊丝同步摆动，加快熔池流动，可以改变焊接过程的传热传质过程，促进两种焊丝元素分布更加均匀，还能达到晶粒细化的作用。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明的目的在于提供种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，以解决现在技术中的问题。
5.根据本发明的第一方面，提供一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，装置主要包括电磁线圈、导磁磁极、焊丝限位器、导电送丝管、送丝管限位器、外置稳流电源、送丝机构及焊枪主体。
6.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，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焊枪主体两侧。
7.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于。两个电磁线圈由一根导线连接，安装方向相反，保证导磁磁极末端磁场方向相反，产生横向磁场。
8.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，两个送丝管限位器对称通过螺纹固定在磁极两侧。
9.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，送丝管通过过渡配合穿过送丝管限位器，两个送丝管限位器对称固定于两侧。
10.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，两个焊丝限位器对称安装在导磁磁极下端。
11.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，待用焊丝穿过送丝管，通过焊丝限位器，焊丝端部法线方向钨极尖端位于同一直线，且与工件接触。
12.优选地，所述的种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，两个外置稳流电源一极分别通过小型导电钳夹持在两个送丝管外壁，另外一极均与待用工件相连，焊接过程中形成双回路。
13.优选地，所述的种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其特征在于，窄间隙宽度8-20mm，和/或，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0-100a，和/或，焊接电流为100a-300a，和/或，焊丝与钨极夹角为30-90
°
，和/或，焊丝端部法线方向与钨极尖端间距2-4mm，和/或，焊丝限位器实现焊丝摆动距离为0-6mm。
14.优选地，所述的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在进行磁控电弧-双摆丝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：根据两种材料刚度，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：打开两个外置稳流电源，给焊丝预通电，根据需求，两根焊丝可以通入不同大小电流，受安培力大小不同，两根焊丝摆动幅度不同；步骤五：启动引弧开关引弧，开始在窄间隙坡口内磁控电弧-双摆丝gtaw焊接，通过电磁线圈调节频率，同步调整摆动电弧和摆动焊丝频率，也可通过焊丝限位器调整两根焊丝摆动幅度，从而实现磁控电弧-双摆丝gtaw焊接；步骤六：窄间隙焊接完成后熄弧后关闭电磁线圈开关和外置稳流电源开关，磁控电弧-双摆丝gtaw焊接结束。
15.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，通过利用产生摆动电弧的磁场分布，给焊丝通入直流电，通过安培力使焊丝发生摆动。由于焊丝摆动与电弧摆动在同一磁场中实现，故可保证焊丝与电弧同步摆动，从而在实现消除未熔合缺陷的同时，改善焊接接头和性能。
16.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中焊丝与钨极夹角可调，焊丝可以不同成分、不同尺寸，以不同填丝速度及摆动幅度送入熔池。
17.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中电弧与
焊丝同步摆动，将电弧、熔池及焊丝的能量有效地作用于侧壁，有效解决窄间隙焊接侧壁不熔合问题。
18.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中双磁极的引入可以实现双边摆动送丝，有效地利用电弧能量，增加熔覆效率，实现窄间隙焊接组织调控。
19.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中由于异种材料的刚度不同，为了使焊丝摆动时挠度不受约束，通过改变焊丝伸出送丝管的长度进行调节，满足摆动幅度需求。
20.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中焊接过程熔池扰动剧烈，有助于溶质在熔池中的分布。同时，处于高温状态下的液态熔池金属，由于固液界面上的晶粒强度较低，当扰动作用在其周围液态金属上时，可以破坏正在生长的晶体，打碎晶体，并使熔池中的质量和热量重新分布，从而起到细化晶粒的作用。
21.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中两束焊丝成分不同，即元素种类不同，可以在熔池中引入新过冷度元素，对组织进行进一步调控，可以有效地将柱状晶转变成等轴晶。
22.本发明提供了一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置，其中可根据需要，改变单根焊丝电流通入方向，实现两根焊丝异步摆动，以达到预期的其他效果。
附图说明
23.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为本发明磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置轴测图；图2为本发明磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置三视图；图3为本发明磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接焊缝宏观形貌图。
具体实施方式
24.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斜街部分，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。
25.如图1所示，本发明提供的磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置包括焊枪主体部分1、电磁线圈2、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、送丝机构8。其中在实际使用时，两个电磁线圈2及磁极3通过螺纹连接安装在钨极两侧，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通过螺纹连接分别固定在磁极3两侧，导电送丝管5穿过送丝管限位器6，焊丝从导电送丝管5伸出后穿过焊丝限位器4到工件表面。调节伸出送丝管焊丝的长度，从而使焊丝不受挠度约束，可在安培力驱动下周期性摆动。两个外置稳流电源7正极极夹持在导电送丝管上，负极与工件相连。
26.本发明提供的一种基于磁控电弧gtaw窄间隙焊接的双摆丝焊接装置的具体使用方法如下：在进行磁控电弧-双摆丝gtaw焊接前，调节焊丝与钨极夹角，选择合适的焊丝类型、焊丝直径，检查电磁线圈2是否可以正常启动，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；打开电磁线圈2的电源开关，使其正常工作；打开两个外置稳流电源7，给焊丝预通电，根据需求，两根焊丝可以通入不同大小电流，受安培力大小不同，两根焊丝摆动幅度不同； 启动引弧开关引弧，开始在窄间隙坡口内进行磁控电弧-双摆丝gtaw焊接，通过电磁线圈2调节频率，同步调整摆动电弧和摆动焊丝频率，也可通过焊丝限位器调整两根焊丝摆动幅度，从而实现磁控电弧-双摆丝gtaw焊接。窄间隙焊接完成后熄弧后关闭电磁线圈2开关和外置稳流电源7开关，磁控电弧-双摆丝gtaw焊接结束。
27.为了验证本发明所述磁控双摆丝装置及方法效果，进行如下实验。
28.实施例1：为验证磁控热丝方式对接头成形的影响，对厚度为40mm的sa738b低合金高强钢进行焊接，采用对接方式，钝边3mm，底端焊缝宽度为10mm，坡口角度为3
°
，反变形角度5
°
。采用西洋公司生产的直径1.2mm的er90s-g实芯焊丝，两边焊丝伸出焊丝限位器长度为30mm，伸出送丝管的长度为70mm，与钨极夹角60
°
，预通电流均为80a，送丝速度为1.2m/min；横向交变磁场励磁电流为2a，励磁频率为20hz；采用焊丝送丝管限位器限位，产生的焊丝端部摆动距离为4.0mm，焊丝端部法线方向与钨极尖端间距4mm。焊接保护气为纯ar，气流量为15l/min。采用直流正极的方式，焊接电流为220-300a，焊接速度为2.0m/min。
29.焊前对待焊板材进行刚性固定，并对待焊连接面采用砂纸打磨，抛光，再用丙酮溶液除去表面油污及灰尘等，将焊枪移入窄间隙坡口内，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；打开电磁线圈的电源，使其正常工作；打开两个外置稳流电源，给焊丝预通电；启动引弧开关引弧，开始在窄间隙坡口内磁控电弧-双摆丝gtaw焊接，每层焊道完成后重新调整焊枪位置，重复上述步骤直至窄间隙焊缝填满后，关闭电磁线圈开关和外置稳流电源开关。
30.如图3所示，本实施例中，由于双丝的引入，熔覆速率增加，且所得到的的焊接接头成型良好，无明显缺陷。
31.实施例2：对厚度为20mm的tc4钛合金进行焊接，采用对接方式，坡口宽度为10mm。采用直径1.2mm的tc4焊丝与tc17焊丝，两边焊丝伸出焊丝限位器长度为30mm，伸出送丝管的长度为60mm，与钨极夹角60
°
，预通电流均为80a，tc4送丝速度为1.2m/min，tc17送丝速度为0.2m/min；横向交变磁场励磁电流为2a，励磁频率为20hz；采用焊丝送丝管限位器限位，产生的焊丝端部摆动距离为4.0mm，焊丝端部法线方向与钨极尖端间距4mm。焊接保护气为纯ar，气流量为15l/min。采用直流正接方式，焊接电流为200-270a，焊接速度为0.8m/min。
32.焊前对待焊板材进行刚性固定，并对待焊连接面采用砂纸打磨，抛光，再用丙酮溶液除去表面油污及灰尘等，将焊枪移入窄间隙坡口内，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；打开电磁线圈的电源，使其正常工作；打开两个外置稳流电源，给焊丝预通电；
启动引弧开关引弧，开始在窄间隙坡口内磁控电弧-双摆丝gtaw焊接，每层焊道完成后重新调整焊枪位置，重复上述步骤直至窄间隙焊缝填满后，关闭电磁线圈开关和外置稳流电源开关。
33.本实施例中，tc4与tc17的填充比例为6:1，tc17的引入，增加了β相稳定元素，有利于诱导非稳态的马氏体转变，针状马氏体含量增加。
34.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，而并非限制性；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是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。