一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩及其制造方法.pdf

本发明涉及一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩及其制造方法，焊矩主要由无焊接缝厚壁圆管制成的导丝组件、导气组件、导水组件、侧墙、绝缘组件和导电嘴组成；导气组件紧临导丝组件两侧，导水组件紧临导气组件，侧墙组件紧临导水组件外侧，绝缘组件在焊矩左右的最外层，焊矩工作截面最大厚度小于等于7毫米。焊矩制造方法步骤有：材料准备、组件成形、钎焊、接缝加工、合成总装配、紧固定位、炉内加热钎焊、水密与气密试验、整形加工和表面绝缘处理。焊矩优点为：管路内径不加工，无分段接缝，无泄漏；大幅度降低绝缘子制造难度，绝缘可靠性强；保护气体进入焊接区无需改变方向，使焊接区的冶金保护可靠；焊矩制造工艺简单，成本低，可靠性强。

1、  一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩，其特征在于，它主要由流体/固体传输全高度方向上无焊接缝的厚壁管材制成的导丝组件(1)、导气组件(2)、导水组件(3)、侧墙组件(4)、由嵌入绝缘子(6)或/和滚动绝缘子(9)构成的绝缘组件以及导电嘴(10)组成；所述的导气组件(2)紧临导丝组件两侧，导水组件(3)紧临导气组件(2)，侧墙组件(4)紧临导水组件(3)外侧，绝缘组件设置在焊矩左右的最外层，焊矩工作截面最大厚度小于等于7毫米。

2、  根据权利要求1所述的焊矩，其特征在于，焊矩工作截面最大厚度小于等于5毫米。

3、  根据权利要求1所述的焊矩，其特征在于，嵌入绝缘子(6)、滚动绝缘子(9)分别安装于左右两侧的侧墙组件(4)上。

4、  根据权利要求1所述的焊矩，其特征在于，导丝组件(1)、导水组件(3)，为无焊接缝的厚壁圆管，侧墙组件(4)为板形，导气组件(2)为无焊接缝的厚壁圆管材压制成的扁形。

5、  根据权利要求1所述的焊矩，其特征在于，导丝组件(1)位于焊矩截面形心位置，导电嘴(10)以上为密绕弹簧管，该管内径大于焊丝直经最少0.5毫米，弹簧管外周有绝缘层。

6、  根据权利要求1所述的焊矩，其特征在于，导丝组件(1)、导气组件(2)、导水组件(3)、侧墙组件(4)选用T2纯铜材料；导电嘴(10)选用Cr-Zr-Cu、即铬锆铜棒材；导气组件(2)、导丝组件(1)、导水组件(3)均选用纯铜管，侧墙组件(4)选用T2纯铜板材；绝缘组件其中嵌入绝缘子(6)和滚动绝缘子(9)选用氧化铝陶瓷。

7、  一种用权利要求1所述的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩的制造方法，其特征在于，采用型材在流体/固体传输全高度方向上无接缝整体成型之后横向钎焊合成方法，工艺步骤主要为：1)、备料，其中导丝组件(1)、导水组件(3)为无焊接缝的厚壁圆管，侧墙组件(4)为板形；2)、将导气组件无焊接缝的厚壁圆管材在专用模具内压制成扁形；3)、将压扁的导气组件(2)与其进气管座进行前次钎焊；4)、将导水组件横向接缝加工后与进出水管管座和弯头进行前次钎焊；5)、对全部组件进行横向拼接缝加工；在总装夹具内合成总装配6)、在所有接缝处夹入片装钎料后紧固和定位；7)、放入炉内加热钎焊；8)、钎焊后进行水密与气密试验；9)、最后整形加工和表面绝缘处理。

8、  根据权利要求7所述的自动焊焊矩的制造方法，其特征在于，前次钎焊和后次钎焊均用硬钎焊，前次钎焊的钎料熔点比后次钎焊的钎料熔点要高出至少200℃；焊矩表面绝缘用超音速火焰喷涂陶瓷涂层。

一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩及其制造方法，属于焊接技术领域。
背景技术
窄间隙焊接技术自上世纪六十年代发明以来，作为一种高质量、高生产率、低生产成本的先进焊接技术，一直受到世界各国工业界和焊接技术界的高度重视。迄今为止，已发明的众多窄间隙焊接技术，如：1、草野 和喜，渡边浩，高效TIG焊接的最新研究动向-快速TIG焊接和超窄坡口TIG焊接，溶接技术，2002.4；2、中村照美，平冈和雄，更窄间隙条件下的焊缝形成特性与超窄间隙新焊接工艺计划，溶接学会论文集，第19卷，第1号，P44-53，2001；3、日本焊接学会著，尹士科等合译，窄间隙焊接，机械工业出版社，1988；4、中国发明专利  张富巨，罗传红，谢建军，吴功平，专利号ZL011383222.4，超窄间隙超低线能量熔化极气体保护自动弧焊方法与设备；5、V.Y.马林，窄间隙焊接技术现状，第一部分，焊接杂志(美国)，1983，4，P22～28；第二部分，焊接杂志(美国)，1983，6，P37～45。上述现有技术的主要研究焦点集中于以下两个方面：1、两侧壁的均匀熔合技术；2、高可靠性高精度高响应速度的焊缝自动跟踪技术。不难理解，上述两个方面是窄间隙焊接技术的核心关键技术，因为这两项技术不攻克，窄间隙焊接质量就根本过不了关。而关于窄间隙焊矩的研究却很少，这直接导致了迄今为止这样一种技术现状：窄间隙技术自发明四十余年来，仅有埋弧窄间隙焊接技术获得了较广泛的推广应用，钨极氩弧窄间隙焊接技术应用较少，而真正具有更大技术与经济优势的熔化极气体保护窄间隙焊接技术，工业发达国家投入的研发力量最多，投入的研究时间最长，然而至今世界范围内还未推出商品的工业应用设备。在熔化极气体保护窄间隙焊接技术研究领域，上述两大核心关键技术还有不尽人意因素之外，熔化极气体保护窄间隙和超窄间隙焊矩未能同步发展也是重要原因。已应用的埋弧窄间隙焊接，其坡口间隙最小是14～16毫米，钨极氩弧窄间隙焊接，其坡口间隙最小是9～10毫米。上述大坡口间隙条件下，焊矩的设计与制造相对要容易，超窄间隙焊接的坡口间隙一般小于6～7毫米，焊矩的设计与制造绝非易事，原因在于：当超窄间隙焊接坡口间隙在6～7毫米左右时，焊矩的最大厚度将只能在5毫米以下，在如此薄截面下，要同时解决长时间传导几百安培的焊接大电流、传导较大流量的焊接区保护气体、导电稳定可靠前提下稳定送丝，还要同时解决强烈热辐射环境下无热积累和可靠电绝缘问题。上世纪末本世纪初日本开始进行超窄间隙熔化极气体保护焊接技术研究，报道坡口间隙为5毫米，但试验最大可焊厚度只能为19毫米(除中国外，这是目前世界上唯一见诸报道的超窄间隙焊接试验)，原因是尚无超窄间隙焊矩可伸入超窄间隙坡口内焊接。归纳国内外的现有技术，存在以下局限性：1、尚未见到厚度小于5毫米且能同时满足超窄间隙熔化极气体保护焊接时大焊接电流下连续工作的要求、在流体/固体传输全高度方向上用整体材料制造的集导电/导气/导丝/导循环水/可靠电绝缘多功能一体的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩；用分段方法制造，存在同心度、段接缝处水密气密质量难于保证的缺陷，成品率低；2、在极薄的焊矩厚度方向表面安装绝缘滚针，工程上难于实现，且尺寸过小的绝缘子降低了绝缘可靠性；3、将导气通道设置于远离截面形心，不利于焊接区的冶金保护。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的局限性，发明一种厚度小于等于7毫米，能同时满足超窄间隙熔化极气体保护焊接大焊接电流下连续工作要求的集导电/导气/导丝/导水/可靠电绝缘、管路内径无需加工、大幅度降低绝缘子制造难度、保护气体进入焊接区无需改变方向、将使焊接区的冶金保护更加可靠的多功能一体的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩。制造方法工艺简单，易操作，成品率高，成本低。
本发明的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩的技术方案是：它主要由流体/固体传输全高度方向上无焊接缝的厚壁管材制成的导丝组件、导气组件、导水组件、侧墙组件、由嵌入绝缘子或/和滚动绝缘子构成的绝缘组件以及导电嘴组成；所述的导气组件紧临导丝组件两侧，导水组件紧临导气组件，侧墙组件紧临导水组件外侧，绝缘组件设置在焊矩左右的最外侧，焊矩工作截面最大厚度小于等于7毫米。
本发明的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩的制造方法是：采用型材在流体/固体传输全高度方向上无接缝整体成型之后横向钎焊合成方法，工艺步骤主要为：1、备料，其中导丝组件、导水组件，为无焊接缝的厚壁圆管，侧墙组件为板材；2、将导气组件无焊接缝的厚壁圆管材在专用模具内压制成扁形；3、将压扁的导气组件与其进气管座进行前次钎焊；4、将导水组件横向接缝加工后与进出水管管座和弯头进行前次钎焊；5、对全部组件进行横向拼接缝加工；在总装夹具内合成总装配；6、在所有接缝处夹入片装钎料后紧固和定位；7、放入炉内加热钎焊；8、钎焊后进行水密与气密试验；9、最后整形加工和表面绝缘处理。
本发明的优点在于：与最近的超窄间隙熔化极气体保护焊接技术(中国发明专利：超窄间隙超低线能量熔化极气体保护自动弧焊方法与设备，专利号ZL01138322.4)相比，具有以下技术优势：1、用厚壁管材制造具有长径比极大的流体/固体输送通道全高度导丝/导气/导水管路，管路内径无需加工，而外形则是从厚管壁外部进行的加工，使得加工难度大大降低，制造周期大幅度缩短；2、导丝/导气/导水管路在输送通道的全高度方向上无需分段对接，对接处的泄漏、不同心制造缺陷不复存在，成品率大幅度提高；3、焊矩的工作截面最大厚度降低到小于等于7毫米，使得将焊矩伸入到超窄间隙坡口内进行大电流熔化极气体保护连续焊接得以实现；3、将导气通道设置在紧临导丝结构两侧，保护气体进入焊接区无需改变方向，将使焊接区的冶金保护更加可靠；4、将绝缘子设置在导丝/导气/导水结构之外，增大了绝缘子的结构尺寸，使得绝缘子制造难度大幅度降低，绝缘可靠性极大提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1所示结构的横截面结构示意图；
图3是嵌入式绝缘子结构示意图；
图4是导气组件的预成型横截面形状示意图；
图5是导水组件的弯头结构示意图；
图6是导电嘴结构示意图。
如图1～图6所示，1、导丝组件，2、导气组件，3、导水组件，4、侧墙组件，5、盖板，6、嵌入绝缘子，7、凹槽，8、螺孔，9、滚动绝缘子，10、导电嘴，11、导气管接头，12、导水管接头，13、导气管路预成型横截面形状(腰形)，14、弯头。
具体实施方式
如图1～图6所示，本发明一种超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩，它由流体/固体传输全高度方向上无焊接缝的厚壁管材制成的导丝组件1、导气组件2、导水组件3、侧墙组件4、嵌入绝缘子6或/和滚动绝缘子9构成的绝缘组件以及导电嘴10组成；所述的导气组件2紧临导丝组件两侧，导水组件3紧临导气组件2，侧墙组件4紧临导水组件3外侧，绝缘组件设置在焊矩宽度方向的左右最外侧，焊矩工作截面最大厚度为7毫米；当焊矩工作截面最大厚度为5毫米是一种实施例，为4毫米也是一种实施例，还可以为3毫米；嵌入绝缘子6、滚动绝缘子9分别安装于左右两侧的侧墙组件4上；导丝组件1、导水组件3，为无焊接缝的厚壁圆管，侧墙组件4为板形，导气组件2为无焊接缝的厚壁圆管材压制成的扁形；导丝组件1位于焊矩截面形心位置，导电嘴10以上为密绕弹簧管，该管内径大于焊丝直经最少0.5毫米，弹簧管外周有绝缘层；导气组件2、导水组件3、侧墙组件4选用T2纯铜材料；导电嘴10选用Cr-Zr-Cu、即铬锆铜棒材棒材加工；导气组件2选用12×2纯铜管、导丝组件1选用6×1.5纯铜管、导水组件3选用6×1.5纯铜管、侧墙组件4选用厚7毫米T2纯铜板材加工；嵌入绝缘子6和滚动绝缘子9选用氧化铝陶瓷制造；设计坡口最小间隙为5.5毫米，由此取L尺寸为5毫米，滚动绝缘子直径为3.2毫米，G尺寸为4.5毫米；凹槽7深度为0.1毫米；高度H尺寸100毫米。绝缘后弹簧软管外径2.6毫米，用电工热缩套管作为绝缘层。
一种制造本发明的超窄间隙熔化极气体保护自动焊焊矩的方法的实施例：采用型材在流体/固体传输全高度方向上无接缝整体成型之后横向钎焊合成方法，工艺步骤为：1)、备料，其中导丝组件1、导水组件3，为无焊接缝的厚壁圆管，侧墙组件4为板形；2)、将导气组件无焊接缝的厚壁圆管材在专用模具内压制成扁形；3)、将压扁地导气组件2与导气组件的进气管座进行前次钎焊；4)、将导水组件横向接缝加工后与进出水管管座和弯头进行前次钎焊；5)、对全部组件进行横向拼接缝加工；在总装夹具内合成总装配；6)、在所有接缝处夹入片装钎料后紧固和定位；7)、放入炉内加热钎焊；8)、钎焊后进行水密与气密试验；9)、最后整形加工和表面绝缘处理；所述前次钎焊的钎料熔点为800℃～850℃的Ag-Cu-Zn合金，后次钎焊的钎料熔点为590℃～605℃的Ag-Cu-Zn-Cd合金；焊矩表面绝缘用超音速火焰喷涂氧化锆陶瓷涂层。
结合本发明焊矩上述技术结构和制造方法的实施例对技术方案、原理、效果进一步作如下说明：如图1～6所示，导气组件2在压制腰形13时，为防止管内气道非圆滑成型，压制前可在管内填实细砂或罐铅；导水组件弯头14，其底部盲孔用于连通导水组件3的进出水路，钻孔后将右端的工艺孔部分堵塞并焊牢，与导水组件3钎焊后不能有丝毫泄漏；嵌入绝缘子6的长度L应比焊接坡口的最小间隙小至少0.5毫米；采用滚动绝缘子9时，绝缘子9的心轴应分别偏离中心线MN左右适当距离，以保证滚子在任何情况下不同时接触两侧坡口面，两滚子装配后的横向宽度比焊接坡口的最小间隙小至少0.5毫米；导电嘴结构与传统结构类似，但尺寸大幅度缩小，用导电和耐磨性能性能兼优的铜合金材料制造。导气组件2与导水组件3在分体制造中要与气管座、水管座和弯头14钎焊，之后还要进行总装钎焊，为防止两批次钎焊之间的相互影响，两批次焊接均选择硬钎焊方法，但前次焊接的钎料熔点比后次焊接的钎料熔点应高出至少200℃；焊矩高度尺寸H应根据焊接工件的厚度范围，并考虑适当的尺寸系列而确定，一般高度尺寸等于焊接工件的上限厚度，本发明的焊矩高度尺寸可满足现有工业条件下的任何板厚(最大在300毫米左右)；为防止焊丝进入导电嘴之前通电软化和触点跳动起弧，必须对弹簧管外周加以绝缘；为保证导丝组件1的刚度，绝缘后的弹簧管外径应不大于2.6毫米。导气通道设置在紧临导丝结构两侧，用厚壁管材在专用模具内压扁成“腰形”13后，与导气组件2的进气管座体钎焊；导水组件3用于通过循环水来冷却焊矩，使焊矩在强烈热辐射环境下能保持准稳定温度场(即无热积累)，以保证焊矩的导电特性和焊接规范参数不受焊矩的非稳定温度场而发生变化；为确保良好的冷却效果，在结构设计上采取两项措施：1、在焊矩总厚度小于等于7毫米条件下，循环水管内径尽可能偏大；2、在紧临导气组件的左右两侧，用双循环水冷管路，即每侧均设置一独立的进出水管路。两件导水组件3分别与进出水管管座和弯头14管座钎焊。绝缘组件设置在焊矩左右的最外侧，结构可以是嵌入式，也可以是滚动式(如附图1的虚线结构示意图)。为确保焊矩与工件之间的电绝缘可靠性，嵌入绝缘子6或滚动式绝缘子9的左右端面都必须突出于焊矩的最大厚度截面适当尺寸。侧墙组件4主要用于增大焊矩刚度和安装绝缘子。导丝、导气、导水与侧墙组件分别成型和相关加工完成后，固定于专用加工辅具上，进行分体合成前的接缝加工。为保证厚度方向各分体组件的中心线MN完全重合，并防止下一钎焊工序的各MN线错位，接缝应设计成榫结构，以便于中心线合成装配时的厚度方向定位。
本发明焊矩的技术效果还表现为：1、采用厚壁管材制造大长径比流体/固体输送通道全高度方向上无接缝的导丝/导气/导水管路，无需分段对接，管路内径无需加工；2、将绝缘子设置在导丝/导气/导水结构之外，增大了绝缘子的结构尺寸，使得绝缘子制造难度大幅度降低，绝缘可靠性极大提高；3、将导气通道设置在紧临导丝结构两侧，保护气体进入焊接区无需改变方向，将使焊接区的冶金保护更加可靠；4、本发明焊矩可在300安培电流、100％暂载率下连续工作。