熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法，该焊接装置包含：用于输入补偿电弧周围气氛环境的第一气体的第一管路；用于输入保护熔池的第二气体的第二管路；及，保护罩组件，其包含具有进口和出口的保护罩壳体、将保护罩壳体隔开的隔板，该隔板将保护罩壳体分隔出第一空腔、第二空腔，该第一空腔用于输入第一气体，该第二空腔用于输入第二气体。本发明专利技术的焊接装置和工艺通过在电弧周围上方通入第一气体保护以及在熔池上方通入第二气体保护，焊接速度可高达1.4m/min‑1.8m/min，提高了焊接生产率，并较好地抑制了镀金属材料焊接接头气孔、飞溅问题；且与常规激光焊接工艺相比，可采用普通碳钢焊丝以及普通脉冲焊接设备，成本大幅降低。

Melting Pole Gas Shielded Welding Device and Welding Method for Metal Plating Material

The invention discloses a gas-shielded welding device for molten pole and a welding method for metal-plated materials. The welding device comprises: a first pipeline for inputting the first gas to compensate the atmosphere surrounding the arc; a second pipeline for inputting the second gas to protect the molten pool; and a shield assembly comprising a shield case with an inlet and an outlet, and a shield case to protect the molten pool. The partition plate separates the protective cover case from the first cavity and the second cavity. The first cavity is used for inputting the first gas and the second cavity is used for inputting the second gas. The welding device and process of the invention can increase the welding productivity by introducing the first gas protection around the arc and the second gas protection over the molten pool, which can reach 1.4m/min 1.8m/min, and better restrain the problems of gas holes and spatters in the welded joints of metal-plated materials. Compared with conventional laser welding process, common carbon steel welding wires and general welding can be used. The cost of pulse welding equipment is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法
本专利技术涉及一种焊接装置及工艺，具体涉及一种熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法，主要用于汽车制造工业以改善镀锌板高速焊接的焊接质量。
技术介绍
目前，如何减轻汽车重量、如何改善汽车长期质量一直是汽车工业急需解决的两大挑战。为了克服上述挑战，汽车生产商一直追寻强度更高、厚度更薄的镀锌钢板。然而，镀锌板具有较差的焊接性。由于金属锌的沸点大约在906℃而钢的熔点大约在1500℃。焊接时，钢的焊接温度远远超过锌的沸点，从而将产生大量的高压金属锌蒸气。如果这些金属蒸气不能被正确的释放，这些蒸气将残留在焊缝金属中引起气孔等焊接缺陷。该焊接缺陷将降低焊缝接头的机械性能。图1A-1C为用于汽车制造常用的焊接接头：图1A为对接接头，图1B为T型角接头，图1C为搭接接头。对于图1A的对接接头，左边的母材试板6和右边的母材试板7都为镀锌钢板。当焊接镀锌钢板时，来自试板表面的镀锌层1蒸发并释放到空气中。对接接头2的根部区域3很少有镀锌层，因此气孔等焊接缺陷很难发生在对接接头中。对于图1B的T型角焊缝，腹板4和翼板5为镀锌试板。翼板上表面的部分镀锌层包含在T型角焊缝2的根部区域3。如果接头根部间隙t过小，锌蒸气无法完全释放到外部，部分锌蒸气将保留在焊缝2内部，形成焊接缺陷。与对接接头和T型角接头相比，镀锌板搭接接头的焊接性较差。如图1C所示，搭接接头上翼板8和下翼板9为镀锌钢板。焊接时，镀锌层1的金属锌蒸发并且锌蒸气将从接头根部区域3释放并通过熔池逃离到外部。对于搭接接头根部区域3，包含两部分镀锌层1。分别为上翼板8下表面的镀锌层和下翼板9上表面的镀锌层。因此需要有更多的锌蒸气通过根部区域3逃离到外部。若根部间隙t较小，过多的锌蒸气无法逃脱将残留在焊缝根部形成焊接缺陷。因此如何解决镀锌钢板搭接接头的焊接缺陷问题一直是汽车工业面对的挑战。另外，对于搭接接头而言，随着搭接接头根部间隙t的减小，气孔现象变得更加明显。在熔化焊工艺方法中，熔化极气体保护焊(GasMetalArcWelding，简称GMAW)，非熔化极气体保护焊(GasTungstenArcWelding，简称GTAW)，激光焊(LaserBeamWelding，简称LBW)是最为常用且重要的方法。虽然这些焊接方法都有其独特的优势和特点，但熔化极气体保护焊(在活性或惰性气体保护氛围下，电弧产生于焊丝和工件之间)是用于生产汽车部件最为普通的一种焊接方法。它的优势在于高效、灵活、成本低和易于机器人自动化焊接。之前采用熔化极气体保护焊方法用于减小镀锌板焊接气孔问题的方法主要分为以下几种：1)在镀锌板焊接之前，将焊接区域的镀锌层机械加工或打磨掉。但采用此方法，将降低汽车生产企业的焊接生产率。2)开发新型的焊丝材料，例如采用铜焊丝(Cu-Si等)用于零件的钎焊。或者减小焊丝中Si，Mn元素的数量以减小焊缝中熔化金属的粘度，使熔池金属流动性增加，从而将使锌蒸气较为容易的从熔池内部释放出来。然而新型焊丝的改变将增加汽车生产企业的成本。另外，采用此方法对抑制气孔缺陷的产生能力有限。3)通过减小焊接热输入进而减少镀锌板搭接接头根部上、下翼板之间产生的锌蒸气。例如，CMT(冷金属过渡焊接技术，ColdMetalTransfer)焊接方法是一种利用机械控制焊丝前进或者后退运动以控制电流短路过程中的引弧和持续。然而，这种方法，焊接速度较慢。另外，由于CMT是一种新型电流波形，它只适用于特殊的焊接电源。因此，需要研发一种用于抑制镀锌板焊接气孔缺陷的新型熔化极气体保护焊工艺，在电弧下方创造一稳定的锌蒸气逃逸通道，从而加速锌蒸气释放。对于常规焊接速度的实芯焊丝气体保护焊方法，焊接区域的气氛完全被焊接保护气体所覆盖，其作用就是防止熔池氧化并且稳定电弧和熔滴过渡形式。然而，当焊接速度较快时，由于焊枪喷嘴的尺寸限制，来自焊枪喷嘴里的保护气体不能完全保护熔池区域。因此焊缝表面比较粗糙和氧化。另外，较高焊接速度容易破坏电弧周围的气氛环境，导致不稳定的电弧或者熔滴过渡形式。这样将无法形成稳定的锌蒸气逃逸通道。最终，例如气孔、飞溅等焊接缺陷易于形成。对于其他不同熔点的金属材料的焊接，也存在上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种特殊气体保护装置并结合镀金属材料的熔化极气体保护的焊接方法，用于抑制镀锌板高速焊接气孔或者飞溅，可以大幅提高焊接工艺的焊接速度及效率。为达到上述目的，本专利技术提供了一种熔化极气体保护的焊接装置，该焊接装置安装在焊枪喷嘴上，该焊枪喷嘴输出焊接保护气，该装置包含：用于输入补偿电弧周围气氛环境的第一气体的第一管路；用于输入保护熔池的第二气体的第二管路；及保护罩组件，其包含具有进口和出口的保护罩壳体、设置在保护罩壳体内用于分隔空间的隔板，该隔板开设有用于安装焊枪喷嘴的缺口，隔板及焊枪喷嘴外壁在保护罩壳体内分隔出第一空腔、第二空腔，该第一空腔用于输入第一气体，该第二空腔用于输入第二气体；其中，该保护罩壳体的进口方向与第一管路、第二管路的气体输入方向一致，该保护罩壳体的出口方向与第一管路、第二管路的气体输出方向一致。较佳地，所述的第一气体与焊接保护气相同；所述的第二气体为惰性气体，包括氩气、氦气及氩气和氦气的混合气。较佳地，所述的隔板的下边缘不超过焊枪喷嘴出口。较佳地，第一空腔出口端下边缘与第二空腔出口端下边缘高度不一致，具体来说，第一空腔出口端下边缘比第二空腔出口端下边缘低，第一空腔出口端下边缘更靠近焊件。较佳地，所述的保护罩组件还包含：用于连接第一管路的第一管路连接件、用于连接第二管路的第二管路连接件，该第一管路连接件位于第一空腔中，该第二管路连接件位于第二空腔中。较佳地，所述的保护罩组件还包含：分别位于第一空腔、第二空腔中的气体均布器，所述的气体均布器分别与第一管路、第二管路连通，分别将第一气体、第二气体均匀分布，再经第一空腔出口端、第二空腔出口端输出。较佳地，所述的气体均布器具有致密多孔结构。较佳地，所述的气体均布器为具有致密多孔结构的消音器。较佳地，所述的保护罩组件还包含：设置在气体均布器出口方向的用于进一步使气体分布均匀的铜塞网。较佳地，所述的保护罩组件还包含：设置在第一空腔出口端的裙边，其连接在第一空腔的保护罩壳体外壁上，使用时与焊件接触，作为前置保护。较佳地，所述的裙边选择柔性耐高温胶带，优选特氟龙玻璃纤维防火耐高温胶带。由于保护气体成分的精确程度为镀锌板高速焊质量的决定因素之一，本专利技术提供的熔化极气体保护的焊接装置，在焊接保护气的基础上设置前后两路辅助保护气，第一管路为焊接方向的前置保护，结合保护罩组件(如保护罩壳体前长后短、裙边等)，起到防止空气进入，且采用与焊接保护气相同的气体成分，起到补偿电弧周围气氛的作用；第二管路为焊接方向的后置保护，气体成分为惰性保护气体，结合保护罩组件，起到防止半凝固状态的焊缝氧化的作用。本专利技术提供的焊件装置尤其适用于高速焊接，或外界气流扰动较大的情况，可单独使用(用于现有焊接工艺)以提高焊接质量，也可结合改进的焊接工艺，进一步提高焊接质量。本专利技术还提供了一种用于镀金属材料的熔化极气体保护的焊接方法，该方法采用的焊枪喷嘴连接有上述的用于镀金属材料的熔化极气体保护焊接装置，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，该焊接装置安装在焊枪喷嘴上，该焊枪喷嘴输出焊接保护气，该装置包含：用于输入补偿电弧周围气氛环境的第一气体的第一管路；用于输入保护熔池的第二气体的第二管路；及保护罩组件，其包含具有进口和出口的保护罩壳体、设置在保护罩壳体内用于分隔空间的隔板，该隔板开设有用于安装焊枪喷嘴的缺口，隔板及焊枪喷嘴外壁在保护罩壳体内分隔出第一空腔、第二空腔，该第一空腔用于输入第一气体，该第二空腔用于输入第二气体；其中，该保护罩壳体的进口方向与第一管路、第二管路的气体输入方向一致，该保护罩壳体的出口方向与第一管路、第二管路的气体输出方向一致。

【技术特征摘要】
1.一种熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，该焊接装置安装在焊枪喷嘴上，该焊枪喷嘴输出焊接保护气，该装置包含：用于输入补偿电弧周围气氛环境的第一气体的第一管路；用于输入保护熔池的第二气体的第二管路；及保护罩组件，其包含具有进口和出口的保护罩壳体、设置在保护罩壳体内用于分隔空间的隔板，该隔板开设有用于安装焊枪喷嘴的缺口，隔板及焊枪喷嘴外壁在保护罩壳体内分隔出第一空腔、第二空腔，该第一空腔用于输入第一气体，该第二空腔用于输入第二气体；其中，该保护罩壳体的进口方向与第一管路、第二管路的气体输入方向一致，该保护罩壳体的出口方向与第一管路、第二管路的气体输出方向一致。2.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的第一气体与焊接保护气相同；所述的第二气体为惰性气体，包括氩气、氦气及氩气和氦气的混合气。3.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的隔板的下边缘不超过焊枪喷嘴出口。4.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，第一空腔出口端下边缘与第二空腔出口端下边缘高度不一致。5.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的保护罩组件还包含：用于连接第一管路的第一管路连接件、用于连接第二管路的第二管路连接件，该第一管路连接件与第一空腔连通，该第二管路连接件与第二空腔连通。6.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的保护罩组件还包含：分别位于第一空腔、第二空腔中的气体均布器，所述的气体均布器分别与第一管路、第二管路连通，分别将第一气体、第二气体均匀分布，再经第一空腔出口端、第二空腔出口端输出。7.如权利要求6所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的气体均布器具有致密多孔结构。8.如权利要求6所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的气体均布器为具有致密多孔结构的消音器。9.如权利要求6所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的保护罩组件还包含：设置在气体均布器出口方向的用于进一步使气体分布均匀的铜塞网。10.如权利要求1所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的保护罩组件还包含：设置在第一空腔出口端的裙边，其连接在第一空腔的保护罩壳体外壁上，使用时与焊件接触。11.如权利要求10所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的裙边选择柔性耐高温材料。12.如权利要求11所述的熔化极气体保护的焊接装置，其特征在于，所述的裙边选择特氟龙玻璃纤维防火耐高温胶带。13.一种用于镀金属材料的熔化极气体保护的焊接方法，其特征在于，该方法采用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄巍，宋世和，周昀，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR