一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，属于窄间隙焊接技术领域，利用窄间隙钨极氩弧焊设备，采用非轴对称旋转钨极方式，进行超厚板(0‑300mm)、窄间隙(4‑10mm)的自动化焊接，步骤包括：(1)开坡口、坡口处理，(2)装夹窄间隙钨极氩弧焊设备，(3)安装钨极，设备编程，(4)定位：将焊枪钨极尖端移动至焊缝中心底部，气罩罩于焊缝上方，然后通过激光测距进行二次定位；(5)焊缝打底焊接：焊接过程中进行弧压及激光跟踪，保证钨极对中，利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，通过调节焊接电流和脉冲频率来精确控制焊缝热输入，(6)分层填中焊接：(7)盖面焊接。相比较于普通钨极氩弧焊接又大大增加了可焊接板厚及生产效率和生产质量。

【技术实现步骤摘要】
一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法
本专利技术涉及一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，属于窄间隙焊接

技术介绍
窄间隙焊接(narrowgapwelding，NGW)主要是应用在厚板焊接，在焊接前，焊接接头位置不开坡口或者开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用传统的焊接方法实现工件的高效率焊接。目前窄间隙钨极氩弧焊接主要实现方法有三种：一种是通过倾斜钨极配合直钨极或是双钨极双焊接电源结构，此结构可以保证有效的侧壁熔合，但是结构复杂，可以施焊的间隙宽度范围有限。一种是通过倾斜钨极在间隙中摆动产生摆动电弧从而有效加热两边侧壁，但是同样存在着施焊间隙宽度范围有限以及设备结构复杂价格昂贵等问题。另外一种是通过外加约束的方法控制电弧的加热范围，包括外加横向磁场以及旋转陶瓷片约束电弧的方法，但是磁控电弧方法不能焊接易磁化的材料并且需要解决磁场发生电路的问题，旋转陶瓷片约束电弧方法焊接效率较低，并且需要定期更换陶瓷片，由于陶瓷片旋转引入空气对焊缝的气体保护也存在问题。当前窄间隙钨极氩弧焊接设备大多数采用焊接小车沿着既定的轨道进行焊接，设备的自动化程度有限，在施焊过程中对于焊枪的位置、姿态调整有限，而窄间隙钨极氩弧焊接中电弧的形态与焊接过程中钨极的位置息息相关，因而为保证侧壁的有效熔合以及良好的焊缝成形，对焊接过程中焊枪的位置与姿态进行实时监控调整很有必要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种厚板窄间隙钨极氩弧焊工艺方法，利用窄间隙钨极氩弧焊设备，采用非轴对称旋转钨极方式，进行超厚板(0-300mm)、窄间隙(4-10mm)的自动化焊接。本专利技术的技术方案如下：一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，包括步骤如下：(1)开坡口、坡口处理：根据板厚及其它工艺参数，选择单侧或者双侧开U型坡口，预留窄间隙4-10mm，预留钝边，坡口处打磨除锈；(2)装夹：采用一种窄间隙钨极氩弧焊设备，设备包括机架、工作台、焊枪、送丝系统、水冷系统、激光传感器、弧压传感器；焊枪顶部通过进气管与气瓶连接，焊枪顶部通过电源导线与焊接电源连接，水冷系统包括进水管、回水管、水冷主机，焊枪顶部通过进水管和回水管与水冷主机相连，主要是对焊枪实现冷却功能，以保证本设备的长期稳定运行；送丝系统包括送丝机、导丝管、加持装置，送丝系统为焊接熔池处提供焊丝；送丝速度取决于焊缝宽度、焊接速度、电流、电压等；工作台用于放置待焊工件，机架上设有传动机构，传动机构与焊枪、送丝系统连接，传动机构用于带动焊枪、送丝系统在机架上移动；将待焊工件置于工作台，并用压紧块压紧，实现稳定装夹，装夹厚板，装夹误差小于1.5mm；机架包括横梁、支腿，传动机构包括第一轨道滑块副、齿轮齿条副、第二轨道滑块副，横梁顶部设有第一轨道滑块副和齿轮齿条副，横梁侧面设有第二轨道滑块副，第一轨道滑块副和齿轮齿条副上方设有溜板，溜板通过第一轨道滑块副与横梁连接；溜板上方固定设有滑台组件1，滑台组件1固定于溜板上方，滑台组件1包括滑块座1，固定架固定于滑块座1上方，固定架为直角板；固定架侧面设有滑台组件2，滑台组件2包括滑块座2，焊枪固定于滑块座2侧方；滑台组件1与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件1滑块座1的前后移动带动固定架沿垂直横梁的方向直线前后移动；滑台组件2及焊枪跟随固定架前、后移动；滑台组件2与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件2滑块座2的上下移动带动焊枪上下移动；齿轮齿条副与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过齿轮齿条副控制溜板沿横梁直线左右移动；溜板之上的所有结构滑台组件1、固定架、滑台组件2及焊枪跟随溜板左、右移动。固定架侧面还设有滑台组件3，滑台组件3包括滑块座3，滑块座3侧面设有气罩，滑台组件3与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件3滑块座3的上下移动带动气罩上下移动。(3)安装钨极，设备编程：焊枪包括枪筒，枪筒为两端开口的腔体，枪筒上侧设有上盖板，枪筒下侧设有下盖板，枪筒内设有固定板，固定板上设有电动机，电动机输出轴与主轴相连，主轴末端与钨极相连；枪筒内设有水冷套，主轴贯穿水冷套，水冷套上设有进水管和回水管，进水管和回水管穿过上盖板与外界水冷系统连接；进水管输入冷却液体，出水管输出冷却液体，完成水的循环，通过水的循环过程降低主轴的温度，实现焊枪长时间工作；枪筒内设有导电滑块，主轴贯穿导电滑块，导电滑块上设有导线，导线穿过上盖板与外界焊接电源相连；通过导线与焊接电源的连通对主轴进行有效导电，导电滑块与主轴配合并相对转动，主轴旋转运动时导电滑块固定不动；上盖板贯穿设有气嘴接头，气嘴接头通过进气管与外界保护气系统相连，下盖板贯穿设有出气孔，气嘴接头、上盖板、枪筒内部空腔、主轴、下盖板共同形成气体通道，外接保护气体自气嘴接头处进入枪筒，先充满枪筒，起到缓冲作用，然后从下盖板出气孔处均匀、平稳排出焊枪，吹出气体属于层流，指向性一致，集中保护电弧正下方熔池，并且对焊接电弧起到拘束作用，保证起弧及焊接过程稳定，防止电弧在侧壁上方起弧，此保护气体既为焊接处熔池及焊缝提供保护气体，同时对枪体内部进行气流冷却；枪筒外部设有外壳，枪筒与外壳相对移动；上盖板固定于枪筒的上端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并形成气体通路；下盖板固定于枪筒的下端，其上有各螺纹或机械安装孔位，利于其分别与枪筒及其他零部件进行组装机配合，并开有一定数量的出气孔，以利于气体平稳、均匀排出为目的。根据焊接情况的不同，选用直径不同规格的钨极，根据板厚明确焊接热输入能力及钨极伸出距离；(4)定位：通过驱动源控制溜板沿横梁方向移动、固定架沿垂直横梁方向移动、焊枪上下移动、气罩上下移动，将焊枪钨极尖端移动至焊缝中心底部，气罩罩于焊缝上方，然后通过激光测距进行二次定位；(5)设备编程，焊缝打底焊接：氩弧焊工艺，使其进行打底焊时不会烧穿，焊接过程中进行弧压及激光跟踪，保证钨极对中，电弧对两侧壁的作用相等；设有的激光传感器及弧压传感器，通过激光及弧压感应，保证窄间隙U型坡口的钨极对中问题，实际焊接时，只有焊枪精确对中才可保证钨极与两侧壁距离相等，使焊接质量得到保障；为了控制较低的热输入，利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，设计同时具备交流和脉冲功能的双阶梯交流脉冲焊接电流波形，通过调节焊接电流和脉冲频率来精确控制焊缝热输入，同时避免对母材的磁化；防止和减少过热，防止出现粗大铁素体、马氏体组织；尽可能减小焊接线能量，将焊接变形减至最小；根据电弧电压随着钨极尖端与工件之间的最短距离发生周期性变化的规律，电弧遵守最小电压原理，转到侧壁时，电压最小，根据在两侧壁时的电压值的差别可以判断是否对中以及距离差多少；从而可以实现窄间隙电弧控制及焊缝跟踪。在焊接完一层后，设备可以自动回到程序设定的起始点，准备进行下一层焊接。(6)分层填中焊接：单层焊接完成后，停止焊接，利用驱动源抬高钨极并返回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，其特征在于，包括步骤如下：/n(1)开坡口、坡口处理：根据板厚及其它工艺参数，选择单侧或者双侧开U型坡口，预留窄间隙4-10mm，预留钝边，坡口处打磨除锈；/n(2)装夹：采用一种窄间隙钨极氩弧焊设备，设备包括机架、工作台、焊枪、送丝系统、水冷系统、激光传感器、弧压传感器；焊枪顶部通过进气管与气瓶连接，焊枪顶部通过电源导线与焊接电源连接，水冷系统包括进水管、回水管、水冷主机，焊枪顶部通过进水管和回水管与水冷主机相连；送丝系统包括送丝机，送丝系统为焊接熔池处提供焊丝；工作台用于放置待焊工件，机架上设有传动机构，传动机构与焊枪、送丝系统连接，传动机构用于带动焊枪、送丝系统在机架上移动；将待焊工件置于工作台，并用压紧块压紧；/n机架包括横梁、支腿，传动机构包括第一轨道滑块副、齿轮齿条副、第二轨道滑块副，第一轨道滑块副和齿轮齿条副上方设有溜板；溜板上方固定设有滑台组件1，滑台组件1包括滑块座1，固定架固定于滑块座1上方，固定架为直角板；固定架侧面设有滑台组件2，滑台组件2包括滑块座2，焊枪固定于滑块座2侧方；/n滑台组件1与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件1滑块座1的移动带动固定架沿垂直横梁的方向直线移动；/n滑台组件2与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件2滑块座2的上下移动带动焊枪上下移动；/n齿轮齿条副与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过齿轮齿条副控制溜板沿横梁直线移动；/n固定架侧面还设有滑台组件3，滑台组件3包括滑块座3，滑块座3侧面设有气罩，滑台组件3与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件3滑块座3的上下移动带动气罩上下移动；/n(3)安装钨极，设备编程：/n焊枪包括枪筒，枪筒为两端开口的腔体，枪筒上侧设有上盖板，枪筒下侧设有下盖板，枪筒内设有固定板，固定板上设有电动机，电动机输出轴与主轴相连，主轴末端与钨极相连；/n枪筒内设有水冷套，主轴贯穿水冷套，水冷套上设有进水管和回水管，进水管和回水管穿过上盖板与外界水冷系统连接；/n枪筒内设有导电滑块，主轴贯穿导电滑块，导电滑块上设有导线，导线穿过上盖板与外界焊接电源相连；/n上盖板贯穿设有气嘴接头，气嘴接头通过进气管与外界保护气系统相连，下盖板贯穿设有出气孔，/n枪筒外部设有外壳，枪筒与外壳相对移动；/n根据焊接情况的不同，选用直径不同规格的钨极，根据板厚明确焊接热输入能力及钨极伸出距离；/n(4)定位：通过驱动源控制溜板沿横梁方向移动、固定架沿垂直横梁方向移动、焊枪上下移动、气罩上下移动，将焊枪钨极尖端移动至焊缝中心底部，气罩罩于焊缝上方，然后通过激光测距进行二次定位；/n(5)设备编程，焊缝打底焊接：氩弧焊工艺，使其进行打底焊时不会烧穿，焊接过程中进行弧压及激光跟踪，保证钨极对中，电弧对两侧壁的作用相等；/n利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，设计同时具备交流和脉冲功能的双阶梯交流脉冲焊接电流波形，通过调节焊接电流和脉冲频率来精确控制焊缝热输入；/n电弧遵守最小电压原理，转到侧壁时，电压最小，根据在两侧壁时的电压值的差别可以判断是否对中以及距离差多少；/n(6)分层填中焊接：单层焊接完成后，停止焊接，利用驱动源抬高钨极并返回程序设置点；等待层间冷却，冷却至焊缝处不高于100℃时进行下一道焊接；/n(7)盖面焊接，焊枪钨极持续摆动，焊枪中心处与气罩处两重气体保护。/n...

【技术特征摘要】
1.一种厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)开坡口、坡口处理：根据板厚及其它工艺参数，选择单侧或者双侧开U型坡口，预留窄间隙4-10mm，预留钝边，坡口处打磨除锈；
(2)装夹：采用一种窄间隙钨极氩弧焊设备，设备包括机架、工作台、焊枪、送丝系统、水冷系统、激光传感器、弧压传感器；焊枪顶部通过进气管与气瓶连接，焊枪顶部通过电源导线与焊接电源连接，水冷系统包括进水管、回水管、水冷主机，焊枪顶部通过进水管和回水管与水冷主机相连；送丝系统包括送丝机，送丝系统为焊接熔池处提供焊丝；工作台用于放置待焊工件，机架上设有传动机构，传动机构与焊枪、送丝系统连接，传动机构用于带动焊枪、送丝系统在机架上移动；将待焊工件置于工作台，并用压紧块压紧；
机架包括横梁、支腿，传动机构包括第一轨道滑块副、齿轮齿条副、第二轨道滑块副，第一轨道滑块副和齿轮齿条副上方设有溜板；溜板上方固定设有滑台组件1，滑台组件1包括滑块座1，固定架固定于滑块座1上方，固定架为直角板；固定架侧面设有滑台组件2，滑台组件2包括滑块座2，焊枪固定于滑块座2侧方；
滑台组件1与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件1滑块座1的移动带动固定架沿垂直横梁的方向直线移动；
滑台组件2与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件2滑块座2的上下移动带动焊枪上下移动；
齿轮齿条副与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过齿轮齿条副控制溜板沿横梁直线移动；
固定架侧面还设有滑台组件3，滑台组件3包括滑块座3，滑块座3侧面设有气罩，滑台组件3与驱动源连接，驱动源用于提供动力，驱动源通过控制滑台组件3滑块座3的上下移动带动气罩上下移动；
(3)安装钨极，设备编程：
焊枪包括枪筒，枪筒为两端开口的腔体，枪筒上侧设有上盖板，枪筒下侧设有下盖板，枪筒内设有固定板，固定板上设有电动机，电动机输出轴与主轴相连，主轴末端与钨极相连；
枪筒内设有水冷套，主轴贯穿水冷套，水冷套上设有进水管和回水管，进水管和回水管穿过上盖板与外界水冷系统连接；
枪筒内设有导电滑块，主轴贯穿导电滑块，导电滑块上设有导线，导线穿过上盖板与外界焊接电源相连；
上盖板贯穿设有气嘴接头，气嘴接头通过进气管与外界保护气系统相连，下盖板贯穿设有出气孔，
枪筒外部设有外壳，枪筒与外壳相对移动；
根据焊接情况的不同，选用直径不同规格的钨极，根据板厚明确焊接热输入能力及钨极伸出距离；
(4)定位：通过驱动源控制溜板沿横梁方向移动、固定架沿垂直横梁方向移动、焊枪上下移动、气罩上下移动，将焊枪钨极尖端移动至焊缝中心底部，气罩罩于焊缝上方，然后通过激光测距进行二次定位；
(5)设备编程，焊缝打底焊接：氩弧焊工艺，使其进行打底焊时不会烧穿，焊接过程中进行弧压及激光跟踪，保证钨极对中，电弧对两侧壁的作用相等；
利用交流脉冲热丝TIG焊接技术，设计同时具备交流和脉冲功能的双阶梯交流脉冲焊接电流波形，通过调节焊接电流和脉冲频率来精确控制焊缝热输入；
电弧遵守最小电压原理，转到侧壁时，电压最小，根据在两侧壁时的电压值的差别可以判断是否对中以及距离差多少；
(6)分层填中焊接：单层焊接完成后，停止焊接，利用驱动源抬高钨极并返回程序设置点；等待层间冷却，冷却至焊缝处不高于100℃时进行下一道焊接；
(7)盖面焊接，焊枪钨极持续摆动，焊枪中心处与气罩处两重气体保护。


2.根据权利要求1所述的厚板窄间隙钨极氩弧焊焊接工艺方法，其特征在于，步骤(1)中，坡口尺寸为：①底部圆弧过渡半径R＝1.0-3.0mm；②钝边伸出长度为1.0-3.0mm，钝边厚度1.0-3.0mm；③对口间隙1.0-2.0mm；④坡口角度0-3°。


3.根据权利要求1所述的厚板...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾传宝，张治卫，
申请(专利权)人：山东平云智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37