專利名稱：一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于埋弧焊接領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
金屬結(jié)構(gòu)中的焊縫是在電弧加熱作用下熔化成液態(tài)熔池，隨后經(jīng)凝固而形成的，電弧加熱作用對熔池的幾何形狀起著決定性的作用。焊接過程中不可避免地因電弧波動(dòng)形成多種外觀缺陷，如焊縫表面欠光滑，焊縫寬窄不均勻，焊縫邊緣咬邊等。外觀缺陷，特別是咬邊缺陷會(huì)造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，使該處在承力狀態(tài)下容易產(chǎn)生裂紋源最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失 效。同時(shí)焊縫表面成形又直接影響產(chǎn)品的外觀形貌，制造廠商及用戶對此都較為關(guān)注。為此，重要金屬結(jié)構(gòu)如化工壓力容器、船舶制造等都需在焊后進(jìn)行焊縫表面打磨修復(fù)，但這又耗費(fèi)大量的時(shí)間及勞動(dòng)成本，而且打磨修復(fù)工況條件也較為惡劣。目前大型化工壓力容器的建造主要依靠高效大線能量埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接加工，由于壓力容器制造一般都要求使用工藝性能相對不如酸性渣系的堿性燒結(jié)焊劑進(jìn)行焊接，而對焊縫表面質(zhì)量又有較高的要求，尤其對焊道咬邊深度、焊縫余高、焊縫寬度的均勻性以及焊縫表面光潔度等都制訂有量化的檢驗(yàn)指標(biāo)。為此通過進(jìn)一步提高焊接過程電弧的穩(wěn)定性，最大限度地控制焊縫形成過程的波動(dòng)，可以有效地減少焊后返修工作量從而提高生產(chǎn)效率。根據(jù)熔渣的離子特性，熔渣在熔融狀態(tài)本身具有一定的導(dǎo)電性能，充分利用熔渣的這種性能目前在煉鋼冶金領(lǐng)域已成為頗為新穎的研究熱點(diǎn)?！对痖g外加直流電場無污染脫氧》(李建朝，張捷宇，魯雄剛，等，過程工程學(xué)報(bào)，2006增刊)，公開了在鋼液與Al2O3-CaO-MgO熔渣間施加穩(wěn)定的直流電場，進(jìn)行鋼液的脫氧方法。該方法通過外電場誘導(dǎo)鋼液和熔渣中離子的遷移，對鋼液中溶解氧具有良好的脫除效果?！犊煽匮趿饕苯稹?高運(yùn)明、姜英、張華，等，武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，第五期)公開了利用電化學(xué)原理控制鋼液中氧流的方法。此外《渣金間外電場無污染脫氧法的研究》(魯雄剛，梁小偉，袁威，等，金屬學(xué)報(bào)2005年第二期)也公開了利用渣金間施加直流電場誘導(dǎo)熔體內(nèi)帶電離子有序運(yùn)動(dòng)的方法。由于焊接冶金過程與煉鋼冶金過程在本質(zhì)上具有相似之處，在焊接過程中渣金間實(shí)施外電場的作用也必然會(huì)引發(fā)熔渣及液態(tài)金屬內(nèi)部電導(dǎo)載流體的某些有序運(yùn)動(dòng)。但熔渣的導(dǎo)電性能相比金屬而言又差得多，為此若能設(shè)法改善焊接過程中熔渣的導(dǎo)電性能，也就能對這種外電場作用下熔體內(nèi)部的有序運(yùn)動(dòng)加以有效地利用，這將有可能從一個(gè)全新的角度開辟焊接冶金質(zhì)量控制的新途徑。筆者在對焊接過程渣金間施加外電場控制氧化夾雜物研究的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下外電場對焊接工藝還存在一些有益作用，這對解決焊接過程的穩(wěn)定性具有良好的應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的壓力容器等重要鋼結(jié)構(gòu)制造中焊縫咬邊及成形缺陷帶來的焊后返修工作等問題，本發(fā)明提供了一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置及其使用方法，它可以對渣金電導(dǎo)載流進(jìn)行導(dǎo)流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)。技術(shù)方案
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置，它包括焊炬和焊接主電路，它還包括可形成焊接輔助電場的輔助電路，所述的輔助電路包括直流電源和金屬導(dǎo)電電極，所述直流電源的負(fù)極接金屬導(dǎo)電電極，正極接母材金屬；所述的金屬導(dǎo)電電極為鶴棒。優(yōu)選地，所述的鎢棒用絕緣樹脂夾頭固定在焊接機(jī)頭上且與導(dǎo)電嘴絕緣，此處必須注意鎢棒與導(dǎo)電嘴保持絕緣，否則焊接主電路電流將流經(jīng)鎢棒，則起不到輔助電場的作 用。所述鎢棒的尖端距離焊絲末端5-8mm，焊接過程中鎢棒作為電極與焊接機(jī)頭作同步運(yùn)動(dòng)，該絕緣樹脂夾頭上設(shè)置有夾緊、松開旋鈕，用于將鎢棒夾緊，鎢棒位置固定后即將旋鈕夾緊，如需調(diào)節(jié)所述鎢棒的上下高度則可松開旋鈕，對鎢棒進(jìn)行上下調(diào)整；所述的鎢棒與導(dǎo)線連接處用銅制夾片將導(dǎo)線芯線與所述鎢棒纏繞后夾緊。優(yōu)選地，所述的直流電源為30V/50A的直流穩(wěn)壓電源。由于交流電不能構(gòu)成穩(wěn)定的電場，因此必須采用直流電源，同時(shí)熔渣的導(dǎo)電率是有限的，渣金間流經(jīng)的電流一般不能超過15A，因此選擇過大的電源電壓是沒有意義的。優(yōu)選地，所述的鎢棒直徑為3. 2mm。一種所述的利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置的使用方法，使用時(shí)，所述的輔助電路中作為金屬導(dǎo)電電極的鎢棒的下端伸入液態(tài)焊渣內(nèi)部。有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)基于鎢電極可發(fā)射大量電子，本發(fā)明的輔助電路以鎢電極作陰極向液態(tài)熔渣內(nèi)部輸入大量自由電子，可極大地改善熔渣導(dǎo)電性能，并引導(dǎo)電子直接進(jìn)入熔池以增強(qiáng)電弧陰極的電子發(fā)射能力，使焊接電弧更集中于熔池的中心部位；同時(shí)，輔助電場既可以使渣金內(nèi)部的離子電導(dǎo)形成有序運(yùn)動(dòng)并在界面結(jié)合成低表面能的活性氧化物，又可改善液態(tài)熔渣在焊縫金屬表面的潤濕鋪展性能；
(2)本發(fā)明的技術(shù)方案在渣金間施加外電場后，不僅熔渣的導(dǎo)電性能得到較大的改善，也進(jìn)一步改善了埋弧焊縫成形，使焊縫邊緣平直度增加、寬窄更為均勻，焊縫形狀更為光潔圓滑，能較好地克服咬邊等外觀缺陷，此時(shí)與現(xiàn)有的埋弧焊相比，更有利于焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，焊接工藝更穩(wěn)定，焊縫成形也更為良好。
圖I為施加外電場的焊接原理示意 圖2為實(shí)施例I中的焊接電信號分析儀的電路結(jié)構(gòu)示意 圖3為施加外電場和未施加外電場作用的焊縫成形及焊接形成的渣殼對比試驗(yàn)照片；圖4為焊接電弧電壓概率密度分布，其中，圖4 (a)中外電源輸出電壓為30V，圖4 (b)中外電源輸出電壓為25V ；圖5為焊接電信號分析儀的系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)框圖。圖中標(biāo)號說明1、液態(tài)焊渣；2、焊劑；3、電?。?、熔池金屬；5、母材金屬；6、凝固
焊渣；7、焊縫金屬。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說明書附圖和具體的實(shí)施例，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。如圖1，本發(fā)明的一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置，它包括焊炬和焊接主電路，還包括可形成焊接輔助電場的輔助電路，所述的輔助電路包括直流電源和金屬導(dǎo)電電極，所述直流電源的的負(fù)極接鎢棒，正極接母材金屬5。鎢棒用絕緣樹脂夾頭固定在焊接機(jī)頭上且與導(dǎo)電嘴絕緣，所述鎢棒的尖端距離焊絲末端5-8mm，該絕緣樹脂夾頭上設(shè)置有夾緊、松開旋鈕，用于將鎢棒夾緊；所述的鎢棒與導(dǎo)線連接處用銅制夾片將導(dǎo)線芯線與所述鎢棒纏繞后夾緊。 實(shí)施例I
本實(shí)施例I的焊接設(shè)備選用MZ-1000型埋弧焊機(jī)，電源極性采用直流反接法，以行走小車進(jìn)行自動(dòng)焊接。焊接材料為SJlOl燒結(jié)焊劑配合直徑4mm的H10Mn2焊絲。焊接時(shí)在厚度為14mm的Q235鋼板上進(jìn)行表面堆焊，焊接規(guī)范焊接電流600-610A，電弧電壓30-34V，焊接速度33cm/min。本實(shí)施例的裝置的原理示意圖見圖1，以30V/50A的直流穩(wěn)壓電源提供輔助外電場。穩(wěn)壓電源的一輸出極接直徑為3. 2_的鎢棒，而另一輸出極與母材金屬5接通。如圖I中，變換Kl可改變輔助電源的輸出極性。將鎢棒用絕緣樹脂夾具固定在送絲機(jī)頭上，鎢棒與焊絲導(dǎo)電嘴相互絕緣。鎢棒的尖端距離焊絲末端5-8mm。試驗(yàn)前通過試焊觀察穩(wěn)壓電源的電流信號調(diào)整鎢棒上下高度，使其正好插入電弧3外圍的液態(tài)焊渣I內(nèi)部，但又未進(jìn)入熔池造成短路。焊接時(shí)接通輔助電路的直流電源，鎢棒隨同機(jī)頭作同步運(yùn)動(dòng)，這樣即在熔渣與熔池之間施加了一輔助外電場。在其它工藝完全相同的條件下進(jìn)行施加外電場和不施加外電場焊接試驗(yàn)。為探討外電場作用對焊接電弧3的影響，應(yīng)用自行研制的焊接電信號分析儀對焊接過程電弧3電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析。該焊接電信號分析儀的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，具備焊接電信號采集、實(shí)時(shí)顯示與回放、焊接電信號統(tǒng)計(jì)圖形和統(tǒng)計(jì)參數(shù)的自動(dòng)獲取等功能。該分析儀由焊接電流與電壓傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。其中焊接電流與電壓傳感器采用閉環(huán)(補(bǔ)償)式霍爾傳感器，該傳感器輸入輸出高度隔離，可實(shí)現(xiàn)測量回路與焊接主回路高度絕緣，非常適合焊接測試過程中的強(qiáng)烈電磁干擾環(huán)境。數(shù)據(jù)采集卡選用的是美國NI公司的USB-6210。USB-6210為USB總線供電多功能數(shù)據(jù)采集卡，即插即用，使用非常方便。該卡的主要性能指標(biāo)為16路16位模擬輸入，單通道最高采樣頻率為250 kHz，滿足焊接電信號的數(shù)據(jù)采集頻率與精度要求。采集的焊接電流與電壓信號經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后由顯示器實(shí)時(shí)顯示電流與電壓波形，同時(shí)將采集的原始數(shù)據(jù)存盤，用于焊后波形回放和數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如下
焊接電信號分析儀采用LabVIEW 8. 2作為開發(fā)平臺，分析儀的系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，分為數(shù)據(jù)采集、波形回放、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫四個(gè)模塊，往下再細(xì)分若干模塊。由于LabVIEW程序具有完全模塊化特點(diǎn)，可以隨時(shí)添加/刪除功能模塊，不影響其它模塊的功能，這對于系統(tǒng)維護(hù)和更新是非常有利的。數(shù)據(jù)采集模塊主要完成焊接電流與電壓信號采集與波形實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)以LabVIEW最新的TDMS文件格式進(jìn)行保存，具有保存、讀取速度快，便于把測試相關(guān)信息隨同數(shù)據(jù)文件進(jìn)行保存的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)回放模塊設(shè)計(jì)對于本系統(tǒng)是相當(dāng)重要的。分析焊接電信號時(shí)，往往不可以對整個(gè)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析，因?yàn)楹附舆^程充滿很多不確定性因素，如焊接操作者操作不穩(wěn)時(shí)的信號特點(diǎn)和穩(wěn)定燃弧過程中的信號特點(diǎn)就很不一樣，而后面的數(shù)據(jù)分析如果要求分析穩(wěn)定燃弧過程的信號特征，就需從整個(gè)數(shù)據(jù)文件中提取穩(wěn)定燃弧過程的數(shù)據(jù)段重新進(jìn)行保存。為此，數(shù)據(jù)回放模塊既要提供豐富的數(shù)據(jù)回放操作功能，以方便使用者從很長的波形中選擇自己需要重點(diǎn)分析的波形段，又要保證使用者能對感興趣的數(shù)據(jù)段重新保存。本系統(tǒng)在回放功能設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到這兩點(diǎn)，對于第一方面的要求，模塊提供手動(dòng)和自動(dòng)回放兩
種模式，每次回放的數(shù)據(jù)量能自由選擇，這樣便于操作者在信號特征的清晰度和回放速度找到一個(gè)平衡點(diǎn)。對于自動(dòng)回放功能，系統(tǒng)還能無極調(diào)節(jié)回放速度。對于第二方面的要求，系統(tǒng)利用游標(biāo)捕捉需重新保存數(shù)據(jù)段的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，然后程序保存開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)感興趣數(shù)據(jù)段的選擇與保存。由于保存的數(shù)據(jù)為未經(jīng)濾波的原始數(shù)據(jù)，在回放模塊中還提供了是否濾波的功能選項(xiàng)。數(shù)據(jù)分析模塊主要包括的功能有繪制焊接電流與電壓概率密度分布圖，短路時(shí)間、燃弧時(shí)間等主要參數(shù)的頻數(shù)圖，U-I (焊接電壓一焊接電流)圖；提取平均短路時(shí)間、短路時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差等二十幾個(gè)反映熔滴過渡信息的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。在該模塊中，除了概率密度圖和U-I圖的繪制比較簡單外，其它功能的實(shí)現(xiàn)涉及到比較復(fù)雜的算法，用LabVIEW圖形化編程實(shí)現(xiàn)起來很復(fù)雜，實(shí)踐表明，當(dāng)LabVIEW圖形化編程遇到限制時(shí)，可以采用以LabVIEW為主，LabVIEW和C語言混合編程的方法來解決。本系統(tǒng)通過LabVIEW中的CLF (Call LibraryFunction Node)節(jié)點(diǎn)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL文件)來進(jìn)行LabVIEW和C語言混合編程，進(jìn)而順利實(shí)現(xiàn)焊接電流與電壓數(shù)據(jù)的分析功能。其方法是，首先用C語言實(shí)現(xiàn)分析算法，然后把這些功能構(gòu)建在DLL文件中，再在LabVIEW程序中使用CLF節(jié)點(diǎn)來調(diào)用編寫保存好的DLL文件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能。數(shù)據(jù)庫模塊主要是實(shí)現(xiàn)記錄查詢和報(bào)表打印。由于埋弧焊過程熔滴過渡具有周期性特征，焊接電弧3電壓信號呈現(xiàn)鋸齒狀的波形，直接根據(jù)該波形很難區(qū)分比較施加外電場前后兩者的不同之處。為此，利用上述的焊接電信號分析儀，本次試驗(yàn)對采集的電弧3電壓信號作概率密度分布統(tǒng)計(jì)分析，以比較施加外電場和不施加外電場信號的變化情況。將焊接電信號分析儀接到焊接電弧3的陰極和陽極，即可進(jìn)行電弧3的數(shù)據(jù)采集。下面對本實(shí)施例I中施加的外電場的穩(wěn)弧效應(yīng)做如下分析
(O下面進(jìn)行外加電場施加效果試驗(yàn)。試驗(yàn)顯示，輔助電場的直流電源的輸出極性在一定程度上影響到外電場的施加效果。當(dāng)外加輔助電源的正極與鎢電極相接時(shí)，渣金間作用的電壓不穩(wěn)定，相應(yīng)的電流波動(dòng)較大。但當(dāng)改變輔助電源的極性，使其負(fù)極與鎢電極連通，此時(shí)設(shè)置輔助電場的直流電源輸出電壓為20-30V時(shí)，渣金間即可形成十分穩(wěn)定的5-8A的輔助電流，與此同時(shí)，渣金間的電壓也下降并穩(wěn)定在10-12V間。當(dāng)外加輔助電場的直流電源的初始輸出電壓設(shè)置為零時(shí)，測試出洛金間的電流仍為零，表明未施加外電場時(shí)洛金間并未形成穩(wěn)定的離子流向。在通常情況下，熔渣的導(dǎo)電性能主要取決于熔融的氧化物在高溫條件下電離出的離子電導(dǎo)，而液態(tài)金屬的導(dǎo)電性能則取決于內(nèi)部的電子電導(dǎo)。相比之下，熔渣的導(dǎo)電性能遠(yuǎn)不如熔池金屬4。當(dāng)渣金間施加一外電場且鎢電極作陰極時(shí)，金屬鎢在高溫下發(fā)射出大量的電子，這些電子在電場作用下進(jìn)入液態(tài)焊渣I內(nèi)部極大地增強(qiáng)了熔渣的導(dǎo)電能力，促使渣金間形成十分穩(wěn)定的電流。而當(dāng)外電源極性改變?yōu)殒u電極作陽極時(shí)，由于鎢電極此時(shí)充當(dāng)接受外來電子的作用，且發(fā)射的電子在電場作用下逆著電場方向而與流向熔池金屬4的方向相反，熔渣的導(dǎo)電性能并未得到很好地改善，因而渣金間不易形成穩(wěn)定的電流。此外，鎢電極的插入位置也對輔助電流的形成構(gòu)成較大的影響。由于焊劑2僅在熔融狀態(tài)才具有導(dǎo)電性能，當(dāng)輔助電源的電流顯示為零，而電壓顯示為初始設(shè)置電壓時(shí)，表明此時(shí)鎢電極尚為插入熔渣內(nèi)部。當(dāng)輔助電源電流顯示為22-25A，電壓顯示接近于零時(shí)，則表明電極已插入熔池金屬4造成了短路。因此，根據(jù)渣金間流經(jīng)的電流及相應(yīng)的電壓信號，可以對鎢電極的插入位置進(jìn)行有效控制。
(2)下面分析外電場對焊縫成形的影響。圖3示出了在外電源初始輸出電壓設(shè)置為30V、鎢電極接負(fù)極條件下，渣金間流經(jīng)7-8A的穩(wěn)定電流時(shí)，施加外電場和未施加外電場作用的焊縫成形及焊接形成的渣殼對比試驗(yàn)照片。試驗(yàn)結(jié)果顯示，施加外電場作用后，焊縫邊緣明顯變得更為平直，焊址部位焊縫與母材的齒合鑲嵌現(xiàn)象得到較好的改善，焊道寬窄均勻性顯著提高；同時(shí)焊縫表面光潔度也得到改觀，焊縫橫截面呈現(xiàn)更為明顯的圓弧形狀，有效地消除了未施加外電場時(shí)焊縫中心部位因枝晶交遇導(dǎo)致的壓跡缺陷。上述焊縫成形十分有利于咬邊缺陷的防止，是一種高穩(wěn)定性焊接工藝的焊縫成形。焊縫成形的改善主要得益于施加外電場對焊接主電路有導(dǎo)流穩(wěn)弧效應(yīng)。由于施加外電場使鎢電極向液態(tài)焊渣I補(bǔ)充了大量的電子電導(dǎo)，并且在外電場作用下這些電子電導(dǎo)直接流向熔池金屬4。對于直流反極性的埋弧焊接而言，作為陰極的熔池金屬4相當(dāng)于輸入了額外的自由電子流。然而熔池金屬4又處于焊接主回路中，在電弧3電壓的作用下陰極向電弧3發(fā)射電子的能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)。由于增加的陰極電子發(fā)射主要集中在接受了電子電導(dǎo)的熔池內(nèi)部，而焊接電弧3又具有自動(dòng)尋找陰極發(fā)射電子部位的特性。這樣焊接電弧3將更加集中在熔池部位。同時(shí)熔池發(fā)射的自由電子又促使熔池上方電子碰撞中性粒子發(fā)生電離以增強(qiáng)電弧3的穩(wěn)定性，由此作用于熔池上方的電弧3將更加趨于穩(wěn)定，這顯然有利于熔池幾何尺寸維持動(dòng)態(tài)恒定。因而形成的焊縫邊緣平直度顯著增加，大大消除了焊道與母材的齒合鑲嵌現(xiàn)象，十分有利于防止咬邊缺陷。與此同時(shí)，渣金間外電場作用又有利于熔渣中陰離子及熔池中陽離子向渣金界面遷移。由于鎢電極向熔渣內(nèi)部提供了源源不斷地自由電子流，大量自由電子的補(bǔ)入使得熔池中Si4+、Al3+、Ca2+、Ti4+氧化物形成元素只得加速向熔渣方向遷移，才能維持熔體的電荷平衡。這些正離子遷移至熔渣-熔池界面即被還原或進(jìn)入熔渣內(nèi)部繼續(xù)遷移至電極被還原。這種定向遷移一直持續(xù)到熔池尾部直至形成凝固焊渣6，因而熔池凝固前形成的夾雜物得到有效地分散。這顯然有利于焊縫金屬7形成細(xì)小而分散的夾雜物。在這過程中，與氧親和力強(qiáng)的Ti、Al、Si等元素易于在界面優(yōu)先形成Ti02、A1203、SiO2等低表面能活性物質(zhì)，這些低表面能活性物質(zhì)在焊縫凝固過程中又能較好地改善液態(tài)熔渣在焊縫表面的潤濕鋪展性能，因此在一定程度上有利于焊縫表面光潔度的提聞。(3)下面對弧壓信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析
圖4為用焊接電信號分析儀對施加外電場和不施加外電場兩種條件下焊接電弧3電壓實(shí)時(shí)采集，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出的各種電壓值的概率密度分布曲線。結(jié)合圖4 (a)、圖4 (b)所示，從弧壓信號統(tǒng)計(jì)出的電弧3電壓概率分布密度來看，施加外電場后概率密度分布曲線有向左漂移的趨勢，特別是作為概率取值最大的峰值存在一定的 向低壓方向移動(dòng) 的現(xiàn)象。表明總體上電弧3空間的電導(dǎo)載流子增多，維持電弧3穩(wěn)定燃燒所需的電壓自發(fā)適當(dāng)降低。同時(shí)施加外電場作用后，高電弧電壓區(qū)域的概率也更低，這也說明施加外電場作用后電弧3電壓更易于在低值狀態(tài)下維持電弧3的穩(wěn)定燃燒。一般來講，電弧3電壓呈現(xiàn)低值伴隨著電弧3空間擁有較多的導(dǎo)電載流子，只需較低的電壓就足以維持電弧3的穩(wěn)定燃燒。反之當(dāng)電弧3空間的導(dǎo)電載流子不足時(shí)，則必需提高電弧3電壓以增強(qiáng)電離及電子發(fā)射作用，才能維持電弧3的穩(wěn)定燃燒。從弧壓信號的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果也可進(jìn)一步證實(shí)外電場的導(dǎo)流作用使熔池發(fā)射電子的能力有所增強(qiáng)從而產(chǎn)生一定的穩(wěn)弧效應(yīng)。以上示意性地對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明創(chuàng)造的實(shí)施方式之一，實(shí)際并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的方案及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置，它包括焊炬和焊接主電路，其特征在于，它還包括可形成焊接輔助電場的輔助電路，所述的輔助電路包括直流電源和金屬導(dǎo)電電極，所述直流電源的負(fù)極接金屬導(dǎo)電電極，正極接母材金屬(5);所述的金屬導(dǎo)電電極為鶴棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的鎢棒用絕緣樹脂夾頭固定在焊接機(jī)頭上且與導(dǎo)電嘴絕緣，所述鎢棒的尖端距離焊絲末端5-8mm，該絕緣樹脂夾頭上設(shè)置有夾緊、松開旋鈕，用于將鎢棒夾緊；所述的鎢棒與導(dǎo)線連接處用銅制夾片將導(dǎo)線芯線與所述鎢棒纏繞后夾緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的直流電源為30V/50A的直流穩(wěn)壓電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述的鎢棒直徑為3.2mm。
5.一種權(quán)利要求I所述的裝置的使用方法，其特征在于，使用時(shí)，所述的輔助電路中作為金屬導(dǎo)電電極的鎢棒的下端伸入液態(tài)焊渣(I)內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用埋弧焊渣金間隨焊施加輔助外電場實(shí)現(xiàn)穩(wěn)弧效應(yīng)的裝置及其使用方法，屬于埋弧焊接領(lǐng)域。它包括焊炬和焊接主電路，它還包括可形成焊接輔助電場的輔助電路，所述的輔助電路包括直流電源和金屬導(dǎo)電電極，所述直流電源的負(fù)極接金屬導(dǎo)電電極，正極接母材金屬；所述的金屬導(dǎo)電電極為鎢棒。本發(fā)明的技術(shù)方案在渣金間施加外電場后，不僅熔渣的導(dǎo)電性能得到較大的改善，也進(jìn)一步改善了埋弧焊縫成形，使焊縫邊緣平直度增加、寬窄更為均勻，焊縫形狀更為光潔圓滑，能較好地克服咬邊等外觀缺陷，此時(shí)與現(xiàn)有的埋弧焊相比，更有利于焊接電弧的穩(wěn)定燃燒，焊接工藝更穩(wěn)定，焊縫成形也更為良好。
文檔編號B23K9/18GK102873432SQ201210372610
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者李曉泉, 楊宗輝 申請人:南京工程學(xué)院