送置焊剂片链超窄间隙电弧焊接方法研究

摘要

超窄间隙焊接具有传统焊接方法无法比拟的技术优势，有着广阔的应用前景，受到了广泛关注。其中，焊剂片约束电弧超窄间隙焊接技术已得到一定的发展，然而其焊接工艺稳定性有待进一步提高。在焊剂片约束电弧超窄间隙焊接中，关键问题是如何将焊剂片准确、可靠地送置到坡口底部。同时，焊剂片在坡口中的相对位置是焊剂片有效约束电弧的关键因素，焊丝与焊剂片的距离直接影响着电弧稳定性。为了解决这一问题，本文提出送置焊剂片链超窄间隙电弧焊接方法。
　　首先，设计制作了送置焊剂片链超窄间隙电弧焊接装置。该装置由焊剂片自动输送装置和超窄间隙焊枪两部分组成。其中，焊剂片自动输送装置实现了焊剂片的自动送置以及对焊丝与焊剂片的相对位置的精确控制，且焊剂片输送速度可调，从而与焊接速度保持同步。超窄间隙焊枪采用了一体化结构设计，一方面提高了整个装置的刚度和稳定性，另一方面避免了零部件之间接触不良的问题，保证了良好的导电性能。同时，在前期焊枪设计的基础上，对焊枪枪头以及焊枪绝缘进行了重新设计，确保了焊丝与导电嘴可靠接触和焊枪在高温环境下良好的绝缘性能。
　　其次，在此装置的基础上研究了焊丝与焊剂片之间的距离以及电弧电压对电弧稳定性的影响。通过采集焊接电流电压波形，分析了不同间隙距离下的电弧特性。在一定的坡口宽度和采用合适焊接工艺参数的情况下，得到了焊剂片有效约束电弧，且坡口侧壁和根部熔合良好时，所对应的焊丝与焊剂片之间的间隙距离范围。通过改变焊接电压，在上述间隙距离范围内，确定了不同间隙距离所适用的电弧电压范围和变化趋势。
　　再次，利用该装置对U71Mn钢轨进行了试焊，验证了其在特殊环境下的焊接可行性。结果表明，该装置能够在宽度为4mm，深度为176mm的I型坡口中进行平稳有效焊接，焊接接头没有产生明显的缺陷，焊接质量可靠且在400℃的预热温度下能保持结构稳定，焊接过程顺利进行。
　　最后，为了解决超窄间隙焊缝难以打磨的难题，设计并制作了超窄间隙焊缝打磨装置。该打磨装置能够伸入到深度为200mm的I型坡口中对焊缝进行有效打磨，操作简单，方便灵活。