專利名稱：一種氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮斓闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種利用保護(hù)氣體流攪拌 焊接熔池的焊槍噴嘴結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
鋼鐵的晶粒大小用晶粒度來表示，可以由平面截面單位面積所包含晶粒的
個(gè)數(shù)來表示，也可以用晶粒平均直徑D的-^次方來表示，晶粒度越高，晶粒越 細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分八級(jí)，l級(jí)到4級(jí)為粗晶，5級(jí)到8級(jí)為細(xì)晶。
鋼鐵強(qiáng)韌化機(jī)制主要有固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等，但 在所有強(qiáng)韌化機(jī)制中，僅有晶粒細(xì)化既提高強(qiáng)度，又能改善韌性，所以細(xì)晶強(qiáng) 化是一種很重要的強(qiáng)韌化方式。
下面介紹有關(guān)細(xì)化焊縫晶粒，改善焊縫組織現(xiàn)狀。
焊接熔池由于具有熔池體積小冷卻速度大且在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶的獨(dú)特結(jié)晶 條件和特點(diǎn)，因此很容易形成粗大的柱狀晶粒焊縫金屬，同時(shí)很快的冷卻速度 造成已結(jié)晶的焊縫金屬中化學(xué)成分來不及擴(kuò)散，合金元素的分布不均勻，出現(xiàn) 偏析現(xiàn)象，這些對(duì)于焊接4妄頭性能會(huì)產(chǎn)生不利的影響。
通過冶金和工藝措施控制結(jié)晶過程來改善焊縫金屬的組織，從而細(xì)化晶粒 并減少化學(xué)成分的不均勻性，目前主要通過三種途徑來實(shí)現(xiàn)
(1) 變質(zhì)處理通過焊接材料向熔池加入某些合金元素如V、 Mo、 Ti、 Nb、 Al、 B、 N等，可以細(xì)化晶粒，得到細(xì)晶組織，從而既可保證強(qiáng)度和塑性，又能 提高抗裂性；
(2) 振蕩處理振蕩結(jié)晶是通過不同的途徑使熔池產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)， 打亂柱狀的方向性并對(duì)熔池產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌作用，從而細(xì)化晶粒并促進(jìn)氣體和 夾雜物的浮出，常用振蕩方法有低頻振蕩法、超聲振蕩法和電磁振蕩法；
(3調(diào)整焊接工藝藝參數(shù)決定了熔池的溫度、形狀、尺寸和冷卻速度，最終直接影響熔池結(jié)晶時(shí)晶粒成長的方向、晶粒的形狀和尺寸，并影響焊縫金 屬的化學(xué)不均性。實(shí)踐證明，采用較小的線能量，并適當(dāng)控制熔池的冷卻條件 對(duì)改善焊縫組織是有益的。
下面再介紹有關(guān)氣體保護(hù)焊接噴嘴的現(xiàn)狀。
氣體保護(hù)焊接噴嘴目前主要根據(jù)不同的應(yīng)用情況從噴嘴形狀和噴嘴材料兩 個(gè)方面來開展研究和選才,應(yīng)用。
現(xiàn)有的氣體保護(hù)焊接噴嘴形狀主要有三種，分別為如圖1中的(a)、 (b)、 (c)所示的圓柱形、擴(kuò)散形和收斂形(圖1中的箭頭方向?yàn)闅饬鞣较?。圖1中 (a)為圓柱形噴嘴，氣流在噴嘴中流通時(shí)，不會(huì)引起流速的變化，也不會(huì)增加 氣流的徑向速度分量，因此在噴嘴中易形成較厚的附壁層流層，而有較大的有 效保護(hù)范圍，在氣體保護(hù)焊接中得到最為廣泛的應(yīng)用；圖1中(b)擴(kuò)散形噴嘴， 由于氣流在噴嘴中流通的截面面積逐漸擴(kuò)大，噴嘴出口處的氣流流速將會(huì)低于 原始流速，氣流對(duì)液態(tài)金屬的承托力也因此下降，所以擴(kuò)散形噴嘴應(yīng)用情況很 少見；圖1中(c)為收斂形噴嘴，其中氣流在噴嘴出口處的流速，由于截面面 積縮小，流速比'原始流速高，它的有效保護(hù)范圍雖有減少，但氣流的流速和挺 度均有所增加，氣流引起的對(duì)液態(tài)金屬的作用也較大，具有很好的保護(hù)效果， 因此在某些領(lǐng)域也能夠得到推廣應(yīng)用。
噴嘴材料一般情況下熔化極氣體保護(hù)焊接采用銅合金，非熔化極氣體保護(hù) 焊接采用陶瓷材料，目前也有將陶瓷應(yīng)用于熔化極氣體保護(hù)焊接，但應(yīng)用較少。
上述現(xiàn)有技術(shù)的不足
在細(xì)化焊縫晶粒，改善焊縫組織的各種方法中，除變質(zhì)處理和調(diào)整焊接工 藝外，還應(yīng)輔以振蕩處理，但目前低頻振蕩、超聲振蕩和電磁振蕩一般情況下 均需要添加額外的設(shè)備，對(duì)于電磁振蕩攪拌處理效果還受到周圍電子設(shè)備的電 磁場(chǎng)影響，均須增加額外的設(shè)備和調(diào)試成本。
現(xiàn)有氣體保護(hù)焊接噴嘴技術(shù)主要還是從保護(hù)效果或是為了方便焊接操作來 考慮設(shè)計(jì)，沒有考慮到可以將保護(hù)氣體流螺旋噴出，形成螺旋攪拌力作用到熔 池上。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的氣體保護(hù)焊接噴嘴噴出保護(hù)氣體主要 對(duì)熔滴和熔池保護(hù)的單一化作用的問題，提供一種使噴嘴噴出保護(hù)氣體對(duì)熔池 有攪拌作用，以細(xì)化晶粒、改善焊縫組織的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮臁?br> 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮欤涮卣髟谟诎?一噴嘴主體，為圓柱形噴嘴；
在所述噴嘴主體的末端內(nèi)側(cè)固定設(shè)置數(shù)個(gè)分別與噴嘴主體的內(nèi)壁具有一個(gè) 螺旋角的渦扇葉片。
本實(shí)用新型的有益效果
本實(shí)用新型是在氣體保護(hù)焊接時(shí)，利用噴嘴的渦扇葉片來促成螺旋形保護(hù) 氣體流的形成，以形成螺旋吹力來攪拌焊接熔池，達(dá)到細(xì)化晶粒減少熔池區(qū)域 化學(xué)成分不均勻性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質(zhì)量。本 實(shí)用新型還具有實(shí)施簡單，無需添加額外的設(shè)備，且利用螺旋形保護(hù)氣體來攪 拌熔池不受周圍磁場(chǎng)的影響。
為進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的上述目的、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和效果，以下將結(jié)合附圖 對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)^兌明。


圖1為現(xiàn)有的氣體保護(hù)焊接噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的焊接熔池?cái)嚢鑷娮炷┒私Y(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型的焊接熔池?cái)嚢鑷娮炷┒苏晥D； 圖4為圖3的側(cè)面剖;現(xiàn)圖5為本實(shí)用新型的另一實(shí)施例雙層焊接熔池?cái)嚢鑷娮炷┒私Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮斓?b>具體實(shí)施方式進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明。
參見圖2 ~圖4，圖2 ~圖4是本實(shí)用新型的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?以下簡稱焊接熔池?cái)嚢鑷娮?的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型的焊接熔池?cái)嚢鑷娮?0結(jié)構(gòu)如下
一噴嘴主體1,為圓柱形噴嘴；在噴嘴主體1的末端內(nèi)側(cè)固定設(shè)置數(shù)個(gè)分 別與噴嘴主體的內(nèi)壁具有一個(gè)螺旋角的渦扇葉片2，渦扇葉片2的凄t量才艮據(jù)噴 嘴主體l的口徑大d、一般選擇3 15個(gè)，圖2~3示為6個(gè)固定渦扇葉片2,渦 扇葉片2的螺旋角可根據(jù)噴嘴主體l 口徑的大小和噴嘴長度來選擇， 一般選擇 在10° ~45°范圍內(nèi)；在數(shù)個(gè)渦扇葉片2的中間形成一圓柱孔3，圓柱孔3是 用來通焊接用的焊絲或鎢電極的，圓柱孔3的直徑d應(yīng)比焊絲或鎢電極的直徑 大1 ~ 5mra。圖4是圖3的側(cè)面剖視圖，渦扇葉片2的長度L 一般應(yīng)在不干擾保 護(hù)氣體通入噴嘴的情況下盡可能長一些。
本實(shí)用新型的焊接熔池?cái)嚢鑷娮?0工作時(shí)，在數(shù)個(gè)渦扇葉片2的作用下， 從噴嘴主體1內(nèi)噴出的保護(hù)氣流是螺旋形的，該螺旋形的保護(hù)氣流作用到焊接 熔池(未圖示)上，達(dá)到攪拌焊接熔池的目的(相當(dāng)上述現(xiàn)有技術(shù)中的振蕩處 理)，使晶粒細(xì)化，以改善焊縫組織、提高焊接接頭性能。
對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合只需改變噴嘴主體1的口徑、渦扇葉片2的數(shù)量及其 渦扇形狀及尺寸、保護(hù)氣體流量等參數(shù)，即可達(dá)到很好的攪拌焊接熔池提高焊 接接頭性能的目的。
由于本噴嘴形成螺旋形的保護(hù)氣流，很容易將周圍空氣巻入，因此在一些
對(duì)于防止空氣巻入要求較為嚴(yán)格的焊接應(yīng)用場(chǎng)合，可對(duì)焊接熔池?cái)嚢鑷娮斓哪?端采用如圖5所示的雙層結(jié)構(gòu)，此雙層焊接熔池?cái)嚢鑷娮炷┒私Y(jié)構(gòu)是在上述焊 接熔池?cái)嚢鑷娮?0的噴嘴主體1的末端外面還固定套置有一個(gè)外管4，外管4 內(nèi)壁與噴嘴主體1外壁之間具有一間距，該間距為2 10ram。本實(shí)施例中，外 管4與噴嘴主體1的固定是采用數(shù)根固定條5的兩端分別與噴嘴主體1的外壁 與外管4內(nèi)壁通過粘結(jié)膠粘接固定而成，該雙層焊接熔池?cái)嚢鑷娮斓哪┒私Y(jié)構(gòu) 使螺旋形保護(hù)氣流外圍形成一層保護(hù)氣體的保護(hù)氣流的近似層流層。 現(xiàn)對(duì)本實(shí)用新型的噴嘴與普通焊槍噴嘴的焊接進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 兩者的噴嘴孔徑均為11.5mm，本實(shí)用新型的噴嘴圓柱孔3的直徑d為 3.5mm,渦扇葉片2的螺旋角為20°左右，焊接1. 14mm厚B409L型冷軋不銹鋼 板，采用直流正接，焊槍保護(hù)氣體采用純Ar氣，流量為12L/min，背保護(hù)氣也采用純Ar氣，鎢極直徑2. 4mm, 45°錐角，焊接工藝參數(shù)記錄見表1。
表l:
噴嘴類型焊接電流(A)電壓(V)焊速(mm/min )
普通焊槍噴嘴759. 0~ 9. 4400
焊接熔池?cái)嚢鑷娮?58. 9 ~ 9. 3400
實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用普通焊槍噴嘴進(jìn)行焊接的焊接接頭橫向焊縫金相照片中所
示的晶粒度為4 ~ 5級(jí)；釆用本實(shí)用新型的噴嘴進(jìn)行焊接的焊接接頭橫向焊縫金 相照片所示晶粒度為5~6級(jí)?？梢钥闯?，在同樣的焊接工藝條件下，采用本實(shí) 用新型的噴嘴進(jìn)行焊接比采用普通焊槍噴嘴進(jìn)行焊接能夠很明顯細(xì)化焊縫金屬 晶粒。
本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本 實(shí)用新型的目的，而并非用作對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì) 范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于包括一噴嘴主體，為圓柱形噴嘴；在所述噴嘴主體的末端內(nèi)側(cè)固定設(shè)置數(shù)個(gè)分別與噴嘴主體的內(nèi)壁具有一個(gè)螺旋角的渦扇葉片。
2、 如權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于所述?shù)個(gè)渦扇葉片是指3 ~ 15個(gè)渦扇葉片。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于所述渦扇葉片的螺旋角為10° ~45° 。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于所述?shù)個(gè)渦扇葉片的中間形成一圓柱孔，圓柱孔的直徑比焊接用的焊絲或鴒電才及的直徑大1 ~ 5mm。
5、 如權(quán)利要求l所述的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于所述噴嘴主體的末端外面還固定套置有一個(gè)外管，外管內(nèi)壁與噴嘴主體外壁之間具有2 ~ 10mm的間距。
6、 如權(quán)利要求5所述的氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，其特征在于所述外管與噴嘴主體之間設(shè)有數(shù)根固定條，固定條的兩端分別與噴嘴主體外壁與外管內(nèi)壁粘接固定。
專利摘要一種氣體保護(hù)焊接熔池?cái)嚢鑷娮?，解決現(xiàn)有的氣體保護(hù)焊接噴嘴噴出保護(hù)氣體主要對(duì)熔滴和熔池保護(hù)的單一化作用的問題，要使噴嘴噴出保護(hù)氣體對(duì)熔池有攪拌作用，以細(xì)化晶粒、改善焊縫組織。該噴嘴包括一噴嘴主體，為圓柱形噴嘴；在噴嘴主體的末端內(nèi)側(cè)固定設(shè)置數(shù)個(gè)分別與噴嘴主體的內(nèi)壁具有一個(gè)螺旋角的渦扇葉片。本實(shí)用新型的噴嘴是在氣體保護(hù)焊接時(shí)，利用噴嘴的渦扇葉片促成螺旋形保護(hù)氣體流的形成，以形成螺旋吹力來攪拌焊接熔池，達(dá)到細(xì)化晶粒減少熔池區(qū)域化學(xué)成分不均勻性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質(zhì)量。本實(shí)用新型還具有實(shí)施簡單，無需添加額外的設(shè)備，且利用螺旋形保護(hù)氣體來攪拌熔池不受周圍磁場(chǎng)的影響。
文檔編號(hào)B05B1/34GK201283468SQ20082015439
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者朱雙春, 王寶森, 軻 許, 馬朝暉 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司