通過電弧熔化焊連接金屬零件的方法技術(shù)

在通過一種小容積焊縫的電弧熔化焊將金屬零件（１，２）連接起來的方法中，由窄間隙（４）形成的工作側(cè)面（５，６）通過ＤＥ２６３３８２９中所述的埋弧焊接過程由交替支承在兩個(gè)側(cè)面（５，６）上的焊珠（７，８）連接起來，要連接的金屬零件（１，２）有一個(gè)在窄間隙（４）下面的特別窄間隙（９）和一個(gè)中心的補(bǔ)償（１０）。金屬零件（１，２）首先通過中心的補(bǔ)償（１０）而相互定位。在焊接時(shí)形成一個(gè)預(yù)定的熔穿點(diǎn)（１２），從而在焊接底部形成一個(gè)凸起加厚（１１）。（*該技術(shù)在2015年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種通過由小容積焊縫的電弧熔化焊連接金屬零件的方法(窄間隙焊)。DE 2633829已經(jīng)揭示了一種通過由小容積焊縫的電弧熔化焊連接金屬零件的方法。這里，要連接的并形成一個(gè)窄間隙的工件部份首先通過一種由電子束焊、等離子體弧焊，激光束焊或氬弧焊方法而產(chǎn)生的底焊，在它們的焊接坡口中在有或無填充金屬的情況下而被焊接起來。然后由窄間隙所形成的工件側(cè)面通過埋弧焊方法連接起來，在此方法中，焊珠交替支承在一個(gè)或另一個(gè)側(cè)面，每一個(gè)埋弧焊的焊珠是以這種方式設(shè)置的，即焊珠在位于下面的窄間隙的三分之一的中心部位重疊，并且每一次焊珠只焊化一個(gè)工件的側(cè)面，窄間隙的寬度是所用焊絲直徑的四倍，當(dāng)埋弧焊時(shí)焊絲的電流密度是50安/毫米2，焊接速度是這樣配合的，即在直徑2.5毫米的焊絲中每單位長度的能量為8.5千焦?fàn)?厘米，直徑為3毫米時(shí)能量為12.5千焦?fàn)?厘米和直徑為4.0毫米時(shí)能量為22千焦?fàn)?厘米。此方法可以特別有效地應(yīng)用在重型機(jī)械結(jié)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)對稱體的連接。只能從一側(cè)接近因而不能在根部側(cè)重新焊接的厚壁部件也能根據(jù)DE2633829的方法有效地連接起來。此方法最佳的應(yīng)用范圍是連接圓盤形和空心圓柱形鍛件，這類鍛件用在蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)，壓縮機(jī)以及渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，一個(gè)無夾雜的細(xì)顆粒的組織在工件之間的連接處形成。在焊接熔敷區(qū)或者熱影響區(qū)中不再有原始組織。因此后來的正火或淬冷和回火不需要了。但在另一方面這個(gè)方法也有不足，它只能用于半自動(dòng)化。另外，底部焊接在根部區(qū)域必須要垂直進(jìn)行，并且有一定的厚度，只有這樣，例如當(dāng)利用埋弧窄間隙焊進(jìn)行最后水平焊接時(shí)，被焊的轉(zhuǎn)子才能不彎曲。因此，與在焊接過程中完全自動(dòng)的現(xiàn)有技術(shù)相比較，本專利技術(shù)的目的是提供一個(gè)獲得高效率的新穎方法，以產(chǎn)生最高質(zhì)量小容積的焊縫，利用該焊接方法也能焊接復(fù)雜的和體積大的工件，特別是焊接過程中只能從一側(cè)接近的工件。根據(jù)本專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案是，在利用電弧熔化焊由小容積的焊縫連接金屬零件的方法中，要連接的金屬零件除了一窄間隙之外，還有一個(gè)特別的窄間隙和一個(gè)中心補(bǔ)償，這些金屬零件首先通過中心補(bǔ)償相互定位，在焊接底部區(qū)域形成一個(gè)凸起加厚，在焊接過程中形成一個(gè)預(yù)先設(shè)定的的熔穿點(diǎn)，在埋弧窄間隙焊接過程之前，由特別窄間隙形成的工件側(cè)面利用全自動(dòng)的鎢極隋性氣體焊接(GTAW)或氣體金屬電弧焊接方法(GMAW)并通過多層焊珠而焊接，該多層焊珠在每一種情況下都擴(kuò)展到特別窄間隙的整個(gè)寬度上。然后由窄間隙形成的工件的側(cè)面由眾所周知的埋弧焊接過程的方法連接在一起。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)尤其可以從這個(gè)事實(shí)中看到，即特別窄的間隙能自動(dòng)地焊接，因此獲得一個(gè)高效率的方法。最高質(zhì)量焊縫的產(chǎn)生使得被連接的工件的后續(xù)熱處理不再需要了。特別是在焊接過程中那些只能從一側(cè)接近的單個(gè)零件可以連接在一起。當(dāng)使用的凸起加厚的寬度約為其高度的三倍時(shí)是特別方便的。它能夠保證在焊接中咬邊在熔穿焊道的兩側(cè)形成，并且僅僅在支承截面的外側(cè)。另外，當(dāng)應(yīng)用一個(gè)特別窄間隙時(shí)是有優(yōu)越性的，它的高度是它寬度的6到10倍，但至少為40毫米。因?yàn)闊崃枯斎腚S焊縫高度的增加而連續(xù)增加，所以在這些尺寸下，最后的焊珠能夠僅僅在一個(gè)焊層中，從而使得全自動(dòng)成為可能。最后，在鎢極隋性氣體焊接(GTAW)或氣體金屬焊接(GMAW)過程中，有利的是，所應(yīng)用的焊絲其直徑是特別窄間隙的寬度的五分之一到四分之一，但是最細(xì)為0.8毫米和最粗為1.6毫米。因此可以獲得可靠的焊絲導(dǎo)向和一個(gè)優(yōu)良的焊接結(jié)果。另外，在鎢極隋性氣體焊接(GTAW)或氣體金屬焊接(GMAW)的焊接過程中，隨著預(yù)熱溫度的變化焊接有利地加以實(shí)現(xiàn)，此溫度最好大于200℃，電流密度范圍在200-300安培，并以每分鐘50-200毫米的速度給進(jìn)。最后，當(dāng)保護(hù)氣體應(yīng)用氬或最多含有8%的氫的氬或具有30-70%，最好為50%的氬，其余為氦的氬氦混合物是有利的。這樣可以產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的焊縫。結(jié)合附圖并參閱以下的詳細(xì)說明，將容易地得到對本專利技術(shù)和其許多優(yōu)點(diǎn)的更完全的評(píng)價(jià)，以及能更好地理解本專利技術(shù)。在附圖中示出了本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)唯一的附圖示出了通過在焊接區(qū)域內(nèi)要連接的工件部份的橫截面示意圖。其中，只示出了對理解本專利技術(shù)關(guān)鍵的部份。下面借助于附圖進(jìn)一步說明本專利技術(shù)在圖中示意地表示出在焊接區(qū)域要連接的工件部份的橫截面。要連接的金屬零件為1和2，它們位于窄間隙4內(nèi)的相對的平行的工作側(cè)面為5和6以及位于特別窄間隙9內(nèi)的側(cè)面為13和14。在焊接不能接近的那一側(cè)(如空心體的內(nèi)側(cè))，要連接的金屬零件1和2在中心補(bǔ)償10處彼此對接并且彼此對應(yīng)地設(shè)置。在焊接底部區(qū)域這樣地形成凸起加厚11，在焊接時(shí)形成一個(gè)預(yù)制的熔穿點(diǎn)12，從而在焊接過程中強(qiáng)制形成中心補(bǔ)償10的熔化。然后咬邊只在熔穿珠的兩邊產(chǎn)生，而支承截面沒有咬邊，這樣在材料的應(yīng)力特性上具有非常有利的作用。在此實(shí)施例中，中心補(bǔ)償10高度h為5毫米，凸起加厚11的寬度C總共為40毫米，高度d為15毫米。水平面和凸起加厚的夾角α為15度。由于這些幾何尺寸，在利用接近允許的焊接數(shù)據(jù)范圍內(nèi)可以獲得中心補(bǔ)償10的熔化。在此實(shí)施例中，寬度b為5毫米和高度e約40毫米的特別窄間隙9的平行工件側(cè)面13和14通過全自動(dòng)鎢極隋性氣體焊接(GTAW)連接起來。在此過程中，焊珠15從一個(gè)工件側(cè)面13延伸到相對的工件側(cè)面14，所以在任何情況下兩個(gè)工件側(cè)面都能熔化。一旦電弧定位，就不需要任何變化，因而焊接的操作過程可以自動(dòng)化。在這種鎢極隋性氣體焊接(GTAW)的焊接過程中，應(yīng)用一個(gè)直徑為1.2毫米的焊絲。根據(jù)預(yù)熱溫度，在電流密度范圍為200-300安，并以每分鐘50-200毫米的給進(jìn)速度實(shí)現(xiàn)操作。氬作為隋性氣體。當(dāng)然，在別的實(shí)施例中也可用氬和最多8%的氫的混合氣或氬和30-70%的氦的混合氣，用同樣比例的氬和氦將產(chǎn)生最佳結(jié)果。利用鎢極隋性氣體焊接(GTAW)產(chǎn)生優(yōu)異焊縫質(zhì)量。相反，如果在焊接特別窄間隙9的另一個(gè)實(shí)施例中應(yīng)用氣體金屬焊接(GMAW)方法，可以預(yù)料到焊絲給進(jìn)管，隋性氣體噴嘴和焊接坡口的工件側(cè)面以及焊接珠表面的焊渣層中的某種污染，這是由于眾所周知的在電弧/隋性氣體/熔池空間中的金屬顆粒的飛濺造成的，因此特別窄間隙9的焊縫質(zhì)量由于未熔透而不如氣體金屬焊接(GMAW)過程優(yōu)異。在底部焊接以后，由工件側(cè)面5和6形成的窄間隙4的寬度a小于16毫米，通過DE2633829所揭示的方法，由埋弧焊接過程以這樣方式進(jìn)行，即焊珠7和焊珠8分別交替地設(shè)置在工作側(cè)面6和5上。這些焊珠7和8在每種情況下都在中心部位重疊窄間隙4的三分之一。焊絲的各自的軸向位置保證在焊接操作時(shí)在同一時(shí)間內(nèi)工件側(cè)面5或6中只有一個(gè)被熔化。因此獲得一個(gè)具有優(yōu)越性的組織，熔化的金屬成份在整個(gè)焊縫橫截面上保持恒定，在冷卻時(shí)應(yīng)用在允許的限度內(nèi)變化。在實(shí)際焊接條件下，特別窄間隙9的焊接寬度隨著鎢極惰性氣體焊接(GTAW)或氣體金屬焊接(GMAW)過程中焊珠15數(shù)目的增加而變得越來越大。這是由于鎢極隋性氣體焊接(GTAW)和氣體金屬焊接(GMAW)過程中的低熔敷效率以及總是增加的熱輸入而引起的。這就意味著窄間隙9只允許有某一個(gè)最大的高度e，因?yàn)椋駝t特別窄間隙9的橋接就不再可以僅由一個(gè)焊層獲得。因此，就不再可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接過程。根據(jù)本本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用電弧熔化焊由小容積的焊縫（３）連接金屬零件（１，２）的方法，在此方法中，由窄間隙（４）形成的工作側(cè)面（５，６）利用ＤＥ ２６３３８２９的埋弧焊接方法，由焊珠（７，８）交替支承在一個(gè)和另一個(gè)側(cè)面（５，６）而連接起來，其特征在于，要連接的金屬零件（１，２）有一個(gè)與窄間隙（４）相連的特別窄間隙（９）和一個(gè)與特別窄間隙（９）相連的中心補(bǔ)償（１０），并且零件（１，２）首先通過中心補(bǔ)償（１０）彼此相互定位，一個(gè)凸起加厚（１１）以這種方式在焊接底部區(qū)域形成，即在焊接時(shí)形成一個(gè)預(yù)定的熔穿點(diǎn)（１２），以及在埋弧窄間隙焊接過程之前，特別窄間隙（９）形成的工件側(cè)面（１３，１４）通過全自動(dòng)鎢極惰性氣體焊接（ＧＴＡＷ）或氣體金屬電弧焊接（ＧＭＡＷ）過程由多層焊珠（１５）而連接起來，該多層焊珠（１５）在每一種情況下都擴(kuò)展到特別窄間隙（９）的整個(gè)寬度（ｂ）上。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：G庫倫，
申請(專利權(quán))人：阿爾斯通公司，
類型：發(fā)明
國別省市：FR[法國]