[发明专利]一种生成单一纵向柱状晶焊缝的方法与装置

说明书

本发明属于焊缝生成技术领域，公开了一种生成单一纵向柱状晶焊缝的方法与装置，在特定的空间位置上施加随焊冷源及辅助热源，调节焊接温度场，实现弹头形的焊接熔池，并最终生成单一纵向柱状晶焊接组织。生成单一纵向柱状晶焊缝的装置包括：主焊接系统，随焊冷源系统，辅助热源系统，焊枪夹持工装，焊件夹持工装。本发明提供了一种焊接定向凝固材料的新方法，改变了常规焊接方法中的热流方向，大大提高焊缝柱状晶结晶时的方向一致性。生成的“弹头形”的焊接熔池是本发明的重要特征之一，其是改变焊接热流方向，生成纵向柱状晶焊缝的关键；生成的单一纵向柱状晶结构焊缝是本发明的另一重要特征，可明显提高焊接接头在特定方向上的力学性能。

技术领域

本发明属于焊缝生成技术领域，尤其涉及一种生成单一纵向柱状晶焊缝的方法与装置。

背景技术

焊缝(welded seam)是利用焊接热源的高温，将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝。焊缝晶粒的形态、大小及走向决定和影响着焊件整体性能。尤其对于在某一特定方向上对性能有特殊要求的焊缝，希望焊缝晶粒具有一致的走向。

然而目前，公知的焊缝晶粒形态由柱状晶和等轴晶组成，且对于晶粒形态及走向无法做到精确的调控。弯曲的柱状晶或具有等轴晶的焊缝组织因没有单一的晶粒走向，而不具备特定方向的特殊性能。现有技术通过调整焊接参数虽可生成单一走向的直线状柱状晶组织焊缝，但此柱状晶走向多是从焊缝边缘指向焊缝中心，相向生长的、垂直于焊缝方向的横向柱状晶，横向柱状晶在焊缝中心相遇，极易在焊缝中部产生裂纹，而需尽量避免。

因焊缝柱状晶总是沿温度梯度最大的方向生长，因而总是垂直于焊接熔池的凝固前沿，也即焊接熔池的后半部分。而现有技术中形成的焊接熔池形状一般为椭圆形或泪滴形，无法形成垂直焊缝方向的凝固前沿，因此，无法形成单一的纵向柱状晶焊缝组织。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中，无法生成单一的、平行于焊缝方向(即纵向)的柱状晶焊缝组织。

(2)现有技术中，无法对焊缝晶粒走向进行精确的调控。

(3)现在技术中，生成的横向柱状晶焊缝性能较差。

(4)现有技术中，无法形成具有垂直焊缝方向凝固前沿的焊接熔池。

解决以上问题及缺陷的难度为：

焊接过程中，在满足焊接接头成形质量的前提下，实现对焊接熔池形状的精确调控，进一步通过在特定位置上施加随焊冷源及辅助热源，形成具有垂直焊缝方向凝固前沿的弹头型焊接熔池。

解决以上问题及缺陷的意义为：

本发明涉及一种焊接过程中的熔池调控方法及焊缝组织定向凝固方法，其意义为能够对焊接熔池形状进行精确调控，生成具有垂直焊缝方向凝固前沿的弹头型焊接熔池。进而形成平行于焊缝方向的单一纵向柱状晶组织焊缝。这种具有特定走向的晶粒组织，在特定方向上会表现出优异的性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生成单一纵向柱状晶焊缝的方法与装置。

本发明是这样实现的，一种生成单一纵向柱状晶焊缝的方法，包括：

在主焊枪后部以及侧后方特定的空间位置上施加随焊冷源及辅助热源，调节焊接温度场，实现弹头形的焊接熔池，并最终生成单一纵向柱状晶焊接组织。

其实施步骤如下：

首先，通过调节焊件夹持工装移动速度、主焊机焊接电流、辅助焊机焊接电流及液氮罐出口压力，确定对于待焊金属合适的工艺参数；通过焊枪夹持工装滑块，调节冷源喷嘴及辅助热源焊枪的相关位置，确保焊接过程中形成弹头形熔池，且成形良好的焊缝。