專利名稱：一種氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于焊接工藝技術領域，特別涉及到一種利用保護氣體流攪拌 焊接熔池的焊槍噴嘴結構。
背景技術：
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
個數來表示，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，標準晶粒度共分八級，l級到4級為粗晶，5級到8級為細晶。
鋼鐵強韌化機制主要有固溶強化、細晶強化、沉淀強化、相變強化等，但 在所有強韌化機制中，僅有晶粒細化既提高強度，又能改善韌性，所以細晶強 化是一種很重要的強韌化方式。
下面介紹有關細化焊縫晶粒，改善焊縫組織現狀。
焊接熔池由于具有熔池體積小冷卻速度大且在運動狀態下結晶的獨特結晶 條件和特點，因此很容易形成粗大的柱狀晶粒焊縫金屬，同時很快的冷卻速度 造成已結晶的焊縫金屬中化學成分來不及擴散，合金元素的分布不均勻，出現 偏析現象，這些對于焊接4妄頭性能會產生不利的影響。
通過冶金和工藝措施控制結晶過程來改善焊縫金屬的組織，從而細化晶粒 并減少化學成分的不均勻性，目前主要通過三種途徑來實現
(1) 變質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，可以細化晶粒，得到細晶組織，從而既可保證強度和塑性，又能 提高抗裂性；
(2) 振蕩處理振蕩結晶是通過不同的途徑使熔池產生一定頻率的振動， 打亂柱狀的方向性并對熔池產生強烈的攪拌作用，從而細化晶粒并促進氣體和 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調整焊接工藝藝參數決定了熔池的溫度、形狀、尺寸和冷卻速度，最終直接影響熔池結晶時晶粒成長的方向、晶粒的形狀和尺寸，并影響焊縫金 屬的化學不均性。實踐證明，采用較小的線能量，并適當控制熔池的冷卻條件 對改善焊縫組織是有益的。
下面再介紹有關氣體保護焊接噴嘴的現狀。
氣體保護焊接噴嘴目前主要根據不同的應用情況從噴嘴形狀和噴嘴材料兩 個方面來開展研究和選才,應用。
現有的氣體保護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、擴散形和收斂形(圖1中的箭頭方向為氣流方向)。圖1中 (a)為圓柱形噴嘴，氣流在噴嘴中流通時，不會引起流速的變化，也不會增加 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 效保護范圍，在氣體保護焊接中得到最為廣泛的應用；圖1中(b)擴散形噴嘴， 由于氣流在噴嘴中流通的截面面積逐漸擴大，噴嘴出口處的氣流流速將會低于 原始流速，氣流對液態金屬的承托力也因此下降，所以擴散形噴嘴應用情況很 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，氣流引起的對液態金屬的作用也較大，具有很好的保護效果， 因此在某些領域也能夠得到推廣應用。
噴嘴材料一般情況下熔化極氣體保護焊接采用銅合金，非熔化極氣體保護 焊接采用陶瓷材料，目前也有將陶瓷應用于熔化極氣體保護焊接，但應用較少。
上述現有技術的不足
在細化焊縫晶粒，改善焊縫組織的各種方法中，除變質處理和調整焊接工 藝外，還應輔以振蕩處理，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備，對于電磁振蕩攪拌處理效果還受到周圍電子設備的電 磁場影響，均須增加額外的設備和調試成本。
現有氣體保護焊接噴嘴技術主要還是從保護效果或是為了方便焊接操作來 考慮設計，沒有考慮到可以將保護氣體流螺旋噴出，形成螺旋攪拌力作用到熔 池上。
實用新型內容
本實用新型的目的是為了解決現有的氣體保護焊接噴嘴噴出保護氣體主要 對熔滴和熔池保護的單一化作用的問題，提供一種使噴嘴噴出保護氣體對熔池 有攪拌作用，以細化晶粒、改善焊縫組織的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴。
本實用新型的目的是這樣實現的 一種氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，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側固定設置數個分別與噴嘴主體的內壁具有一個 螺旋角的渦扇葉片。
本實用新型的有益效果
本實用新型是在氣體保護焊接時，利用噴嘴的渦扇葉片來促成螺旋形保護 氣體流的形成，以形成螺旋吹力來攪拌焊接熔池，達到細化晶粒減少熔池區域 化學成分不均勻性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質量。本 實用新型還具有實施簡單，無需添加額外的設備，且利用螺旋形保護氣體來攪 拌熔池不受周圍磁場的影響。
為進一步說明本實用新型的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖 對本實用新型進行詳細^兌明。
圖1為現有的氣體保護焊接噴嘴結構示意圖； 圖2為本實用新型的焊接熔池攪拌噴嘴末端結構示意圖； 圖3為本實用新型的焊接熔池攪拌噴嘴末端正視圖； 圖4為圖3的側面剖;現圖5為本實用新型的另一實施例雙層焊接熔池攪拌噴嘴末端結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴的具體實施方式進4亍詳細i兌明。
參見圖2 ~圖4，圖2 ~圖4是本實用新型的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴(以下簡稱焊接熔池攪拌噴嘴)的結構示意圖。
本實用新型的焊接熔池攪拌噴嘴10結構如下
一噴嘴主體1,為圓柱形噴嘴；在噴嘴主體1的末端內側固定設置數個分 別與噴嘴主體的內壁具有一個螺旋角的渦扇葉片2，渦扇葉片2的凄t量才艮據噴 嘴主體l的口徑大d、一般選擇3 15個，圖2~3示為6個固定渦扇葉片2,渦 扇葉片2的螺旋角可根據噴嘴主體l 口徑的大小和噴嘴長度來選擇， 一般選擇 在10° ~45°范圍內；在數個渦扇葉片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應比焊絲或鎢電極的直徑 大1 ~ 5mra。圖4是圖3的側面剖視圖，渦扇葉片2的長度L 一般應在不干擾保 護氣體通入噴嘴的情況下盡可能長一些。
本實用新型的焊接熔池攪拌噴嘴10工作時，在數個渦扇葉片2的作用下， 從噴嘴主體1內噴出的保護氣流是螺旋形的，該螺旋形的保護氣流作用到焊接 熔池(未圖示)上，達到攪拌焊接熔池的目的(相當上述現有技術中的振蕩處 理)，使晶粒細化，以改善焊縫組織、提高焊接接頭性能。
對于不同的應用場合只需改變噴嘴主體1的口徑、渦扇葉片2的數量及其 渦扇形狀及尺寸、保護氣體流量等參數，即可達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氣流，很容易將周圍空氣巻入，因此在一些
對于防止空氣巻入要求較為嚴格的焊接應用場合，可對焊接熔池攪拌噴嘴的末 端采用如圖5所示的雙層結構，此雙層焊接熔池攪拌噴嘴末端結構是在上述焊 接熔池攪拌噴嘴10的噴嘴主體1的末端外面還固定套置有一個外管4，外管4 內壁與噴嘴主體1外壁之間具有一間距，該間距為2 10ram。本實施例中，外 管4與噴嘴主體1的固定是采用數根固定條5的兩端分別與噴嘴主體1的外壁 與外管4內壁通過粘結膠粘接固定而成，該雙層焊接熔池攪拌噴嘴的末端結構 使螺旋形保護氣流外圍形成一層保護氣體的保護氣流的近似層流層。 現對本實用新型的噴嘴與普通焊槍噴嘴的焊接進行對比實驗。 兩者的噴嘴孔徑均為11.5mm，本實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，焊槍保護氣體采用純Ar氣，流量為12L/min，背保護氣也采用純Ar氣，鎢極直徑2. 4mm, 45°錐角，焊接工藝參數記錄見表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
焊接熔池攪拌噴嘴758. 9 ~ 9. 3400
實驗結果，采用普通焊槍噴嘴進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；釆用本實用新型的噴嘴進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。可以看出，在同樣的焊接工藝條件下，采用本實 用新型的噴嘴進行焊接比采用普通焊槍噴嘴進行焊接能夠很明顯細化焊縫金屬 晶粒。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本 實用新型的目的，而并非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質 范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求的范 圍內。
權利要求1、一種氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，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側固定設置數個分別與噴嘴主體的內壁具有一個螺旋角的渦扇葉片。
2、 如權利要求1所述的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，其特征在于所述數個渦扇葉片是指3 ~ 15個渦扇葉片。
3、 如權利要求1或2所述的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，其特征在于所述渦扇葉片的螺旋角為10° ~45° 。
4、 如權利要求1或2所述的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，其特征在于所述數個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、 如權利要求l所述的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，其特征在于所述噴嘴主體的末端外面還固定套置有一個外管，外管內壁與噴嘴主體外壁之間具有2 ~ 10mm的間距。
6、 如權利要求5所述的氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，其特征在于所述外管與噴嘴主體之間設有數根固定條，固定條的兩端分別與噴嘴主體外壁與外管內壁粘接固定。
專利摘要一種氣體保護焊接熔池攪拌噴嘴，解決現有的氣體保護焊接噴嘴噴出保護氣體主要對熔滴和熔池保護的單一化作用的問題，要使噴嘴噴出保護氣體對熔池有攪拌作用，以細化晶粒、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側固定設置數個分別與噴嘴主體的內壁具有一個螺旋角的渦扇葉片。本實用新型的噴嘴是在氣體保護焊接時，利用噴嘴的渦扇葉片促成螺旋形保護氣體流的形成，以形成螺旋吹力來攪拌焊接熔池，達到細化晶粒減少熔池區域化學成分不均勻性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質量。本實用新型還具有實施簡單，無需添加額外的設備，且利用螺旋形保護氣體來攪拌熔池不受周圍磁場的影響。
文檔編號B05B1/34GK201283468SQ20082015439
公開日2009年8月5日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者朱雙春, 王寶森, 軻 許, 馬朝暉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司