一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的制作方法

1.本发明涉及焊接工艺装备技术领域，具体涉及一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装。


背景技术：

2.低温液体罐式集装箱是一种外部带有支撑框架的用于装运低温液体的移动式压力容器。低温液体罐式集装箱的核心部件为内筒体和外筒体，内筒体与外筒体之间形成夹层空间，通过对夹层空间进行抽真空处理来确保容器的保温绝热性能。低温液体罐式集装箱上的内筒体与外筒体均为焊接结构件，其均是由筒体和连接在筒体两端的封头所构成。其中，筒体是采用钢板在卷板机上卷制后焊接形成；当筒体较长时，需要分为若干节子筒体再拼接组焊成整筒体。
3.目前，针对低温液体罐式集装箱筒体对接焊接所采用的高效焊接方法是深熔氩弧焊，其是在传统的tig焊基础上采用大电流(大于300a)并配合高效冷却作用的特制焊枪实现大电流大熔深的一种焊接方法。深熔氩弧焊时会在液态金属熔池中形成一个焊接小孔，小孔在电弧力、液态熔池重力和液态金属表面张力的共同作用下，可以在行走焊接过程中保持稳定，电弧后部小孔不断发生闭合，液态金属冷却结晶形成焊缝，此过程不断继续下去，最终完成整个深熔焊接过程。深熔氩弧焊具有大熔深、高效率的特点，可实现12mm以下工件不开坡口单面焊双面成形，且焊缝美观、变形量小，是一种高性价比、高效率的焊接方法。
4.但是，在进行深熔氩弧焊时，需要充分考虑焊接材料的热导率和液态熔池金属的表面张力对深熔氩弧焊工艺的影响。对于一些特殊材料的筒体焊接，为提高焊缝质量，在焊缝背部增加背部保护气体也是必要的。另外，还要保证焊接过程中液态熔池的表面张力大于液态熔池金属的重力和电弧压力之和，才能形成稳定焊接。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，旨在提高深熔氩弧焊的焊接稳定性和焊缝质量。具体的技术方案如下：
6.一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，包括设置在低温液体罐式集装箱筒体对接焊缝背面的焊接溶池部位的背部气体保护组件，所述背部气体保护组件包括戴森无叶风扇、对接在所述戴森无叶风扇前端环形出风口上的环形导风室、外套在所述戴森无叶风扇柄部外圆上用于将所述戴森无叶风扇柄部外圆上的吸风口围住的进风盒、设置在所述戴森无叶风扇后端用于将所述戴森无叶风扇的中空部位的后部封住的后端密封挡板，所述后端密封挡板上连接有与所述戴森无叶风扇的中空部位相连通的第一保护气体供给管，所述进风盒上连接有与所述进风盒内部相连通的第二保护气体供给管，所述环形导风室上设置有其保护气体方向吹向焊接溶池背部的环形导风口。
7.优选的，所述环形导风室包括由同轴套装的内套筒和外套筒所形成的直环形导风
室，以及对接在所述直环形导风室前端的锥环形导风室，所述环形导风口位于所述锥环形导风室的前端。
8.其中，所述锥环形导风室由同轴套装的内锥套筒和外锥套筒所形成；所述内锥套筒与所述内套筒相对接，所述外锥套筒与所述外套筒相对接。
9.作为本发明的进一步改进，在所述环形导风室上还设置有保护气体强制冷却模块，所述保护气体强制冷却模块包括将所述外套筒设计成半导体制冷外套筒，所述半导体制冷外套筒由若干数量的半导体制冷片沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片位于外套筒内侧的一面为制冷面，所述半导体制冷片位于外套筒外侧的一面为散热面。
10.作为本发明的更进一步改进，所述保护气体强制冷却模块还包括将所述内套筒设计成半导体制冷内套筒，所述半导体制冷内套筒由若干数量的半导体制冷片沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片位于内套筒外侧的一面为制冷面，所述半导体制冷片位于内套筒内侧的一面为散热面，并在所述内套筒的内壁处使用围板沿周向围成一环形散热室，在所述环形散热室的下部围板处开设有若干数量间隔布置的进气孔，所述环形散热室的上部设置有通向外部的散热管。
11.优选的，所述内套筒和外套筒之间、所述内锥套筒和外锥套筒之间分别形成作为环形导风室的狭窄环形间隙，以使得进入环形导风室的保护气体快速流过半导体制冷片的散热面，从而增强散热的速度。
12.为了进一步提高焊缝的质量，进一步的改进方案是：所述背部气体保护组件还包括设置在深熔焊接焊缝背部用于焊缝背部焊后气体保护的焊缝背部拖尾气保护模块，所述焊缝背部拖尾气保护模块包括一贴近焊缝背部的保护气体盒，在所述保护气体盒上朝向焊缝背部一面密布有微型出气孔，所述保护气体强制冷却模块上的散热管输出端与所述保护气体盒的内部相连通。
13.优选的，所述散热管上设置有用于将所述环形散热室内部的热气体强制排出的微型排风机。
14.优选的，所述保护气体盒上朝向焊缝背部的一面形状与所述筒体内壁的形状相适配。
15.本发明中，所述保护气体盒固定连接在所述锥环形导风室前部的一侧位置。
16.一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的保护方法，包括如下步骤：
17.(1)工件安装：将需要对接焊接的一对筒体进行组对、点焊固定在一起后，放置到焊接工作台上的焊接滚轮架上；
18.(2)工装安装：在焊接焊接工作台上固定设置一穿过组焊筒体内孔的支架，并将背部气体保护组件固定在支架上；安装时注意背部气体保护组件上的环形导风口中心靠近并对准筒体对接焊缝的焊接处；
19.(3)深熔焊接：接通第一保护气体供给管和第二保护气体供给管，接通半导体制冷片和戴森无叶风扇的电源，开启焊接滚轮架带动组焊筒体转动，采用深熔氩弧焊机作为焊接设备，对组焊筒体的对接环焊缝进行深熔焊接；深熔焊接时，在焊枪所对准的筒体焊接部位形成贯穿筒体壁厚的焊接熔池，并随着组焊筒体的转动和熔池的逐渐冷却而形成连续的周向焊缝；焊接过程中，来自第一保护气体供给管的保护气体进入戴森无叶风扇的中空部位，并穿过环形导风室的中心通道吹向焊接熔池的背部，从而形成焊接熔池背部的第一保
护；与此同时，来自第二保护气体供给管的保护气体进入戴森无叶风扇的吸风口，戴森无叶风扇将保护气体加压后输出，再经半导体制冷片冷却后从环形导风室上的环形导风口中吹出，形成焊接熔池背部的第二保护；经增压冷却的保护气体形成对焊接熔池的背部托举作用，并增强了焊接熔池背部的表面张力，从而形成稳定的焊接熔池。
20.优选的，所述步骤(3)深熔焊接过程中，通过第一保护气体供给管进入到戴森无叶风扇中空部位的保护气体的一部分通过围板上的进气孔被分流进入到环形散热室内对半导体制冷内套筒上的半导体制冷片的散热面进行冷却，再通过散热管输送到焊缝背部拖尾气保护模块的保护气体盒内，并通过保护气体盒上密布的微型出气孔吹向已焊接的焊缝，从而形成筒体对接焊缝背部的拖尾气体保护。
21.本发明的有益效果是：
22.第一，本发明的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，采用双路保护气体输送结构，其中的一路保护气体穿过环形导风室的中心通道后直达焊接熔池的背部，从而为焊缝背部提高基本的气体保护，另一路保护气体是使用戴森无叶风扇增压后，通过环形导风室的环形导风口吹向焊接熔池的背部，快速流动保护气体可以对焊接熔池的背部进行冷却从而增加熔池表面张力，另一方面经过增压的保护气体能够起到对于焊接熔池的托举作用，两者相互协同，提高了深熔氩弧焊的焊接稳定性和焊缝的质量。
23.第二，本发明的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，特殊设置的保护气体强制冷却模块，使得增压后的保护气体经半导体制冷片快速冷却后吹向吹向焊接熔池的背部，可进一步增加熔池表面张力，防止熔池塌陷，加速焊缝成形，从而提高焊接稳定性。
24.第三，本发明的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，半导体制冷片工作时的散热气体通过散热管及时排出有利于提高半导体制冷片的制冷性能；另外散热气体是通过散热管进入到焊缝背部拖尾气保护模块中，作为焊缝的拖尾保护气体被充分利用，且拖尾保护气体由于具有热量从而可防止焊缝焊后冷却过快，从而可起到减少焊接应力和进一步提高焊缝质量的效果。
附图说明
25.图1是本发明的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的结构示意图；
26.图2是背部气体保护组件中涉及环形导风室部分的截面视图；图中的半导体制冷内套筒和半导体制冷外套筒分别由六块半导体制冷片沿周向合围连接而成。
27.图中：1、背部气体保护组件，2、戴森无叶风扇，3、环形导风室，4、柄部外圆，5、吸风口，6、进风盒，7、中空部位，8、后端密封挡板，9、第一保护气体供给管，10、第二保护气体供给管，11、环形导风口，12、内套筒(半导体制冷内套筒)，13、外套筒(半导体制冷外套筒)，14、直环形导风室，15、锥环形导风室，16、保护气体强制冷却模块，17、半导体制冷片，18、制冷面，19、散热面，20、围板，21、环形散热室，22、进气孔，23、散热管，24、焊缝背部拖尾气保护模块，25、保护气体盒，26、微型出气孔，27、微型排风机，28、筒体，29、支架，30、深熔氩弧焊枪，31、焊接溶池。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
29.实施例1：
30.如图1至2所示为本发明的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的实施例，包括设置在低温液体罐式集装箱筒体对接焊缝背面的焊接溶池部位的背部气体保护组件1，所述背部气体保护组件1包括戴森无叶风扇2、对接在所述戴森无叶风扇2前端环形出风口上的环形导风室3、外套在所述戴森无叶风扇2柄部外圆4上用于将所述戴森无叶风扇2柄部外圆4上的吸风口5围住的进风盒6、设置在所述戴森无叶风扇2后端用于将所述戴森无叶风扇2的中空部位7的后部封住的后端密封挡板8，所述后端密封挡板8上连接有与所述戴森无叶风扇2的中空部位7相连通的第一保护气体供给管9，所述进风盒6上连接有与所述进风盒6内部相连通的第二保护气体供给管10，所述环形导风室3上设置有其保护气体方向吹向焊接溶池31背部的环形导风口11。
31.优选的，所述环形导风室3包括由同轴套装的内套筒12和外套筒13所形成的直环形导风室14，以及对接在所述直环形导风室14前端的锥环形导风室15，所述环形导风口11位于所述锥环形导风室15的前端。
32.其中，所述锥环形导风室15由同轴套装的内锥套筒和外锥套筒所形成；所述内锥套筒与所述内套筒12相对接，所述外锥套筒与所述外套筒13相对接。
33.作为本实施例的进一步改进，在所述环形导风室3上还设置有保护气体强制冷却模块16，所述保护气体强制冷却模块16包括将所述外套筒13设计成半导体制冷外套筒，所述半导体制冷外套筒由若干数量的半导体制冷片17沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片17位于外套筒13内侧的一面为制冷面18，所述半导体制冷片17位于外套筒13外侧的一面为散热面19。
34.作为本实施例的更进一步改进，所述保护气体强制冷却模块16还包括将所述内套筒12设计成半导体制冷内套筒，所述半导体制冷内套筒由若干数量的半导体制冷片17沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片17位于内套筒12外侧的一面为制冷面18，所述半导体制冷片17位于内套筒12内侧的一面为散热面19，并在所述内套筒12的内壁处使用围板20沿周向围成一环形散热室21，在所述环形散热室21的下部围板20处开设有若干数量间隔布置的进气孔22，所述环形散热室21的上部设置有通向外部的散热管23。
35.优选的，所述内套筒12和外套筒13之间、所述内锥套筒和外锥套筒之间分别形成作为环形导风室3的狭窄环形间隙，以使得进入环形导风室3的保护气体快速流过半导体制冷片17的散热面，从而增强散热的速度。
36.为了进一步提高焊缝的质量，进一步的改进方案是：所述背部气体保护组件1还包括设置在深熔焊接焊缝背部用于焊缝背部焊后气体保护的焊缝背部拖尾气保护模块24，所述焊缝背部拖尾气保护模块24包括一贴近焊缝背部的保护气体盒25，在所述保护气体盒25上朝向焊缝背部一面密布有微型出气孔26，所述保护气体强制冷却模块16上的散热管23输出端与所述保护气体盒25的内部相连通。
37.优选的，所述散热管23上设置有用于将所述环形散热室21内部的热气体强制排出的微型排风机27。
38.优选的，所述保护气体盒25上朝向焊缝背部的一面形状与所述筒体内壁的形状相适配。
39.本实施例中，所述保护气体盒25固定连接在所述锥环形导风室15前部的一侧位置。
40.实施例2：
41.一种采用实施例1的低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的保护方法，包括如下步骤：
42.(1)工件安装：将需要对接焊接的一对筒体28进行组对、点焊固定在一起后，放置到焊接工作台上的焊接滚轮架上；
43.(2)工装安装：在焊接焊接工作台上固定设置一穿过组焊筒体28内孔的支架29，并将背部气体保护组件1固定在支架29上；安装时注意背部气体保护组件1上的环形导风口11中心靠近并对准筒体28对接焊缝的焊接处；
44.(3)深熔焊接：接通第一保护气体供给管9和第二保护气体供给管10，接通半导体制冷片17和戴森无叶风扇2的电源，开启焊接滚轮架带动组焊筒体28转动，采用深熔氩弧焊机作为焊接设备，对组焊筒体29的对接环焊缝进行深熔焊接；深熔焊接时，在焊枪30所对准的筒体焊接部位形成贯穿筒体壁厚的焊接熔池31，并随着组焊筒体28的转动和熔池的逐渐冷却而形成连续的周向焊缝；焊接过程中，来自第一保护气体供给管9的保护气体进入戴森无叶风扇2的中空部位7，并穿过环形导风室3的中心通道吹向焊接熔池31的背部，从而形成焊接熔池31背部的第一保护；与此同时，来自第二保护气体供给管10的保护气体进入戴森无叶风扇2的吸风口5，戴森无叶风扇2将保护气体加压后输出，再经半导体制冷片17冷却后从环形导风室3上的环形导风口11中吹出，形成焊接熔池31背部的第二保护；经增压冷却的保护气体形成对焊接熔池31的背部托举作用，并增强了焊接熔池31背部的表面张力，从而形成稳定的焊接熔池。
45.优选的，所述步骤(3)深熔焊接过程中，通过第一保护气体供给管9进入到戴森无叶风扇2中空部位7的保护气体的一部分通过围板20上的进气孔22被分流进入到环形散热室21内对半导体制冷内套筒12上的半导体制冷片17的散热面19进行冷却，再通过散热管23输送到焊缝背部拖尾气保护模块24的保护气体盒25内，并通过保护气体盒25上密布的微型出气孔26吹向已焊接的焊缝，从而形成筒体28对接焊缝背部的拖尾气体保护。
46.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，包括设置在低温液体罐式集装箱筒体对接焊缝背面的焊接溶池部位的背部气体保护组件，所述背部气体保护组件包括戴森无叶风扇、对接在所述戴森无叶风扇前端环形出风口上的环形导风室、外套在所述戴森无叶风扇柄部外圆上用于将所述戴森无叶风扇柄部外圆上的吸风口围住的进风盒、设置在所述戴森无叶风扇后端用于将所述戴森无叶风扇的中空部位的后部封住的后端密封挡板，所述后端密封挡板上连接有与所述戴森无叶风扇的中空部位相连通的第一保护气体供给管，所述进风盒上连接有与所述进风盒内部相连通的第二保护气体供给管，所述环形导风室上设置有其保护气体方向吹向焊接溶池背部的环形导风口。2.根据权利要求1所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述环形导风室包括由同轴套装的内套筒和外套筒所形成的直环形导风室，以及对接在所述直环形导风室前端的锥环形导风室，所述环形导风口位于所述锥环形导风室的前端。3.根据权利要求2所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，在所述环形导风室上还设置有保护气体强制冷却模块，所述保护气体强制冷却模块包括将所述外套筒设计成半导体制冷外套筒，所述半导体制冷外套筒由若干数量的半导体制冷片沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片位于外套筒内侧的一面为制冷面，所述半导体制冷片位于外套筒外侧的一面为散热面。4.根据权利要求3所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述保护气体强制冷却模块还包括将所述内套筒设计成半导体制冷内套筒，所述半导体制冷内套筒由若干数量的半导体制冷片沿周向合围连接而成，且所述半导体制冷片位于内套筒外侧的一面为制冷面，所述半导体制冷片位于内套筒内侧的一面为散热面，并在所述内套筒的内壁处使用围板沿周向围成一环形散热室，在所述环形散热室的下部围板处开设有若干数量间隔布置的进气孔，所述环形散热室的上部设置有通向外部的散热管。5.根据权利要求4所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述背部气体保护组件还包括设置在深熔焊接焊缝背部用于焊缝背部焊后气体保护的焊缝背部拖尾气保护模块，所述焊缝背部拖尾气保护模块包括一贴近焊缝背部的保护气体盒，在所述保护气体盒上朝向焊缝背部一面密布有微型出气孔，所述保护气体强制冷却模块上的散热管输出端与所述保护气体盒的内部相连通。6.根据权利要求5所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述散热管上设置有用于将所述环形散热室内部的热气体强制排出的微型排风机。7.根据权利要求5所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述保护气体盒上朝向焊缝背部的一面形状与所述筒体内壁的形状相适配。8.根据权利要求5所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，其特征在于，所述保护气体盒固定连接在所述锥环形导风室前部的一侧位置。9.一种采用权利要求1至8中任一项所述的低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)工件安装：将需要对接焊接的一对筒体进行组对、点焊固定在一起后，放置到焊接工作台上的焊接滚轮架上；(2)工装安装：在焊接焊接工作台上固定设置一穿过组焊筒体内孔的支架，并将背部气
体保护组件固定在支架上；安装时注意背部气体保护组件上的环形导风口中心靠近并对准筒体对接焊缝的焊接处；(3)深熔焊接：接通第一保护气体供给管和第二保护气体供给管，接通半导体制冷片和戴森无叶风扇的电源，开启焊接滚轮架带动组焊筒体转动，采用深熔氩弧焊机作为焊接设备，对组焊筒体的对接环焊缝进行深熔焊接；深熔焊接时，在焊枪所对准的筒体焊接部位形成贯穿筒体壁厚的焊接熔池，并随着组焊筒体的转动和熔池的逐渐冷却而形成连续的周向焊缝；焊接过程中，来自第一保护气体供给管的保护气体进入戴森无叶风扇的中空部位，并穿过环形导风室的中心通道吹向焊接熔池的背部，从而形成焊接熔池背部的第一保护；与此同时，来自第二保护气体供给管的保护气体进入戴森无叶风扇的吸风口，戴森无叶风扇将保护气体加压后输出，再经半导体制冷片冷却后从环形导风室上的环形导风口中吹出，形成焊接熔池背部的第二保护；经增压冷却的保护气体形成对焊接熔池的背部托举作用，并增强了焊接熔池背部的表面张力，从而形成稳定的焊接熔池。10.根据权利要求9所述的一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装的保护方法，其特征在于，所述步骤(3)深熔焊接过程中，通过第一保护气体供给管进入到戴森无叶风扇中空部位的保护气体的一部分通过围板上的进气孔被分流进入到环形散热室内对半导体制冷内套筒上的半导体制冷片的散热面进行冷却，再通过散热管输送到焊缝背部拖尾气保护模块的保护气体盒内，并通过保护气体盒上密布的微型出气孔吹向已焊接的焊缝，从而形成筒体对接焊缝背部的拖尾气体保护。

技术总结
本发明公开了一种低温液体罐式集装箱筒体深熔焊接背保护工装，包括设置在筒体对接焊缝背面的焊接溶池部位的背部气体保护组件，背部气体保护组件包括戴森无叶风扇、对接在戴森无叶风扇前端环形出风口上的环形导风室、外套在戴森无叶风扇柄部外圆上用于将戴森无叶风扇柄部外圆上的吸风口围住的进风盒、设置在戴森无叶风扇后端用于将戴森无叶风扇的中空部位的后部封住的后端密封挡板，后端密封挡板上连接有与戴森无叶风扇的中空部位相连通的第一保护气体供给管，进风盒上连接有与进风盒内部相连通的第二保护气体供给管，环形导风室上设置有其保护气体方向吹向焊接溶池背部的环形导风口。本发明提高了深熔氩弧焊的焊接稳定性和焊缝质量。性和焊缝质量。性和焊缝质量。


技术研发人员：徐深泉 邹峰 唐雷
受保护的技术使用者：中船澄西（泰州）装备科技有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/22