阅读说明：本技术 一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置 (Method and device for improving antibacterial property of antibacterial stainless steel weld joint ) 是由 范海生 宋鸿武 路林 杨柯 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明属于抗菌不锈钢技术领域,特别涉及一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置。该方法包括如下步骤：(1)在TIG焊基础上加一个脉冲磁场发生器,调制脉冲磁场,在TIG焊的电弧区产生脉冲磁场,同时由TIG焊机输出焊接电流；(2)脉冲磁场作用于TIG焊的电弧,从而使TIG焊的电弧能量提高,实现焊缝的快热与快冷。该装置包括：脉冲磁场发生器、TIG焊机、钨极、TIG焊枪、脉冲磁场线圈、抗菌不锈钢工件。本发明实现磁箍缩效应压缩焊接电弧,获得更高的电弧能量密度,实现焊缝的快热与快冷,最终实现抗菌不锈钢器具高速焊接生产,焊速从常规焊速0.5m/min提高到5.5m/min,且焊缝的抗菌性高于母材。(The invention belongs to the technical field of antibacterial stainless steel, and particularly relates to a method and a device for improving antibacterial performance of an antibacterial stainless steel weld joint. The method comprises the following steps: (1) adding a pulse magnetic field generator on the basis of TIG welding to modulate a pulse magnetic field, generating a pulse magnetic field in an arc area of the TIG welding, and outputting welding current by a TIG welding machine; (2) the pulsed magnetic field acts on an electric arc of the TIG welding, so that the energy of the electric arc of the TIG welding is improved, and the fast heating and the fast cooling of a welding line are realized. The device includes: the device comprises a pulsed magnetic field generator, a TIG welding machine, a tungsten electrode, a TIG welding gun, a pulsed magnetic field coil and an antibacterial stainless steel workpiece. The invention realizes the magnetic pinch effect to compress the welding arc, obtains higher arc energy density, realizes the fast heating and fast cooling of the welding line, and finally realizes the high-speed welding production of the antibacterial stainless steel appliance, the welding speed is improved to 5.5m/min from the conventional welding speed of 0.5m/min, and the antibacterial property of the welding line is higher than that of the parent metal.)

一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置

技术领域

本发明属于抗菌不锈钢技术领域，特别涉及一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置。

背景技术

人类产生病疾的根本原因，是由于各种有害病菌和病毒对人体的侵害所致，特别是随着新型冠状病毒疫情施虐，我们赖以生存的复杂生活环境和条件，都有可能为各种有害病菌和病毒对人体的侵害提供条件和机会，从而危害人类健康，产生种种疾病。抗菌不锈钢是上世纪末出现的具有结构/功能一体化特征的新型金属材料，具有广谱和持久杀菌或抑菌等功能的新材料。并且，由于富铜杀菌相在不锈钢中均匀分布，不会受到摩擦和磨损带来的影响，因此抗菌不锈钢的杀菌功能是持久的。目前，各地医院的贮水箱、输水管道、滤网、餐具、注射器和手术刀等容易导致细菌和病毒滋生的环境已经开始采用抗菌性材质进行产品设计和制造。

TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding)，又称为钨极氩弧焊。抗菌不锈钢器具最终都要通过拼装焊接完成，普遍采用TIG焊方法通过工业机器人配合多轴翻转变位机完成施焊，实现各工位连续工作，自动化程度高，而且焊点均一性高、质量稳定。而抗菌不锈钢器具的生产瓶颈在于保证焊缝的抗菌性，大量的前期实验结果表明，这种焊缝特性需要更快的焊接与冷却速度，这也与高效化生产的要求一致。目前，TIG焊速度低，约为0.3～0.8m/min，而工业机器手的最大工作速度可达120m/min，存在巨大的速度差异。现有单工位至少配备1台以上工业机器人，有些焊缝多的器具甚至需要10余台工业机器人，即单工位多机焊接，生产效率极低。如何实现单机多工位焊接，已是该领域最前沿的研究热点，有效地提高弧焊速度，成为解决问题的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置，利用外加脉冲磁场提高焊缝快热与快冷速度，提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能。

本发明的技术方案是：

一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法，该方法包括如下步骤：

(1)在TIG焊基础上加一个脉冲磁场发生器，调制脉冲磁场，在TIG焊的电弧区产生脉冲磁场，同时由TIG焊机输出焊接电流；

(2)脉冲磁场作用于TIG焊的电弧，从而使TIG焊的电弧能量提高，实现焊缝的快热与快冷。

所述的提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法，脉冲磁场的激磁感应强度范围为0.001～0.1T，激磁频率范围为1～5kHz，占空比调节范围为45～55％。

所述的提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法，通过脉冲磁场的磁箍缩效应压缩焊接电弧，获得电弧能量密度为30～50A/mm²、电弧压力为0.5～1KPa以及电弧扩散角为10～15°。

所述的提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法，TIG焊的焊接速度调节范围为1.5～5.5m/min，焊缝冷却速度v_8/5范围为1000～1500℃/s。

所述方法使用的提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的装置，该装置包括：脉冲磁场发生器、TIG焊机、钨极、TIG焊枪、脉冲磁场线圈、抗菌不锈钢工件，具体结构如下：

TIG焊机分别通过线路连接TIG焊枪、抗菌不锈钢工件，TIG焊枪上竖直安装钨极，钨极下方与水平的抗菌不锈钢工件相对应，脉冲磁场发生器通过线路连接脉冲磁场线圈，抗菌不锈钢工件的上下设置脉冲磁场线圈，钨极位于脉冲磁场线圈中，TIG焊枪通过钨极产生的焊接电弧，在脉冲磁场线圈产生的脉冲磁场作用下，传递到抗菌不锈钢工件上。

所述的提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的装置，TIG焊机采用直流正接，电流范围为0～500A，具有直流及交变方波输出功能。

本发明的设计思想是：

本发明提出一种提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置，通过研究脉冲磁场与焊接电流脉冲的协同作用规律及脉冲磁场对电弧磁箍缩机理，掌握脉冲磁场箍缩电弧焊接关键技术。从而，实现磁箍缩效应压缩焊接电弧，获得更高的电弧能量密度，实现焊缝的快热与快冷，最终实现抗菌不锈钢器具高速焊接生产，焊速从常规焊速0.5m/min提高到5.5m/min，且焊缝的抗菌性高于母材。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法和装置，实现磁箍缩效应压缩焊接电弧，获得更高的电弧能量密度为30～50A/mm²、更大的电弧压力为0.5～1KPa以及更好的电弧挺度，扩散角为10～15°，最终实现抗菌不锈钢器具高速焊接生产，焊速从常规焊速0.5m/min提高到5.5m/min，且焊缝的抗菌性高于母材。

2、本发明是通过施加外加脉冲磁场实现快速焊接与快速冷却，此种工艺附加装置成本低，体积小，使用方便，而且能够改善电弧形态与电弧行为。

附图说明

图1为本发明提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的装置结构示意图。图中，1.脉冲磁场发生器；2.TIG焊机；3.钨极；4.TIG焊枪；5.脉冲磁场线圈；6.抗菌不锈钢工件。

图2为抗菌不锈钢焊缝、抗菌不锈钢母材、304不锈钢焊缝、304不锈钢母材分别采用大肠杆菌培养24h后的菌落照片。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明：

如图1所示，本发明提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的装置，主要包括：脉冲磁场发生器1、TIG焊机2、钨极3、TIG焊枪4、脉冲磁场线圈5、抗菌不锈钢工件6，具体结构如下：

TIG焊机2分别通过线路连接TIG焊枪4、抗菌不锈钢工件6，TIG焊枪4上竖直安装钨极3，钨极3下方与水平的抗菌不锈钢工件6相对应，脉冲磁场发生器1通过线路连接脉冲磁场线圈5，抗菌不锈钢工件6的上下设置脉冲磁场线圈5，钨极3位于脉冲磁场线圈5中，TIG焊枪4通过钨极3产生的焊接电弧，在脉冲磁场线圈5产生的脉冲磁场作用下，传递到抗菌不锈钢工件6上。

如图1所示，本发明提高抗菌不锈钢焊缝抗菌性能的方法，具体实施步骤如下：

步骤一：TIG焊机2采用直流正接，电流范围为0～500A，具有直流及交变方波输出功能。根据抗菌不锈钢特点，选择TIG焊接工艺参数，如：焊接电流、保护气(氩气)流量、钨极直径及端部形状、钨极端部与工件的距离等。本实施例中，焊接时采用200A的交变方波直流脉冲，氩气流量为8L/min，TIG焊枪的喷嘴直径为10mm，TIG焊枪的喷嘴距离抗菌不锈钢工件的高度为5mm。钨极的直径为1.6mm，钨极端部为锥形，钨极端部与抗菌不锈钢工件的距离为2～3mm。

步骤二：将脉冲磁场发生器1的输出端接到脉冲磁场线圈5，要保证TIG焊枪4垂直于抗菌不锈钢工件6，进行施焊。其中，激磁感应强度范围为0.001～0.1T，激磁频率范围为1～5kHz，占空比调节范围为45～55％，焊接速度的调节范围为1.5～5.5m/min，焊缝冷却速度v_8/5范围为1000～1500℃/s。

步骤三：通过改变脉冲磁场强度大小和磁场频率大小，从而提高电弧能量，实现快焊与快冷。本实施例中，激磁感应强度为0.05T，激磁频率为3kHz，占空比为50％。

本实施例中，通过磁箍缩效应压缩焊接电弧，获得更高的电弧能量密度为40A/mm²、更大的电弧压力为0.8KPa以及更好的电弧挺度，扩散角为15°，最终实现抗菌不锈钢器具高速焊接生产，焊速从常规焊速0.5m/min提高到5.5m/min，焊缝冷却速度v_8/5为1200℃/s，且焊缝的抗菌性高于母材。

如图2所示，抗菌不锈钢焊缝及抗菌不锈钢母材、304不锈钢焊缝及304不锈钢母材，分别在培养24h后的菌落情况对比。根据统计结果，抗菌不锈钢焊缝的菌落数为0，304不锈钢焊缝的菌落数为2000左右，抗菌不锈钢焊缝的抗菌率为100％；抗菌不锈钢母材的菌落数为30～40左右，304不锈钢母材的菌落数为2000左右，故抗菌不锈钢母材的抗菌率为98％～99％。因此，抗菌不锈钢焊缝的抗菌率好于其母材的抗菌率。