專利名稱：一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接方法， 一種將超聲波引入到焊絲送進系統 中的焊接方法，屬非熔化極電弧焊接、電弧冶煉技術、電弧加工領域。 具體說就是一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法及其裝置。 技術背景焊絲送進系統是非熔化極電弧焊接重要組成部分，通常在焊接中 需要由焊絲送進系統來提供必要的熔化金屬，以滿足焊接中的機械性能。普通TIG焊接廣泛用于各種金屬及其合金的焊接生產，但TIG 焊接的焊絲送進過程中，由于有額外的金屬熔化需要吸收大量熱量， 并且焊接中熔池的尺寸偏大，焊后晶粒有長大現象。此方法限制了其 大功率快焊接速度的應用。而國內外有些學者將超聲振動施加在焊接工件上，以減少焊接后 的晶粒長大現象。雖然施加方式各不相同，但是超聲的施加位置都是 以工件為基礎，正面或是背面施加超聲振動。這種方式目前存在問題 就是，超聲振動效果與施加位置有關，并且在焊接過程中隨著熔池的 移動，超聲施加點也要移動。其次就是工件的尺寸形狀對超聲的傳播 和吸收有很大作用，并且工件過大時需要施加的超聲振動能量加強， 超聲振動的效率低。 發明內容本發明的目的在于公開一種焊接過程穩定、焊縫成形質量高、 可以控制焊接后熔池晶粒長大現象、可實現在普通焊接環境下高質量 焊接的超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法及其裝置。本發明的目的是這樣實現的通過超聲在焊絲送進系統內的傳 播，使得超聲的空化效應、震動效應在焊絲與熔池的接觸過程中傳遞 給焊接熔池。并且焊接時，在超聲作用下焊絲端部的熔滴尺寸得到了 有效的控制，熔滴向熔池的過渡更加平穩，焊縫質量得到進一歩的提高，由于在焊接的焊絲送進系統中施加了超聲，影響了焊絲熔滴過渡 條件、改善焊接時的能量分布情況，從而使得接頭組織細化、成分的 均一化程度、以及接頭的強度等力學性能得到進一步的提高。 本發明焊接方法，包括以下步驟 (1 )超聲電源通過超聲換能器將超聲頻率的電信號轉化為機械振動，其振動幅度為lym—10um，超聲電源的超聲波頻率為 lkHz 2MHz，輸入功率為1W 1000W。(2) 通過與超聲換能器相接的超聲變幅桿，將超聲換能器的能 量集中，并且將振動幅度放大到20um—200pm。(3) 將焊絲送進系統中所用的送絲嘴與變幅桿緊密結合。(4) 非熔化極焊接的焊絲由焊絲送進系統平穩送出。(5) 焊接中用到的焊絲通過送絲嘴，并與之滑動接觸。(6) 焊接時，啟動電弧，待穩定后，再啟動超聲源，換能器將 電能轉換為振動，通過變幅桿將超聲振動幅度放大，并傳遞給送絲嘴 內的焊絲。本發明在熔化極氣體保護焊接條件下，超聲波經過變幅桿的放 大，通過送絲嘴傳導到焊絲上，施加超聲后，在超聲作用下的熔滴與 焊絲之間發生霧化現象，可以控制熔滴向熔池的過渡。實現超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法的裝置是由焊絲 送進系統4、焊炬8和工件9組成的。焊絲送進系統4包括可以將 超聲電源的電信號轉換為機械振動的超聲換能器1、放大超聲振動幅 度的超聲變幅桿2、鑲嵌在變幅桿端部的送絲嘴3和焊絲5。超聲換 能器1連接超聲變幅桿2，超聲變幅桿2連接送絲嘴3，焊絲5設置 在送絲嘴3的內部。焊炬8與工件9構成非熔化極電弧焊接系統。焊 炬8由焊接鎢極6和焊接氣體噴嘴7組成，焊接鎢極6位于焊接氣體 噴嘴7的內部。一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法及其裝置，具有普 通TIG焊焊接的焊縫高品質、焊接過程穩定性好的優點，同時具有 控制熔滴過渡的能力、改善焊接過程中的熔池能量分布、改善熔池結晶狀態等優點。該方法可實現在普通焊接環境下的高品質焊縫、節能 化的焊接。采用非熔化極電弧悍接可以實現鋁合金、結構鋼、低合金 鋼等的焊接生產。
圖1為本發明方法的實驗裝置原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。實施例1，結合圖1，所述的超聲波與非熔化極氣體保護焊焊絲 送進系統復合的焊接方法，首先要重新設計超聲換能器1及超聲變幅桿2，使之符合與焊絲送進系統復合的要求。對超聲變幅桿2進行精 確計算，找到所需要的各個節點位置；將焊接時所用的送絲嘴3合理 地與變幅桿2結合，使超聲波有效地傳遞到焊絲5上；焊接時，電弧 啟動穩定后，焊絲送進系統4啟動、啟動超聲電源將電信號加載到超 聲換能器1上，通過換能器1將電能轉換為振動，通過變幅桿2將超 聲振動幅度放大，最終傳遞給焊絲5。實施例2:結合圖l，所述的一種超聲振動與焊絲送進系統復合 的焊接方法及其裝置，超聲電源的電信號通過換能器1轉換成為機械 振動，由于換能器的機械振動振幅較小，采用變幅桿將其放大到20 U m—200 y m，最后再將振動傳給鑲嵌在變幅桿端部的送絲嘴3上。 上述裝置可以在頻率為lkHz到2MHz的超聲振動下工作，。超聲的 輸入功率可以在1W到1000W之間任意調節。按照普通非熔化極氣 體保護焊的方法進行焊接，在施加超聲后，焊絲5就會受到超聲的作 用，熔滴受到超聲振動的影響，有助于控制熔滴過渡時的形態及尺寸。 該方法在對工件進行加工時，會控制過渡熔滴，改善熔池能量分布， 改善熔池結晶過程，提高焊縫綜合性能，降低焊接的成本。實施例3:結合圖1，在所述的焊接方法基礎上，將超聲振動能 量傳遞到焊絲5上，使得普通非熔化極氣體保護焊在施加了超聲波 后，對焊絲5熔滴的過渡有明顯的改善，更加有利于熔滴的過渡。能 夠實現小電流的情況下，控制熔滴過渡時的尺寸；并且能夠實現對熔滴過渡的定性與定量控制。在普通的非熔化極電弧焊接系統的基礎上，不改變焊接時所用的焊炬，僅通過將超聲施加在焊絲5上，進而 傳遞給熔滴、熔池。該方法提高了焊接電弧的效率，實現對傳統焊接 系統的改造。經過焊絲5傳遞的超聲波，對熔滴過渡的形態發生作用， 對焊接熔池產生了較強烈的超聲振動，改善能量分布，提高了焊縫的 綜合性能。并且非熔化極焊接時，超聲振動的能量傳遞給焊絲5端部 的熔滴時，將會在液態熔滴內產生超聲空化作用，進而產生超聲振動， 增加了熔滴的能量，減小了熔滴與焊絲5端部的表面張力作用，有利 于控制熔滴的過渡。利用此方法不但保持了非熔化極電弧焊接的高品 質焊縫，而且能精確控制過渡熔滴的大小，優化接頭組織形態，提高 了接頭的性能。
權利要求
1.一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法包括以下步驟(1)超聲電源通過超聲換能器將超聲頻率的電信號轉化為機械振動，其振動幅度為1μm-10μm；超聲電源的超聲波頻率為1kHz～2MHz，輸入功率為1W～1000W；(2)通過與超聲換能器相接的超聲變幅桿，將超聲換能器的能量集中，并且將振動幅度放大到20μm-100μm；(3)將焊絲送進系統中所用的送絲嘴與變幅桿緊密結合；(4)非熔化極焊接的焊絲由焊絲送進系統平穩送出；(5)焊接中用到的焊絲通過送絲嘴，并與之滑動接觸；(6)焊接時，啟動電弧，待穩定后，再啟動超聲源，換能器將電能轉換為振動，通過變幅桿將超聲振動幅度放大，并傳遞給送絲嘴內的焊絲。
2. —種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接裝置，它是由焊絲 送進系統(4)、焊炬(8)和工件(9)組成的；其特征在于焊絲送 進系統(4)包括可以將超聲電源的電信號轉換為機械振動的超聲 換能器(1)、放大超聲振動幅度的超聲變幅桿(2)、鑲嵌在變幅桿端 部的送絲嘴(3)和焊絲(5);超聲換能器(1)連接超聲變幅桿(2)， 超聲變幅桿(2)連接送絲嘴(3)，焊絲(5)設置在送絲嘴(3)的 內部；焊炬(8)與工件(9)構成非熔化極電弧焊接系統；焊炬(8) 由焊接鎢極(6)和焊接氣體噴嘴(7)組成，焊接鎢極(6)位于焊 接氣體噴嘴(7)的內部。
3. 如權利要求2所述的一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊 接裝置，其特征在于非熔化極焊接的焊絲(5)與送絲嘴(3)之間 的連接，可以是滑動連接，可以是通過滾輪壓緊焊絲的方式連接、也 可以是采用焊絲浸在液態傳聲物質之間方式將送絲嘴(3)上的超聲 振動傳遞給焊絲(5)。4.根據權利要求2所述的一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接裝置，其特征在于對超聲電源施加在超聲換能器上的交變電信 號進行可靠的接地處理，焊接過程中超聲電源與焊接電源進行有效隔 離。
全文摘要
本發明的目的在于公開一種焊接過程穩定、焊縫成形質量高、可以控制焊接后熔池晶粒長大現象、可實現在普通焊接環境下高質量焊接的超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法及其裝置。本發明的目的是這樣實現的通過超聲在焊絲送進系統內的傳播，使得超聲的空化效應、震動效應在焊絲與熔池的接觸過程中傳遞給焊接熔池。并且焊接時，在超聲作用下焊絲端部的熔滴尺寸得到了有效的控制，熔滴向熔池的過渡更加平穩，焊縫質量得到進一步的提高，由于在焊接的焊絲送進系統中施加了超聲，影響了焊絲熔滴過渡條件、改善焊接時的能量分布情況，從而使得接頭組織細化、成分的均一化程度、以及接頭的強度等力學性能得到進一步的提高。
文檔編號B23K9/133GK101239415SQ200810064099
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月12日 優先權日2008年3月12日
發明者孫清潔, 楊春利, 范成磊, 范陽陽 申請人:哈爾濱工業大學