一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及電弧焊及電弧冶煉領域，具體設及一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電 弧復合焊接方法。
【背景技術】
[0002] 鶴極氣弧焊（TIG)是通過焊槍將氣氣轉換為等離子氣體，并W其為熱源的冶煉連 接方法。金屬或合金的TIG焊接接頭常常由于晶粒粗大，缺陷多等原因而導致接頭強度不 高，從而影響焊接件的使用。近些年為了提高TIG焊接接頭的力學性能，超聲能量作為一 種"神奇"的能量，越來越多學者將超聲振動引入到TIG焊接中，最終細化了接頭晶粒，提高 了接頭的力學性能。在超聲波與電弧復合焊接已有技術中，申請號為200710144659. 4和 200710144660. 7的專利分別公開了超聲波與非烙化極和烙化極電弧焊接過程復合的焊接 方法，將超聲變幅桿與非烙化極或者烙化極進行同軸復合，根據文獻"基于超聲振動的304 不誘鋼TIG焊接，范陽陽，孫清潔，楊春利，《焊接學報》，30 (2)，91-94"報道，利用專利所寫 超聲電弧復合焊接技術對304不誘鋼進行焊接，結果表明，超聲能量可W使焊縫內部組織 明顯細化，接頭質量得到提高。根據文獻"高頻調制電弧的聲學特性及其細化焊縫組織的應 用，何龍標，李路明，吳敏生，《應用聲學》，29 (3)，222-226"報道，W等離子體電弧作為聲源， 利用高頻電流進行調制，激發電弧產生超聲波。焊接實驗表明，利用高頻調制電流激發電弧 產生超聲，電弧對烙池產生超聲頻擾動能夠有效細化焊縫晶粒，提高焊接接頭性能。
[0003] 根據聲傳播的特性可知，超聲波在高溫電弧空間中傳播時衰減大，導致傳入到烙 池內部的超聲能量大大降低；另外氣體的聲阻抗要遠大于固體工件的聲阻抗，在界面處超 聲透射系數低，運也導致了傳入烙池內部的超聲能量較少。因此，運兩方面共同導致超聲利 用率大大下降。因此為了最大化的發揮超聲細化TIG焊接接頭晶粒的作用，必須改變超聲 施加方式，提高超聲能量的利用率，使傳入到烙池內部的超聲能量增多。
【發明內容】
[0004] 基于上述不足之處，為進一步增大輸入烙池內的超聲能量，本發明提出一種可細 化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，該方法可大大提高超聲能量利用率，細化焊接 接頭晶粒，提高接頭力學性能。
[0005] 本發明的目的是通過W下技術方案實現的：一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧 復合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭，放置超聲工具頭在烙池后方距烙池一定距離 處，并在被焊工件表面滾動，焊接過程中，超聲工具頭和烙池之間距離始終保持不變；超聲 工具頭發射超聲波，超聲波振動傳入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接烙池內，影響 烙池的凝固，細化接頭晶粒。
[0006] 本發明還具有如下技術特征：
[0007] 1、W上所述的超聲工具頭發射間斷式超聲波，因此烙池內的超聲波也是非連續存 在的，目的是解決連續超聲導致烙池烙體飛瓣運一問題。
[0008] 2、本發明還能夠用于烙化極氣體保護焊。
[0009] 本發明具有如下有益的效果：與其他超聲電弧復合焊接方法相比，本方法中超聲 不再通過電弧空間傳入烙池，而是直接從固體母材傳入烙池，由于超聲波振動在固體中衰 減比氣體中衰減要小，因此本發明會大大提高超聲能量的利用率。另外在烙池后方，超聲工 具頭在工件表面滾動，超聲輸入位置同烙池之間具體始終保持一定，運將保證烙池內的超 聲能量不會因距聲源太遠而逐漸衰減。超聲在烙池內存在，聲空化及聲流動使焊接接頭晶 粒尺寸變小，由柱狀晶變為等軸晶，接頭力學性能提高。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明的超聲輔助TIG焊接方法示意圖；
[0011] 圖2為本發明的焊縫縱截面金相圖；
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖舉例對本發明做進一步的說明： 陽〇1引實施例1
[0014] 一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，具體步驟如下：
[0015] 步驟一、將要焊接的板厚為2mm厚的侶裡合金板材3表面進行處理，將表面氧化膜 去除，將板材3置于焊接工作平臺1之上，固定，準備焊接；
[0016] 步驟二、焊接開始前，將超聲波工具頭2與板材3表面接觸，打開超聲波電源4,超 聲波換能器5將電信號轉變為超聲振動，從而使超聲工具頭2產生超聲波振動，超聲波頻率 為35kHz，超聲振幅為8um，超聲工具頭2與板材3接觸，將超聲波振動傳入板材3內； 陽017] 步驟S、焊接工藝參數為：EN半波幅值為78A，EP半波幅值為47A，焊接速度 162mm/min，送絲速度 1040mm/min，保護氣流量 15L/min;
[0018] 步驟四、為了防止烙池內部超聲能量過高導致烙池烙體飛瓣，超聲工具頭2必須 間斷性發射超聲，發射頻率可W隨意調節，本例中發射頻率為2.甜Z。在一個發射周期內，超 聲開啟0. 2s，超聲關閉0. 2s;
[0019] 步驟五、焊接開始時，在電弧作用下，電弧下方形成烙池6,板材3中的超聲波振動 通過烙池的固液界面傳入烙池6內，影響烙池5的流動及凝固，最終改善焊接接頭組織與力 學性能；
[0020] 步驟六、在焊接的過程中，超聲工具頭2始終在烙池6后方，超聲波工具頭2在板 材3表面滾動前進，與烙池距離始終保持一定，距離可W調節，本例中距離選擇為140mm;
[0021] 步驟屯、焊接結束后，關閉焊接電源，關閉超聲電源。
[0022] 2195侶裡合金不同焊接方法時的拉伸性能對比。
[0023]
[0024] 實施例2 陽0巧]本方法也可W拓展到烙化極氣體保護焊，具體實施方法同實施例1，超聲施加方式 相同，只是焊接所用的電極不用，一個為非烙化極，另一為烙化極。
【主權項】
1. 一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭， 其特征在于：放置超聲工具頭在熔池后方距熔池一定距離處，并在被焊工件表面滾動，焊接 過程中，超聲工具頭和熔池之間距離始終保持不變；超聲工具頭發射超聲波，超聲波振動傳 入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接熔池內，影響熔池的凝固，細化接頭晶粒。2. 根據權利要求1所述的一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，其特征 在于，超聲工具頭發射間斷式超聲波。3. 根據權利要求1所述的一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，其特征 在于，或用于熔化極氣體保護焊。
【專利摘要】一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭，放置超聲工具頭在熔池后方距熔池一定距離處，并在被焊工件表面滾動，焊接過程中，超聲工具頭和熔池之間距離始終保持不變；超聲工具頭發射超聲波，超聲波振動傳入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接熔池內，影響熔池的凝固，細化接頭晶粒。本發明大大提高超聲能量的利用率，超聲在熔池內存在，聲空化及聲流動使焊接接頭晶粒尺寸變小，由柱狀晶變為等軸晶，接頭力學性能提高。
【IPC分類】B23K28/02, B23K103/10, B23K101/18
【公開號】CN105195909
【申請號】CN201510715844
【發明人】林三寶, 陳琪昊, 楊春利, 范成磊
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月22日