[發明專利]超聲波聚焦聲場與熔化極電弧焊接復合的焊接裝置

無效

• 申請號: 201010291292.0
• 申請日: 2010-09-26
• 公開（公告）號: CN101947696A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 林三寶;范陽陽;范成磊;楊春利
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K20/10;B23K9/173
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及焊接技術，具體說就是一種超聲波聚焦聲場與熔化極電弧焊接復合的焊接裝置。

(二)背景技術

焊接在現代的工業生產中，已成為一種重要的金屬加工工藝，廣泛應用于金屬結構、橋梁、造船、航空、航天、海洋工程、核動力工程等工業部門。隨著科學技術的發展，焊接已經發展成為一門獨立的學科。其中，熔化焊接的發展過程在某種意義上講可以說是焊接熱源的發展過程。電弧自從19世紀80年代開發之后，作為焊接熱源不斷得到更新和完善。隨著工業領域新材料和新結構的不斷開發以及質量控制要求的不斷提高，需要不斷地開發新的焊接熱源和新的焊接工藝。從發展的趨勢來看，焊接逐步向高效率、高質量、降低勞動強度、降低能量消耗的角度發展。從這點出發，作為焊接熱源的電弧改進方向為：熱量高度集中可快速實現焊接過程，保證得到致密而強韌的焊縫。在該方向的指導下，近年來開展了多種多樣的復合電弧焊方法研究，其中就包括超聲波與電弧焊接過程的復合。200710144659.4和200710144660.7的專利中，分別公開了超聲波與非熔化極和熔化極電弧焊復合的焊接方法。通過超聲振動裝置使焊接電極上產生超聲振動，電弧形態產生了明顯的收縮現象，實現了電弧能量的集中。所得到的焊縫熔深增加，實現了普通焊接環境下的高質量焊接。但是，由聲波傳遞的特點可知，超聲波在輻射傳遞過程中輻射面半徑會逐漸擴展，導致聲場能量密度隨著與超聲源的距離增大而迅速減小。同時，由于電弧焊電極截面積較小，通過電極所能輻射的超聲功率有限。此外，焊接電極振動容易導致焊接過程中導電接觸不良、送絲速度不穩等不穩定因素，不利于焊接過程穩定持續進行。上述特點限制了超聲與電弧焊復合方法的進一步發展。因此，在進一步增加電弧收縮程度，提高電弧能量密度方面以及提高焊接過程穩定性方面需要新的焊接裝置才能實現。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種提高超聲波能量密度、改變電弧形態和能量密度、實現高效高質量焊接的超聲波聚焦聲場與熔化極電弧焊接復合的焊接裝置。

本發明的目的是這樣實現的：它是由熔化極焊絲、導電桿、超聲波換能器、軸心通孔超聲波變幅桿、焊接噴嘴、聚焦面、焊接電弧、被焊工件、焊接電源和超聲電源組成的，熔化極焊絲穿過導電桿并與之保持滑動接觸狀態，包圍熔化極焊絲的導電桿穿過超聲波換能器和超聲波變幅桿的軸心通孔，使熔化極焊絲的端部處于聚焦面所輻射的超聲波傳播空間內，軸心通孔的直徑大于導電桿的直徑，使導電桿與超聲波換能器和超聲波變幅桿之間并不產生接觸，超聲波電源通過電纜與超聲波換能器之間連接，超聲波換能器與超聲波變幅桿之間通過螺栓連接，使超聲波換能器的下端面與超聲波變幅桿的上端面之間緊密接觸，聚焦面位于超聲波變幅桿的下端部，焊接電源通過電纜連接導電桿和被焊工件。

本發明超聲波聚焦聲場與熔化極電弧焊接復合的焊接裝置，通過超聲波換能器和變幅桿產生和放大超聲波振動，利用變幅桿端面加工的特殊形狀的聚焦面實現超聲波輻射匯聚。經過匯聚的超聲波能量進一步提高，通過聚焦面輻射超聲波與焊接電弧進行直接復合，以實現提高焊接效率及焊接質量的目的。本發明不但能夠對焊接電弧產生作用，使電弧壓縮而提高電弧能量密度，增加焊縫熔深，改善焊縫成形。而且通過改變超聲波聚焦聲場的能量分布可以對電極端部熔化的金屬產生力的作用，改變電極端部熔化金屬的過渡形式，控制過渡過程。當應用于熔化極焊接短路過渡規范焊接參數范圍內時，能夠大幅提高短路過渡頻率，焊縫成形更均勻美觀，焊接飛濺和煙塵減少，在薄板焊接和全位置焊接實際應用方面更充分發揮短路過渡形式的特點。當應用于熔化極焊接自由過渡焊接規范參數范圍內時，能夠大幅度提高熔滴脫離焊絲向焊接熔池過渡的頻率，使焊接過程穩定均勻，焊縫熔深增加，而且焊縫表面成形均勻一致，更能夠發揮自由過渡形式高熔敷效率和高效高速焊接的特點。與傳統的熔化極電弧焊過程相比，本發明能夠改變電弧形態和產熱特點，以及熔化金屬的過渡形式，實現高效率和高質量的焊接，擴大了電弧焊的應用范圍。

(四)附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。