[發(fā)明專利]一種超聲波聚焦聲場(chǎng)與非熔化極電弧焊接復(fù)合的焊接裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210043756.5
• 申請(qǐng)日: 2012-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN102581498A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫清潔;馮吉才;初冠南;趙洪運(yùn);李悅琴;王斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 于濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體說就是一種超聲波聚焦聲場(chǎng)與非熔化極電弧焊接復(fù)合的焊接裝置。

背景技術(shù)

眾所周知，焊接技術(shù)在航空航天、橋梁造船、壓力容器、金屬結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域應(yīng)用的極為普遍，并且隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)焊接質(zhì)量和焊接效率的要求越來越高。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，焊接方法也在不斷改進(jìn)，為了提高焊接質(zhì)量和焊接效率，現(xiàn)已設(shè)計(jì)出了多種復(fù)合焊接方法，超聲波復(fù)合焊接就是其中的一種。

通過超聲裝置向焊接空間中輻射超聲波，并將超聲波產(chǎn)生的聲輻射力作用在電弧上，使電弧形態(tài)產(chǎn)生了明顯的收縮現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了電弧能量的集中，從而使所得到的焊縫熔深增加，實(shí)現(xiàn)普通焊接環(huán)境下的高質(zhì)量焊接。但是當(dāng)超聲變幅桿發(fā)射端形狀為平面時(shí)，焊接過程中輻射出的超聲強(qiáng)度稍弱，并且隨著與超生源距離的增大，聲場(chǎng)能量密度迅速減小，在焊接過程中有電弧擺動(dòng)現(xiàn)象。

近年來開展了多種復(fù)合電弧焊接方法的研究，其中包括了超聲波與電弧焊接復(fù)合的研究和超聲波聲場(chǎng)聚焦的研究。

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復(fù)合的焊接方法。通過超聲振動(dòng)裝置是焊接電極上產(chǎn)生超聲振動(dòng)，電弧形態(tài)產(chǎn)生了明顯的收縮現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了電弧能量的集中，但是平面狀的變幅桿下端發(fā)射出的超聲波垂直入射到工件上，經(jīng)工件反射后又回到鎢極下方的空間中，從而與后續(xù)發(fā)射出的超聲波形成駐波，焊接效果不佳。

201010291292.0的專利中，公開了一種超聲波聚焦聲場(chǎng)與熔化極電弧焊接復(fù)合的焊接裝置，將變幅桿下端做成凹面使超聲波形成聚焦聲場(chǎng)，但是凹面形成的超聲波聚焦聲場(chǎng)的能量場(chǎng)力的方向在垂直分量上占大部分，水平分量上卻很小，從而不能很好地作用于電弧，上述特點(diǎn)限制了超聲波與電弧焊接復(fù)合方法的進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

?本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高超聲波能量密度，改善電弧形態(tài)和提高電弧能量密度、實(shí)現(xiàn)高效率高質(zhì)量焊接的超聲波聚焦聲場(chǎng)與非熔化極電弧焊接復(fù)合的焊接裝置。

本發(fā)明可以通過如下措施達(dá)到：

一種超聲波聚焦聲場(chǎng)與非熔化極電弧焊接復(fù)合的焊接裝置，包括焊接噴嘴，其特征在于焊接噴嘴內(nèi)設(shè)有超聲波換能器，超聲波變幅桿一端與超聲波換能器相連接，另一端設(shè)有超聲波發(fā)散面，超聲波發(fā)散面對(duì)應(yīng)的焊接噴嘴內(nèi)壁上設(shè)有與超聲波發(fā)散面相似的超聲波反射面，超聲波換能器、超聲波變幅桿和超聲波發(fā)散面的軸線與焊接噴嘴的軸線相重合，超聲波換能器、超聲波變幅桿、超聲波發(fā)散面及焊接噴嘴的上、下端設(shè)有容納焊絲的軸線通孔，超聲電源通過電纜與超聲波換能器之間連接。

本發(fā)明所述的超聲波發(fā)散面位于變幅桿下端部，超聲波發(fā)散面與焊接噴嘴出口相對(duì)應(yīng)的面呈弧形，且半徑R應(yīng)用范圍為10-50mm，使超聲波形成聚焦聲場(chǎng)，在變幅桿下方空間沿鎢極方向形成多個(gè)類球狀聚焦聲場(chǎng)，而聚焦后的超聲波經(jīng)過工件的反射散向空氣中，形成行波，不會(huì)對(duì)超聲波聚焦聲場(chǎng)造成影響，有利于穩(wěn)定焊接。

本發(fā)明所述的超聲波發(fā)生器的功率為1-2000W，產(chǎn)生的超聲頻電信號(hào)頻率為15-100KHz。

本發(fā)明所述的超聲波電信號(hào)通過超聲波換能器轉(zhuǎn)化為超聲頻機(jī)械振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為15-100KHz，振動(dòng)幅度為1-200μm。

本發(fā)明所述的超聲波變幅桿與超聲波換能器連接，將超聲振動(dòng)振幅放大到10-1500μm。

本發(fā)明所述的超聲波變幅桿下端的超聲波發(fā)散面半徑r₁應(yīng)用范圍為10-20mm，噴嘴壁半徑r₂應(yīng)用范圍為20-40mm。

本發(fā)明所述的超聲波發(fā)散面為圓弧面（如圖2）其圓心位于通孔中軸線上，且半徑R應(yīng)用范圍為10-50mm，以圓心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，圓弧所在曲線方程為x²+y²=R²。

本發(fā)明所述的超聲波反射面曲線為橢圓，以超聲波發(fā)射點(diǎn)和超聲波聚焦點(diǎn)為橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，則超聲波反射面曲線所在曲線方程為x²/r₂²+r₂²y²/r₁²R²=1。