[發明專利]一種施加超聲波與電弧復合的立焊方法

有效

• 申請號: 201310097686.6
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103143848A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 孫清潔;劉一搏;郭寧;馮吉才;黃海艇;王斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及焊接技術，具體的說是一種工藝簡單、焊接質量高的超聲波與電弧復合的立焊方法。

背景技術

眾所周知，立焊是一種常用的焊接方法，廣泛的應用于橋梁、造船、鍋爐及核電等行業當中。目前常見的立焊方法是氣電立焊方法，該方法將電渣焊同熔化極氣體保護焊復合起來，利用接頭兩側的固定式或移動式水冷滑塊保持熔池形狀，并強制焊縫成形。這種方法主要用于厚板焊接中，具有焊接效率高，生產成本低等特點。但氣電立焊焊接熱輸入很大，焊后接頭的低溫沖擊韌性很低，通常需要特殊的鋼材，且焊接過程中易于產生氣孔和夾渣等焊接缺陷。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種工藝簡單、減少焊接缺陷、焊接熱量輸入小、節約能量、焊接質量高的施加超聲波與電弧復合的立焊方法。

本發明可以通過如下措施達到：

一種施加超聲波與電弧復合的立焊方法，包括超聲波換能器，超聲波變幅桿和電弧焊用的焊接電源與焊炬，其特征在于超聲波變幅桿一端與超聲波換能器相連，另一端設有超聲波發射面，超聲波發射面位于變幅桿的端部，形狀為內凹形，內凹形的超聲波發射面朝向焊炬前端和立焊熔池處，超聲波發射面與立焊熔池的距離為8-20mm，焊炬與立焊件的夾角為30-70°，超聲發變幅桿與焊炬之間的夾角為70-140°，通過超聲波換能器將超聲波電信號轉化為超聲頻率的機械振動，其振動頻率為15-100KHz，振動幅度為1-200μm，立焊時，超聲波發射面會產生多個類球狀聚焦聲場，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效應，焊接熔滴及熔池會受到向上的力的作用，從而抵消了立焊時重力的影響。

本發明所述的超聲波發生器的功率為1-2000W，產生的超聲頻率電信號頻率為15-100KHz。

本發明所述的超聲波變幅桿將超聲振動幅度放大到10-1500μm。

本發明所述的超聲波變幅桿下端的內凹形超聲波發射面的半徑R為10-50mm。

?本發明將超聲頻率的電信號轉化為機械振動，并通過超聲波換能器和超聲波變幅桿產生和放大超聲波振動，立焊時，將超聲波發射面置于焊接電弧下端，使發射端凹面朝向焊接電弧和熔池，施加超聲波后，由于空化作用，超聲波會對熔池及熔滴產生向上的力的作用，從而抑制了在立焊時熔池及熔滴在重力作用下的下墜，同時，憑借超聲對熔池的控制，焊接時還可以因實際需要而適當擴大工藝參數范圍，改善焊縫的成形性能。另外，超聲波還會對熔池產生機械攪拌的作用，有助于熔池內氣體的逸出，減少氣孔傾向，還可以細化焊縫組織，提高焊接接頭的力學性能，具有工藝簡單、操作方便、減少焊接缺陷、焊接熱量輸入小、節約能量、焊接質量高等優點。

附圖說明

圖1是本發明的一種結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步描述。

一種施加超聲波與電弧復合的立焊方法，包括超聲波換能器，超聲波變幅桿和電弧焊用的焊接電源與焊炬，上述各組成部分的結構及它們之間的相互連接關系與現有技術相同，此不贅述，本發明的特征在于超聲波變幅桿一端與超聲波換能器相連，另一端設有超聲波發射面，超聲波發射面位于變幅桿的端部，形狀為內凹形，內凹形的超聲波發射面朝向焊炬前端和立焊熔池處，超聲波發射面與立焊熔池處的距離為8-20mm，焊炬與立焊件的夾角為30-70°，超聲波變幅桿與焊炬之間的夾角為70-140°，通過超聲波換能器將超聲波電信號轉化為超聲頻率的機械振動，其振動頻率為15-100KHz，振動幅度為1-200μm，立焊時，超聲波發射面會產生多個類球狀聚焦聲場，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效應，焊接熔滴及熔池會受到向上的力的作用，從而抵消了立焊時重力的影響，所述的超聲波發生器的功率為1-2000W，產生的超聲頻率電信號頻率為15-100KHz；所述的超聲波變幅桿將超聲振動幅度放大到10-1500μm；所述的超聲波變幅桿下端的內凹形超聲波發射面的半徑R為10-50mm。

?如圖1所示，一種超聲波聲場的產生裝置，包括超聲波換能器4、超聲波變幅桿3和超聲電源5，超聲波變幅桿3一端與超聲波換能器相連接，另一端設有超聲波發射面2，超聲波變幅桿3與超聲波換能器4采用螺紋或螺栓連接，使超聲波換能器下端與超聲波變幅桿上端面緊密接觸，超聲電源通過電纜與超聲波換能器之間進行連接。焊炬1與立焊試板的夾角α為30-70°，超聲波產生裝置同焊炬1之間的夾角β為70-140°。