[發明專利]環形聚焦聲場與電弧焊復合的焊接裝置

無效

• 申請號: 201310143492.5
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103192186A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 楊春利;袁鶴然;范成磊;林三寶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種焊接設備，尤其涉及一種環形聚焦聲場與電弧焊復合的焊接裝置。

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。

氣體保護電弧焊是焊接中較常用的一種，通常又分為非熔化極氣體保護焊和熔化極氣體保護焊。普通非熔化極惰性氣體保護焊特點是能夠獲得高質量的焊接接頭，但電弧能量不集中，焊接效率低，焊后晶粒長大明顯。熔化極氣體保護焊，又稱氣體保護熔化極電弧焊主要包括熔化極惰性氣體保護焊、熔化極活性氣體保護焊和二氧化碳氣體保護焊。該焊接方法焊接生產效率較高，焊接成本較低。但是在焊接過程中熔滴過渡不易控制，飛濺量較大，焊接過程中很難保證高品質的焊接質量。

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，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。目前主要利用改善焊接熱源或者依靠合金化、機械振動等，通過改善熔滴過渡和焊縫金屬的熔化凝固過程來實現。在該方向的指導下，近年來開展了許多復合電弧焊方法的研究，其中就包括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聲波與非熔化極和熔化及電弧焊復合的焊接方法。但在以上發明中均舍棄了原有電弧焊焊槍的完整結構，而是單獨在聲波變幅桿或聲波換能器上設計接電、氣保和水冷裝置。受變幅桿和換能器基本結構要求的限制，重新設計的接電、氣保和水冷裝置結構復雜且效果有限。201010291292.0專利中公開了聚焦聲波與熔化極電弧焊復合的焊接方法。聲場能量密度提高，焊接效率和質量也得到改善。但在熔化極與非熔化極電弧焊中，針對壓縮電弧、改善熔滴過渡過程、細化焊縫晶粒提高接頭性能等不同目的時，聲場分布，聲波能量聚焦的程度和位置也應有所差別。因此，在簡化焊炬結構，提高焊接穩定性和針對不同目的改善聲波能量的分布方面需要新的焊接方法和裝置才能實現。

發明內容

基于以上不足之處，本發明的目的是提供一種環形聚焦聲場與電弧焊復合的焊接裝置，該裝置能夠提高聲波能量密度、聲場分布，聲波能量聚焦程度和聚焦位置可控、保留原始電弧焊焊槍接電、水冷和氣保裝置、直接將電弧焊焊槍與聲波振動裝置相耦合、可改變電弧形態和能量密度，實現高效高質量焊接。

本發明的目的是這樣實現的：一種環形聚焦聲場與電弧焊復合的焊接裝置，包括電弧焊焊槍和焊接電源，焊接電源通過電纜分別連接電弧焊焊槍和被焊工件，本裝置還包括聲波換能器、聲波變幅桿和聲波發生器，聲波換能器的下端面與聲波變幅桿的上端面之間緊密接觸，聲波換能器和聲波變幅桿開有貫通的軸心通孔，聲波變幅桿的下端面設置有聚焦面，電弧焊焊槍穿過聲波換能器和聲波變幅桿的軸心通孔，并使電弧焊焊槍前端的非熔化極電極或者熔化金屬電極端部處于聚焦面所輻射出聲波的傳播空間內，聲波發生器通過電纜與聲波換能器進行連接。

本發明還具有如下特征：

1、以上所述的軸心通孔做絕緣處理，且直徑大于電弧焊焊槍的外徑，保證其與電弧焊焊槍之間絕緣且非接觸。

2、以上所述的電弧焊焊槍安裝有氣體保護裝置和水冷裝置。

3、以上所述的環形聲波聚焦面位于聲波變幅桿下端面，聲場的分布以及聲波能量聚焦的程度和位置通過改變聚焦面的形狀和尺寸進行調節。

4、以上所述的聲波發生器的功率為1-3000W，產生的聲波電信號的頻率為10-100kHz。

5、以上所述的聲波換能器振動頻率為10-100kHz。

6、以上所述的聲波變幅桿將聲波振動振幅放大到10-150μm。

7、以上所述的軸心通孔直徑為10-50mm。