[發明專利]超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊的裝置與方法

有效

• 申請號: 201510068031.5
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104668690A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 陳樹海;李猛;黃繼華;趙興科;霍旭晨
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B23K1/06
• 分類號: B23K1/06;B23K3/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及焊接中的釬焊(熔釬焊)領域，具體來說就是借助超聲振動的焊絲，通過焊絲傳遞超聲振動到熔化金屬中，進而改善釬焊(熔釬焊)過程中液態釬料在固態母材表面潤濕鋪展性的方法與裝置。

背景技術

實際的工業生產中，很多金屬的激光(電弧)釬焊(熔釬焊)過程需要借助釬劑或者鍍層金屬來保證液態釬料的潤濕鋪展。但是釬劑影響焊縫成形，并且極其容易引起氣孔和夾雜等缺陷；采用鍍層金屬時，焊接接頭容易產生氣孔等缺陷，且工藝上較為復雜，甚至很難實現。

采用超聲振動實現液態金屬在固態金屬表面無釬劑潤濕已經得到國內外的共識。但是，如何將超聲振動施加到焊接區域是一個難題。中國專利公開號為CN?101239415A，發明創造名為“一種超聲振動與焊絲送進系統復合的焊接方法”，公開了一種熔化焊過程中超聲振動通過焊絲傳遞到熔池中，借助超聲的空化效應細化接頭組織，均勻焊縫成分，提高接頭力學性能。其不足之處是該方法僅限于熔化焊過程，焊絲送進過程中無法保證焊絲與送絲嘴的緊密接觸，從而影響超聲的傳遞。中國專利公開號為CN?101195183A，發明創造名為“超聲波輔助激光釬(熔)焊的方法”，公開了一種激光釬焊鍍層金屬或激光釬(熔)焊異種金屬中借助變幅桿將超聲振動傳遞到即將凝固的焊縫區域，借助超聲振動促進熔融釬料的流動從而改善焊縫成形，其不足之處是裝置比較復雜，而且對于運動熱源的釬焊(熔釬焊)很難保證液態釬料潤濕的一致性。經過長時間的研究，人們發現在激光(電弧)釬焊(熔釬焊)中，焊絲端部與液態金屬緊密接觸時的焊接過程最為穩定。因此本發明提出，將超聲施加于焊絲，利用焊絲與液態金屬緊密接觸這樣一個特性將超聲導入到液態金屬中，從而實現無釬劑激光(電弧)釬焊(熔釬焊)。

發明內容

本發明的目的是為了解決金屬釬焊(熔釬焊)過程中熔化釬料在金屬表面潤濕鋪展性和接頭成形能力差等問題，提供了一種超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊(熔釬焊)的方法與裝置。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現：

超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊(熔釬焊)的方法與裝置，利用焊接熱源(激光或電弧)釬焊或熔釬焊的送絲過程，將超聲振動導入熔化金屬中，利用超聲振動的空化效應去除固態母材表面的氧化膜，使液態釬料在固態母材表面有效潤濕，提高液態釬料的鋪展能力，實現無釬劑釬焊或熔釬焊，同時超聲的空化作用可以細化晶粒，改善焊縫成形，提高焊接質量。該設備結構簡單，應用靈活，易于實現。

超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊(熔釬焊)的裝置由焊接熱源、工件、送絲系統、超聲系統和預緊系統組成；焊接熱源與工件構成焊接系統；送絲系統把焊絲通過送絲嘴內部進入到焊接系統；超聲系統包括：將電信號轉化為機械振動的超聲換能器、放大超聲振動振幅的超聲變幅桿、與變幅桿一體的送絲嘴組成；超聲換能器連接變幅桿，變幅桿與送絲嘴相連；預緊系統包括：旋入變幅桿底部的螺栓、螺紋孔、預緊彈簧、與焊絲接觸的U形滑塊、滑槽組成；U形滑塊放入滑槽中，滑塊內壁與焊絲接觸，預緊彈簧連接U形滑塊，螺栓旋入螺紋孔中與預緊彈簧連接。焊接過程中為保證超聲振動持續有效的傳遞到送進的焊絲中，變幅桿底部設置預緊系統，該系統通過調節螺栓旋進螺紋孔的深度，改變預緊彈簧的壓縮力，從而保證焊絲與變幅桿和U形滑塊的內壁緊密接觸，使超聲振動順利持續的傳遞到焊絲中。

超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊的方法與裝置的工藝參數設置為：焊接速度0.5-5m/min，保護氣體流量為5-20L/min，焊絲直徑Φ0.8-3.2mm，送絲速度1.5-10m/min,超聲波工作頻率為20-100KHz，超聲換能器振幅為1-10μm，超聲變幅桿振幅為20-200μm，送絲嘴與工件夾角15-45°。

超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊(熔釬焊)的方法與裝置，除具有激光或電弧釬焊(熔釬焊)時的焊接優點外，同時液態釬料在固態金屬母材表面潤濕鋪展性好，控制熔滴平穩向焊縫中過渡，細化焊縫晶粒等優點。該方法可實現普通焊接條件下高質量的焊接，可實現鍍層金屬釬焊及鋁和鋼、鈦和鋁等熔點差別較大的異種金屬熔釬焊。

附圖說明

圖1為超聲振動焊絲輔助無釬劑釬焊的裝置示意圖。圖中，1、焊接熱源(激光或電弧)；2、工件；3、螺栓；4、螺紋孔；5、預緊彈簧；6、滑槽；7、U形滑塊；8、送絲系統；9、焊絲；10、送絲嘴；11、超聲換能器；12、變幅桿。

具體實施方式

下面結合示意圖和具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。