[實用新型]一種超聲輔助穿孔的等離子弧焊接裝置

有效

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• 申請日: 2015-11-18
• 公開（公告）號: CN205085533U
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武傳松;趙晨昱;陳姬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B23K103/04;B23K101/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種超聲輔助穿孔的等離子弧焊接裝置，屬于高效等離子弧焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

等離子弧焊接(PlasmaArcWelding，簡稱PAW)是一種高能量密度的先進焊接工藝技術(shù)。對于中厚鋼板，在不開坡口的情況下，穿孔型等離子弧焊接可以一次焊透、單面焊雙面成形。常規(guī)的等離子弧焊接過程中，小孔對工藝條件變化敏感；工藝參數(shù)的微小波動就可能造成小孔閉合或熔池塌陷，獲得良好接頭質(zhì)量的合理規(guī)范參數(shù)范圍窄、可調(diào)裕度小。

功率超聲具有頻率高、穿透能力強以及可以改變物性等特點。目前已經(jīng)有超聲振動在電弧焊上的應(yīng)用技術(shù)，如中國專利CN101219499A公開的《一種超聲波與非熔化極電弧復(fù)合的焊接方法》，將超聲波作用于TIG電弧上，TIG電弧發(fā)生了明顯收縮，說明超聲振動能有效提高電弧的能量密度。但是，此實用新型中非熔化電極鑲嵌于變幅桿中，不便拆卸、更換，限制了該方法的應(yīng)用；TIG電弧工作于熱導(dǎo)焊(熔入型)模式，熔池內(nèi)不能產(chǎn)生小孔。此外，中國專利CN1583340A公開的《一種基于電弧超聲的鈦合金焊接方法》，利用高頻脈沖焊接電流對電弧實施高頻調(diào)制，利用電弧的變阻性負載特性激勵出電弧超聲。電弧作為超聲發(fā)生源，將超聲振動作用于焊接熔池。但是，這種利用電弧作為超聲發(fā)生源的方法，要求焊接電流達到足以產(chǎn)生超聲振動的頻率，對焊接電源本身的要求很高，適應(yīng)性差；同時，電弧工作于熱導(dǎo)焊(熔入型)模式，熔池內(nèi)不能產(chǎn)生小孔，靠熔池金屬的熱傳導(dǎo)作用熔透母材，實現(xiàn)焊透。因此主要用于薄板(0.5～2.5mm以下)的焊接、多層焊封底焊道以后各層的焊接以及角焊縫的焊接。

實用新型內(nèi)容

本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超聲輔助穿孔的等離子弧焊接裝置與工藝，通過超聲變幅桿與等離子弧焊槍內(nèi)鎢電極的緊密耦合連接，將功率超聲振動由鎢電極直接作用到等離子弧上，超聲參數(shù)與焊接工藝參數(shù)項匹配，改善等離子弧的熱-力作用和熔池的傳熱與流動行為。達到提高等離子弧的穿孔能力、拓寬適用的工藝參數(shù)的目的。

為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種超聲輔助穿孔的等離子弧焊接裝置，包括超聲振動及傳導(dǎo)單元，所述超聲振動及傳導(dǎo)單元包括依次相連的超聲波發(fā)生器、超聲波換能器與變幅桿，所述超聲波換能器通過連接件與變幅桿的一端固定連接。所述變幅桿的另一端設(shè)置空腔，所述空腔內(nèi)設(shè)置鎢電極的夾持段，所述變幅桿與鎢電極的夾持段通過可拆卸機構(gòu)緊密耦合連接，所述變幅桿與鎢電極的夾持段之間設(shè)有絕緣材料。所述鎢電極的非夾持段連接有等離子弧焊接電源，所述鎢電極的非夾持段外部設(shè)置等離子焊槍槍體。

本實用新型焊接裝置的工作流程如下：首先，工頻交流電經(jīng)過超聲波發(fā)生器后轉(zhuǎn)換為超聲頻的交流電。隨后，超聲頻的交流電經(jīng)過超聲波換能器轉(zhuǎn)化為超聲機械振動。經(jīng)過變幅桿的聚焦和放大，形成功率超聲振動，并且傳遞到鎢電極上。進而對等離子弧、焊接熔池和小孔產(chǎn)生作用。

變幅桿與鎢電極的耦合連接設(shè)計的優(yōu)點在于，鎢電極與變幅桿的連接能夠拆卸，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)鎢電極外伸長度或更換不同型號的鎢電極。因此，對不同型號的焊槍及不同的焊接工藝參數(shù)的選擇有著良好的適應(yīng)性。

變幅桿與鎢電極之間設(shè)有一種具有絕緣、絕熱、可傳導(dǎo)功率超聲振動的材料，實現(xiàn)超聲電路與等離子弧焊接電路的有效分離，同時鎢電極的高溫不會傳遞到變幅桿上，確保變幅桿處于正常工作溫度范圍。

所述鎢電極經(jīng)特殊設(shè)計，能與等離子弧焊槍槍體裝配，實現(xiàn)等離子弧焊接。

在等離子弧焊槍的基礎(chǔ)上，對焊槍進行設(shè)計和改造，將其設(shè)置在鎢電極非夾持段的外部。鎢電極的長度、直徑可以根據(jù)焊接工藝需要及焊槍槍體進行匹配選用。在能夠保證等離子弧焊槍正常工作的基礎(chǔ)上，通過鎢電極將功率超聲振動傳導(dǎo)到等離子弧上。

優(yōu)選的，所述鎢電極夾持段通過螺栓固定在所述變幅桿空腔內(nèi)。保證功率超聲振動能通過該連接結(jié)構(gòu)傳遞到鎢電極上。

進一步優(yōu)選的，所述變幅桿空腔的兩邊開縫，所述螺栓為兩個，兩個螺栓分別穿過兩邊開縫，與螺母配合，將位于變幅桿空腔內(nèi)的鎢電極夾持段夾緊。確保變幅桿將鎢電極夾持段夾緊。

優(yōu)選的，鎢電極材質(zhì)為鎢合金，優(yōu)選材質(zhì)為鈰鎢合金或釷鎢合金。

優(yōu)選的，所述超聲波換能器采用壓電陶瓷及前后合金蓋板組成的壓電型超聲換能器。所述變幅桿可以選用鋁合金、鈦合金或合金鋼。

本實用新型還涉及一種超聲輔助穿孔的等離子弧焊接工藝，所述工藝使用所述超聲輔助穿孔的等離子弧焊接裝置進行焊接，通過以下步驟來實現(xiàn)：