[發(fā)明專利]一種超聲輔助鈷基合金-鎳基合金鎢極氬弧焊裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810593406.3
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108406057A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛海濤;王福海;陸志明;唐強;顏超;高藝明
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué);北京航天動力研究所
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/235
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發(fā)明為一種超聲輔助鈷基合金?鎳基合金鎢極氬弧焊裝置及方法。該裝置包括超聲振動裝置、鎢極氬弧焊焊槍、工作臺和行走小車；其中，所述的工作臺的兩端，分別固定有一條導(dǎo)軌，兩條導(dǎo)軌平行；“門”字形的行走小車的兩根豎粱分別設(shè)置在兩條導(dǎo)軌上；所述的行走小車的左側(cè)豎粱上，固定有超聲振動裝置；超聲振動裝置水平放置，其滾壓頭位于待焊點的上方；行走小車的橫梁上，固定有鎢極氬弧焊焊槍。本發(fā)明解決了鈷基合金、鎳基合金連接中的組織粗大、內(nèi)部缺陷、融合不充分以及流動性不足的等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈷基合金、鎳基合金鎢極氬弧焊裝置及組合方法，具體涉及一種超生輔助鈷基合金、鎳基合金鎢極氬弧焊裝置及組合方法，屬于連接工程，焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在航空、航天及能源應(yīng)用領(lǐng)域，出于降低生產(chǎn)成本以及充分利用不同材料的特殊使用性能等方面考慮，鈷基合金在高溫環(huán)境下具有較高的強度、良好的抗熱疲勞、抗熱腐蝕和耐磨蝕性能，且具有良好的焊接性，所以鈷基合金常被用于制作航空噴氣發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)葉以及柴油機噴嘴等。但是鈷基合金造價昂貴，且密度較大，只適用于關(guān)鍵部位，與其連接的為非鈷基合金，本發(fā)明是為了實現(xiàn)鈷基合金與鎳基合金的焊接。在異種材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，實現(xiàn)兩者的連接是關(guān)鍵，榫卯等機械結(jié)合無法滿足密封性及特殊的使用性能要求。而在生產(chǎn)實踐中多采用焊接方法實現(xiàn)鈷基合金與鎳基合金的結(jié)合。但是鈷基合金與鎳基合金的化學(xué)成分、物理性能差別較大，導(dǎo)致其焊接性較差，常規(guī)的焊接方法難以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效連接，從而影響其使用壽命，因此需要開發(fā)新的連接方法，對其進行優(yōu)化改善，這對于其他異質(zhì)材料焊接問題也存在重要的參考價值。

鎢極氬弧焊設(shè)備包括弧焊電源、控制箱、供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)及焊槍等，其原理是在惰性氣體的保護下，利用鎢極與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱融化母材和填充焊絲，形成焊縫的焊接方法。焊接過程中根據(jù)工件的具體要求可以加或者不加填充焊絲。焊接過程中氬氣具有極好的保護作用，能夠有效的隔絕周圍空氣，且本身也不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬。從而保證獲得較高質(zhì)量的焊縫。另一方面鎢極電弧非常穩(wěn)定，在小電流情況下仍可穩(wěn)定燃燒，因此鎢極氬弧焊適合薄板焊接。但手工氬弧焊的電流密度大，發(fā)出的光比較強烈，它的電弧產(chǎn)生的紫外線輻射，約為普通焊條電弧焊的5～30倍，紅外線約為焊條電弧焊的1～1.5倍，在焊接時產(chǎn)生的臭氧含量較高，對人體傷害極大；另一方面手工氬弧焊因為是要人工操作，所以焊接質(zhì)量與工人操作成直接關(guān)系。超聲焊接是一種焊接速度快、焊接強度高、密封性好，清潔無污染且不會傷害工件的一種焊接方法。然而，在鈷基合金、鎳基合金鎢極氬弧焊接接頭中，仍然存在組織粗大、內(nèi)部缺陷、融合不充分以及流動性不足的等問題。

超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，在實際應(yīng)用中又分為功率超聲波及檢測超聲波。它方向性好，穿透能力強。可用于測距、工業(yè)探傷、醫(yī)用B超聲、清洗、焊接、鉆孔、碎石、殺菌消毒等。而在焊接領(lǐng)域方面，利用超聲波的超聲空化作用與超聲聲流效應(yīng)可以有效改善焊縫質(zhì)量。超聲空化過程會產(chǎn)生強烈的沖擊波，打碎初生的粗大晶體和正在長大的枝晶，增加形核質(zhì)點，提高形核率，從而細化晶粒。此外超聲波還可以增強材料流動性，使異質(zhì)材料充分融合，形成優(yōu)質(zhì)接頭。

中國專利CN 102059453 A公開了一種超聲波非接觸式輔助激光焊接的方法。為解決鈦合金、鋁合金焊接過程中產(chǎn)生的氣孔、裂紋等問題設(shè)計了一種非接觸式超聲波輔助激光焊接裝置。但是在此過程中，超聲振動裝置為非接觸的形式施加，從而降低了超聲波的利用率，弱化了超聲有效作用。

中國專利CN 107009039 A公開了一種隨焊超聲振動裝置及方法。其原理為先由鎢極氬弧焊設(shè)備對鎂合金或鋁合金工件進行焊接，并同時采用超聲振動針對焊槍后方熔池進行振動處理，通過超聲波對熔池的流動和凝固的影響作用，可以細化焊接接頭的晶粒，排除氣孔、夾渣，減小或消除殘余應(yīng)力，提高焊接接頭的力學(xué)性能。但是，在焊接過程中，熔池溫度較高，較高的熔池溫度對超聲振動針產(chǎn)生不良影響，從而導(dǎo)致超聲有效作用降低。

本發(fā)明結(jié)合鎢極氬弧焊自動焊與超聲振動裝置的各自優(yōu)點，將焊接過程穩(wěn)定化，并充分利用超聲的有效效果，改善焊接接頭性能，并具有廣泛的實用性。