[發明專利]鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置及方法

在審

• 申請號: 202010040336.6
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111347148A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 趙小輝;張文強;柳陽;徐德生
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10;B23K20/24;B23K20/26
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：包括：含有滾壓頭的超聲波執行機構（10）、循環冷卻機構（21）、行走機構、旋轉機構、升降機構（13），焊接時超聲波執行機構（10）下端的滾壓頭固定于焊縫（18）的一側且相距預設距離，或者設置在焊槍（9）之前沿著焊縫（18）和焊槍（9）做同步運動，將超聲波經過待焊工件（17）傳入熔池，超聲波在熔池內產生超聲空化和聲流動現象增加形核過冷度并破碎柱狀晶，從而增加結晶數目、細化晶粒、抑制焊縫柱狀晶區的產生。

2.根據權利要求1所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的滾壓頭位于超聲波執行機構（10）的下端與待焊工件（17）以直接接觸的方式傳遞超聲波，包括滾壓球（14）和滾壓輪（20）兩種形式；所述滾壓球（14）為球形，適用于平板焊接，與待焊工件（17）以點-面接觸的方式傳遞超聲波，超聲波在待焊工件（17）中呈輻射狀分布；所述滾壓輪（20）為輪狀，適用于管材焊接，與待焊工件（17）以線-面接觸的方式傳遞超聲波，超聲波在待焊工件（17）中沿著焊接方向分布。

3.根據權利要求2所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的超聲波執行結構（10）通過升降機構（13）提供的外力使滾壓頭和待焊工件（17）緊密接觸；滾壓頭在待焊工件（17）表面上固定或者滾動。

4.根據權利要求2或3所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的超聲波執行結構（10）與待焊工件（17）之間的傾斜程度在垂直于待焊工件（17）表面且平行于焊接方向的豎直平面內順時針或逆時針轉動。

5.根據權利要求1所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的循環冷卻機構（21）設置于超聲波執行機構（10）下端的軸孔內，在緊鄰滾動軸承（22）的超聲波執行機構殼體（23）上開設環形槽，內置一通有冷卻液的金屬軟管，金屬軟管通過環形槽預留的出入口與外置壓力泵裝置連接。

6.根據權利要求1或2或3所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的超聲波執行機構（10）通過旋轉機構與升降機構（13）轉動連接，所述旋轉機構由可轉動板（11）和固定板（12）組成，可轉動板（11）為圓形、其后端面圓心處有一圓柱形凸臺，轉動板上開有一3/4環形槽；固定板（12）為方形，其后端面設置有輔助結構與升降機構（13）中的梯形螺桿轉動連接，其前端面與可轉動板（11）圓心相對應處開有圓柱形孔，并且在與可轉動板（11）環形槽水平位置相對應處有螺紋孔；所述升降機構（13）通過四個導套（15）設置于兩條平行的橫向、縱向的工字型軌道（16）上能在空間上移動，且在導套（15）上設置有緊固螺釘以實現鎖死。

7.根據權利要求1所述的鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，其特征在于：所述的行走機構包括小車行走軌道（3）和其上的焊接小車（2），焊槍（9）通過滑動副A（6）、滑動副B（7）、滑動副C（8）固定于所述焊接小車（2）上，滑動副A、B、C上設置有緊固螺釘進行鎖死；焊接小車（2）下方放置兩條相互平行的橫向的小車行走軌道（3），所述小車街軌道（3）與工作臺（1）接觸固定；焊槍（9）可移動至焊縫（18）上方，到達最佳焊接位置，并隨著焊接小車（2）沿焊縫（18）勻速直線運動。

8.一種鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟（1）：根據待焊工件（17）的形狀選擇滾壓頭，即滾壓球（14）或滾壓輪（20）；當滾壓頭為滾壓輪（20）時，在焊接開始前開啟外置壓力泵，循環冷卻液對焊接過程中的滾壓輪（20）持續冷卻；

步驟（2）：調整超聲波執行機構（10）的壓緊力，使滾壓頭和待焊工件（17）在超聲波輸入時發生諧振，有效地傳遞超聲波；

步驟（3）：通過旋轉機構改變超聲波在待焊工件（17）中的傳播方式以及進入熔池的方式，使得超聲波的波峰發生在焊接熔池的中心，增強超聲波對熔池的作用；

步驟（4）：針對不同板厚和形狀尺寸的待焊工件（17）調整超聲波輸入參數、焊接時滾壓頭相對熔池的位置和運動關系，熔池前或熔池的一側、同步運動或固定不動；使得熔池內超聲空化和聲流動現象達到最優，超聲波對晶粒細化作用顯著。