[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 202010040336.6
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111347148A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙小輝;張文強;柳陽;徐德生
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 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(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置及方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。包括超聲波執(zhí)行機構(gòu)、循環(huán)冷卻機構(gòu)、行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)，滾壓頭位于超聲波執(zhí)行機構(gòu)的下端與待焊工件以直接接觸的方式傳遞超聲波，包括滾壓球和滾壓輪兩種形式；滾壓球適用于平板焊接，與待焊工件以點?面接觸的方式傳遞超聲波；滾壓輪適用于管材焊接，與待焊工件以線?面接觸的方式傳遞超聲波。焊接時滾壓頭固定于焊縫的一側(cè)且相距預(yù)設(shè)距離，或者設(shè)置在焊槍之前沿著焊縫和焊槍做同步運動，將超聲波經(jīng)過待焊工件傳入熔池，在熔池內(nèi)產(chǎn)生超聲空化和聲流動現(xiàn)象增加形核過冷度并破碎柱狀晶，從而增加結(jié)晶數(shù)目、細化晶粒、抑制焊縫柱狀晶區(qū)的產(chǎn)生。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波柔性輔助裝置，尤指一種鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置及方法，主要適用于鐵素體不銹鋼板材和管材的焊接。

背景技術(shù)

鐵素體不銹鋼無相變、脹形系數(shù)小好、耐蝕性優(yōu)良、價格相對較低，在一些工況條件惡劣的環(huán)境下具有巨大的應(yīng)用價值，并且在一些原先只能采用奧氏體不銹鋼的應(yīng)用領(lǐng)域，鐵素體不銹鋼已經(jīng)成為了一種特別優(yōu)異的替代材料。但鐵素體不銹鋼在1150℃焊接溫度下，焊縫熔池凝固過程中晶粒急劇長大、脆性大。這使得鐵素體不銹鋼在焊接后容易出現(xiàn)缺陷，或者在后續(xù)的脹形、彎曲等塑性加工中極易出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，這極大地限制了鐵素鐵不銹鋼在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置及方法，解決工件在焊接過程中焊縫中心易形成尺寸較大的柱狀晶組織，使焊縫中心金屬的力學(xué)性能下降成為焊縫弱化點，不利于后續(xù)工件的進一步加工，影響焊接質(zhì)量和焊接效果，以及超聲波滾壓頭在近距離接觸焊縫、長時間與工件發(fā)生滾動接觸所造成的高受熱、高磨損等問題。本發(fā)明在焊接過程中增加超聲波輔助的工藝，通過超聲波執(zhí)行結(jié)構(gòu)提供的一定的壓緊力使?jié)L壓頭與工件以直接接觸的方式來完成超聲波在異質(zhì)界面間的傳遞，并根據(jù)不同的工件設(shè)計了兩種不同形式的用于持續(xù)向工件傳遞超聲波的滾壓頭，主要為：在焊接過程中，超聲波執(zhí)行機構(gòu)下端的滾壓頭與工件直接接觸，通過提供一定的壓緊力在工件表面上滾動或固定來持續(xù)高效地傳遞超聲波進入熔池，在熔池中產(chǎn)生超聲空化和聲流動的現(xiàn)象。并為滾壓頭提供及時的冷卻和滾動軸承，使超聲波源頭離焊縫熔池更進一步，提高超聲波進入熔池的有效率，以及有效解決滾壓頭的受熱和磨損問題。超聲空化增加了熔池凝固過程中的形核過冷度，提高了形核率增加晶核數(shù)目；聲流動產(chǎn)生的沖擊力破碎枝晶，同時增加了晶核數(shù)。這使得熔池在凝固過程中焊縫組織晶粒細化，柱狀晶區(qū)消失，從而極大地提高了鐵素體不銹鋼的焊接性能和焊縫組織的力學(xué)性能。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

鐵素體不銹鋼超聲波輔助焊接裝置，包括：含有滾壓頭的超聲波執(zhí)行機構(gòu)10、循環(huán)冷卻機構(gòu)21、行走機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)13，焊接時超聲波執(zhí)行機構(gòu)10下端的滾壓頭固定于焊縫18的一側(cè)且相距預(yù)設(shè)距離，或者設(shè)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(jīng)過待焊工件17傳入熔池，超聲波在熔池內(nèi)產(chǎn)生超聲空化和聲流動現(xiàn)象增加形核過冷度并破碎柱狀晶，從而增加結(jié)晶數(shù)目、細化晶粒、抑制焊縫柱狀晶區(qū)的產(chǎn)生。

所述的滾壓頭位于超聲波執(zhí)行機構(gòu)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。

所述的超聲波執(zhí)行結(jié)構(gòu)10通過升降機構(gòu)13提供的外力使?jié)L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。

所述的超聲波執(zhí)行結(jié)構(gòu)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(nèi)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。