[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于鋁合金的超聲窄間隙焊接系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011208648.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112404662B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳琪昊;王加友;謝志宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K9/16
• 分類(lèi)號(hào): B23K9/16;B23K9/095;B23K9/28;B23K9/32;B24B27/033
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于鋁合金的超聲窄間隙焊接系統(tǒng)及方法，所述焊接系統(tǒng)由超聲頻激勵(lì)電源、耦合波形控制系統(tǒng)、焊接電源、窄間隙焊炬及聯(lián)合控制開(kāi)關(guān)構(gòu)成，焊接方法是聯(lián)合控制開(kāi)關(guān)按設(shè)定程序?qū)附踊芈芳俺暬芈愤M(jìn)行異步精確控制；耦合波形控制系統(tǒng)利用限流電阻控制耦合電容的充放電實(shí)現(xiàn)一種低熱影響的超聲頻耦合電信號(hào)，從而避免電耦合附加熱輸入對(duì)焊縫晶粒細(xì)化的不利影響；通過(guò)控制超聲激勵(lì)頻率確保每層焊接時(shí)熔池處于共振，改變不同層焊接時(shí)的超聲輸入能量，實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接頭組織的均勻化，去除焊縫氣孔，解決了接頭性能不均勻問(wèn)題。同時(shí)，減小了傳統(tǒng)搖擺電弧窄間隙焊的搖擺角度及側(cè)壁停留時(shí)間，提高了焊接效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低熱影響、高效率的鋁合金超聲窄間隙焊接系統(tǒng)及方法，屬于窄間隙電弧焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

厚壁鋁合金在航空航天、船舶及核電等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，其焊接質(zhì)量直接關(guān)乎到相關(guān)產(chǎn)品的可靠性及使用壽命，因此，厚壁鋁合金的焊接問(wèn)題值得關(guān)注。窄間隙電弧焊接作為一種高效高質(zhì)量低成本的焊接方法在厚壁鋁合金的焊接方法中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其中，相比非熔化極焊接方法，窄間隙熔化極焊接方法焊接效率更高。目前，為了有效控制窄間隙焊?jìng)?cè)壁熔合缺陷的發(fā)生，現(xiàn)有的窄間隙焊接技術(shù)主要是控制電弧的搖擺或旋轉(zhuǎn)。通過(guò)增大電弧與側(cè)壁的接觸時(shí)間，增大側(cè)壁處的熱輸入，抑制側(cè)壁未熔合缺陷的發(fā)生。然而，保證電弧與側(cè)壁的足夠接觸時(shí)間勢(shì)必會(huì)降低焊接速度，影響焊接效率的進(jìn)一步提升。

中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為CN201810891365.6、名稱(chēng)為“一種船用鈦合金厚板的振動(dòng)熱絲窄間隙焊接方法”的發(fā)明專(zhuān)利，首次將低頻振動(dòng)輔助方法引入窄間隙電弧焊接技術(shù)中，通過(guò)焊絲的低頻振動(dòng)對(duì)熔池進(jìn)行攪拌。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可通過(guò)焊絲的低頻振動(dòng)改善熔池的結(jié)晶狀態(tài)，細(xì)化晶粒，缺點(diǎn)是：焊絲振動(dòng)頻率低，超聲頻振動(dòng)對(duì)焊接的有利作用得不到發(fā)揮。

中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為CN200810150371.2、名稱(chēng)為“窄間隙熔化極氣體保護(hù)焊焊槍”的發(fā)明專(zhuān)利，在焊槍保護(hù)氣室內(nèi)安裝壓電晶片和匹配層，壓電晶片上、下兩面通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與高頻振蕩器電連接，產(chǎn)生超聲波束，使得熔池液態(tài)金屬與焊接坡口側(cè)壁金屬充分熔合，從而消除了側(cè)壁未熔合缺陷。然而，所述的窄間隙焊槍存在的問(wèn)題是：(1)壓電晶片置于窄間隙焊接腔體內(nèi)部，較高的腔體溫度容易導(dǎo)致壓電晶片失效，無(wú)法正常產(chǎn)生超聲頻振動(dòng)效應(yīng)。(2)超聲通過(guò)電弧空間傳入熔池，聲能利用率低。(3)超聲頻率不能連續(xù)可調(diào)，限制了工藝適用性。(4)與電弧搖擺或旋轉(zhuǎn)相比，利用超聲效應(yīng)解決側(cè)壁未熔合的技術(shù)可靠性及穩(wěn)定性低。

關(guān)于超聲在非窄間隙焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道，中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為CN201010123736.X、名稱(chēng)為“基于交流電弧激發(fā)超聲的鋁合金及鋁基復(fù)合材料焊接方法”的發(fā)明專(zhuān)利，在常規(guī)鋁合金及鋁基復(fù)合材料的焊接工藝中,根據(jù)高通濾波器原理構(gòu)建一臺(tái)隔離耦合裝置,將電弧超聲激勵(lì)源與弧焊電源通過(guò)該裝置連接,使交變電信號(hào)耦合進(jìn)交流電弧中,激勵(lì)出的超聲波直接作用于熔池,改善鋁合金及鋁基復(fù)合材料的焊接冶金及結(jié)晶過(guò)程。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：不需要復(fù)雜的超聲施加裝置，不受限于坡口及被焊工件的形狀尺寸，隨焊性好；該技術(shù)的缺點(diǎn)是：超聲頻電信號(hào)的耦合可引起附加的熱輸入，會(huì)引起晶粒粗化；同時(shí)，熔池超聲振動(dòng)能量相對(duì)較低。