[發明專利]一種超聲輔助空心鎢極GTA-激光同軸復合焊接系統

在審

• 申請號: 202111662244.2
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114260576A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 謝偉峰;年科宇;周禹陽;李雨;黃特
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/70
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明提供一種超聲輔助空心鎢極GTA?激光同軸復合焊接系統，解決激光與電弧組成的復合熱源焊接臨界值較小的問題，包多組超聲發生裝置、GTA焊接裝置和激光焊接裝置，所述的GTA焊接裝置的焊槍及其夾持的鎢極開有軸向同心的通孔，所述的激光焊接裝置發出的激光經聚焦后穿過所述的通孔，在待焊工件上方形成GTA電弧與激光的同軸復合，多組超聲發生裝置的超聲發射端以GTA焊接裝置的焊槍槍頭為圓心環繞其周圍，同時在所述的超聲發射端與工件之間形成可聚焦的超聲場，且利用超聲壓縮電弧，使得電弧弧柱橫截面的直徑收縮至空心鎢極內孔直徑。本發明可開展中厚板材焊接、可細化焊縫組織、能夠抑制元素偏析等缺陷。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及一種超聲輔助空心鎢極GTA-激光同軸復合焊接系統。

背景技術

目前，在電弧焊設備和激光器的迭代更新和性能提高的基礎上，激光-電弧復合焊接技術的發展越來越迅速，已經成為高效化焊接技術的典型代表之一。激光與鎢極惰性氣體保護焊電弧(Gas Tungsten Arc，GTA)復合的熱源可充分發揮激光與電弧的各自優勢，相互彌補對方的不足，復合能量顯著大于兩種熱源的簡單疊加，可實現1+1﹥2的協同效應。在工藝角度，激光與GTA(激光-GTA)組成的復合熱源可顯示出很好的焊接性和焊接適應性；在能量角度，穿透能力和焊接效率的提升是其顯著特點。然而在激光-GTA復合焊接過程，還存在焊接電流臨界值較小的問題，超過臨界值，激光誘導電弧壓縮作用消失，電弧膨脹，深熔焊接實現困難，并且焊接接頭因元素偏析、晶粒粗大、氣孔等引發的一系列焊接質量問題。

發明內容

基于以上不足之處，本發明的目的是為解決激光與電弧組成的復合熱源焊接臨界值較小的問題，將超聲、電弧、激光三能場復合，提供一種超聲輔助空心鎢極GTA-激光同軸復合焊接系統，抑制焊接接頭因元素偏析、晶粒粗大、氣孔等引發的一系列焊接質量問題。同時本發明可更有效解決連續激光與大電流連續電弧熱源復合時電弧對激光的屏蔽作用。

本發明的目的是通過以下技術方案實現：一種超聲輔助空心鎢極GTA-激光同軸復合焊接系統，包多組超聲發生裝置、GTA焊接裝置和激光焊接裝置，所述的GTA焊接裝置的焊槍及其夾持的鎢極開有軸向同心的通孔，所述的激光焊接裝置發出的激光經聚焦后穿過所述的通孔，在待焊工件上方形成GTA電弧與激光的同軸復合，多組超聲發生裝置的超聲發射端以GTA焊接裝置的焊槍槍頭為圓心環繞其周圍，同時在所述的超聲發射端與工件之間形成可聚焦的超聲場，且利用超聲壓縮電弧，使得電弧弧柱橫截面的直徑收縮至空心鎢極內孔直徑。

進一步的，每組所述的超聲發生裝置的超生發射端可拆卸連接有聚能罩，多組所述的聚能罩間隙配合形成底部敞口的凹球面形聚能罩組，在所述的凹球面形聚能罩組的頂部中心位置開有中心孔，鎢極穿過所述的中心孔位于所述的凹球面形聚能罩組內。

進一步的，每組所述的超聲發生裝置的超生發射端可拆卸連接有聚能罩，多組所述的聚能罩間隙配合形底部敞口的凹球面形聚能罩組，在所述的凹球面形聚能罩組的頂部中心位置開有中心孔，鎢極穿過所述的中心孔位于所述的凹球面形聚能罩組內。

進一步的，所述的GTA焊接裝置產生的脈沖電弧峰值電流對應超聲發生裝置產生的超聲脈沖激勵段，進而獲得一種超聲波疊加的焊接脈沖電弧，并且所述的超聲波疊加的焊接脈沖電弧的無脈沖段對應激光焊接裝置產生的激光脈沖段，從而實現超聲能量與焊接脈沖電弧同相波形加載，與脈沖激光異相波形加載。

進一步的，激光脈沖占空比10-90％對應超聲波疊加焊接脈沖電弧的占空比90-10％。

進一步的，所述的激光焊接裝置產生的激光波長10.6μm，最大輸出功率2000W，脈沖頻率0-1000Hz，脈沖占空比0-100％。

進一步的，所述的GTA焊接裝置產生脈沖電流的脈沖頻率0.5-450Hz，脈沖占空比10-90％。