一種超聲波非熔化極氬弧焊工藝及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對金屬工件進行非熔化極氬弧焊焊接的工藝及裝置，屬于氬弧焊技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氬弧焊技術(shù)是在普通電弧焊的原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣對金屬焊材的保護，通過高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成恪池，使被焊金屬和焊材達到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)，由于在高溫熔融焊接中不斷送上氬氣，使焊材不能和空氣中的氧氣接觸，從而防止了焊材的氧化，因此可以焊接不銹鋼、鐵類等金屬。氬弧焊按照電極的不同分為非熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種，前者是用釷鎢或鈰鎢棒作電極，氬氣做保護氣體的電弧焊，后者是用焊絲做熔化電極，氬氣做保護氣體的電弧焊。非熔化極氬弧焊的工作過程通常是:焊絲通過絲輪送進，電極導(dǎo)電，在母材與焊絲之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用惰性氣體(氬氣)保護電弧和熔融金屬來進行焊接的。
[0003]雖然氬弧焊具有焊接質(zhì)量好、效率高、易掌握、變形小等優(yōu)點，但是氬弧焊因為熱影響區(qū)域大，工件在修補后常常會造成變形、硬度降低、砂眼、局部退火、開裂、針孔、磨損、劃傷、咬邊、或者是結(jié)合力不夠及內(nèi)應(yīng)力損傷等缺點。在焊接時，熔池金屬結(jié)合不緊密，焊縫處的晶粒粗大，工件焊接連接處的疲勞強度和疲勞壽命低，同時也不適用于厚度較大工件的焊接。
[0004]目前出現(xiàn)了超聲振動在攪拌摩擦焊上應(yīng)用的技術(shù)，如CN102744516A公開的《超聲振動輔助攪拌摩擦焊工藝及裝置》，通過超聲波發(fā)生器將工頻交流電轉(zhuǎn)換為超聲頻的高頻交流信號，再經(jīng)過換能器將電能轉(zhuǎn)化為超聲機械振動能，經(jīng)變幅桿進一步放大振幅后，由工具頭從攪拌頭周圍的待焊接區(qū)域先將超聲波導(dǎo)入材料，再有攪拌頭沿焊接方向焊接。CN102581471A公開的《一種軸肩固定及攪拌針旋轉(zhuǎn)的超聲波輔助半固態(tài)攪拌摩擦焊接方法》，是將攪拌工具的攪拌針高速旋轉(zhuǎn)扎入待焊部位，攪拌工具的固定軸肩不動，軸肩不扎入工件，保持軸肩端面與工件上表面緊密貼合，超聲換能器的超聲波能量通過固定軸肩放大并傳遞到待焊部分；當攪拌工具達到設(shè)定的下扎深度時沿著焊縫方向移動。和普通攪拌摩擦焊相比，攪拌摩擦焊中超聲振動的可以獲得良好的焊縫成形，有助于提高焊接效率，輔加超聲后接頭微觀組織中焊核區(qū)和熱力影響區(qū)晶粒都有所細化，對改善焊縫組織有一定的積極影響，有助于提高焊縫的力學(xué)性能。
[0005]但是氬弧焊與攪拌摩擦焊的原理不同，焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)也不同，攪拌摩擦焊上超聲振動的結(jié)構(gòu)不能直接用于氬弧焊。
[0006]CN100577340公開的《一種超聲波與非熔化極電弧復(fù)合的焊接方法》，將超聲電源的高頻電信號通過換能器轉(zhuǎn)換成為機械振動，由變幅桿將其放大，再將振動傳給鑲嵌在變幅桿中的電極上，在電極上產(chǎn)生相應(yīng)頻率的超聲振動，電弧在對工件進行加工時，能量集中，有效地提高焊接時的電弧利用率。該方法通過變幅桿將超聲波振動作用在電極上，超聲波通過導(dǎo)電電極傳導(dǎo)到焊接電弧上，使電弧產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，目的是提高焊接時的電弧利用率。但是該方法中變幅桿并不與工件接觸，不會對焊接過程中熔融的金屬進行振動，對熔融金屬的融合不起作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有氬弧焊技術(shù)存在的不足，提供一種能夠使焊縫處晶粒細化、提高焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命、減少焊接應(yīng)力和焊接變形、加速熔池氣體析出的超聲波非熔化極氬弧焊工藝，同時提供一種實現(xiàn)該工藝的超聲波非熔化極氬弧焊裝置。
[0008]本發(fā)明的超聲波非熔化極氬弧焊工藝，是在非熔化極氬弧焊過程中實時地對熔池和焊縫附近的母材進行超聲波振動，使熔融金屬組織致密均勻，焊縫處金屬晶粒細化，加速熔池氣體析出，減少焊接應(yīng)力和焊接變形，提高焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命，從而大幅度提尚焊接質(zhì)量。
[0009]在實時地對熔池和焊縫附近的母材進行超聲波振動的同時，也可以實時地對電極進行超聲波振動，超聲波通過電極使電弧產(chǎn)生收縮，提高電弧利用率。
[0010]實現(xiàn)上述超聲波非熔化極氬弧焊工藝的裝置，采用以下技術(shù)方案:
[0011]該裝置，包括換能器和變幅桿，換能器固定連接在變幅桿的一端，變幅桿的另一端設(shè)置有電極腔，電極腔中設(shè)置有電極，變幅桿的側(cè)面設(shè)置有進氣口和進線口，進氣口與電極腔連通，電極腔中位于進氣口上方的部分與電極之間設(shè)置有絕緣層，電極上連接有導(dǎo)線，導(dǎo)線由進線口引出，變幅桿的下端面開設(shè)有排氣槽。
[0012]電極在電極腔中固定在變幅桿的非振動節(jié)點位置處，以使電極不會振動；電極在電極腔中固定在變幅桿的振動節(jié)點位置處，以使電極能夠振動。
[0013]所述變幅桿的下端面也可開設(shè)有焊絲槽，在使用焊絲的情況下，能夠?qū)⒑附z伸入到焊弧處。
[0014]上述裝置將氬弧焊設(shè)置于變幅桿上，在焊接的同時對熔池進行超聲振動。焊接時，將換能器與超聲波發(fā)生器連接，將變幅桿抵在焊縫附近的母材處，由進氣口通入氬氣。接通焊機電源線，在焊縫處形成焊接電弧。變幅桿在換能器的帶動下振動，變幅桿將這種振動作用到焊縫處，使熔池里的熔融金屬和熔池附近的母材產(chǎn)生振動，從而使熔融金屬結(jié)合更加緊密，晶粒更加細化，并且減小焊接應(yīng)力和焊接變形，熔池里的氣體更徹底地析出，提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。同時也可以把超聲波通過導(dǎo)電電極傳導(dǎo)到焊接電弧上，使電弧產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，提高電弧利用率。變幅桿與焊絲一起沿接縫以一定速度移動，完成全部接縫的焊接，得到高質(zhì)量的焊縫。
[0015]本發(fā)明在進行氬弧焊接的同時，利用超聲波振動對熔池和焊縫附近的母材進行振動處理，使焊縫處晶粒更加細化，金屬組織更致密，焊縫中的氣體析出更徹底，減少焊接變形，提高了焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命，保證了焊接質(zhì)量，更適合于對異種金屬以及較厚金屬工件的焊接。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明超聲波非熔化極氬弧焊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的氬弧焊過程示意圖。
[0018]圖中:1、換能器，2、變幅桿，3、電極，4、電極腔，5、絕緣層，6、進氣口，7、導(dǎo)線，8、排氣槽，9、焊接電弧，10、金屬熔池，11、焊絲槽，12、焊絲。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的超聲波非熔化極氬弧焊裝置如圖1所示，主要包括換能器I和變幅桿2，換能器I固定連接在變幅桿2的一端，在變幅桿2的另一端設(shè)置有電極腔4，電極腔4中設(shè)置有電極3 (鎢極)。電極3和變幅桿2的端面間保持一定的距離，以確保變幅桿2的端面與被焊工件接觸時電極3與被焊工件間能夠產(chǎn)生焊接電弧9。變幅桿2的側(cè)面設(shè)置有進氣口 6和進線口，進氣口 6與電極腔4連通，電極腔4中位于進氣口 6的上方部分與電極3之間設(shè)置有絕緣層5，導(dǎo)線7的一端由進線口進入并與電極3連接在一起，導(dǎo)線7與導(dǎo)線進口之間填充絕緣層。變幅桿2的下端面開設(shè)有焊絲槽11 (參見圖2)和排氣槽8。電極3在電極腔中固定在變幅桿的非振動節(jié)點位置處，以使電極不會振動；電極在電極腔中固定在變幅桿的振動節(jié)點位置處，以使電極能夠振動。
[0020]圖2給出了上述超聲波非熔化極氬弧焊裝置的操作過程，將導(dǎo)線7與焊機電源連接，同時焊機電源搭接在金屬工件上，將換能器I與超聲波發(fā)生器連接，將變幅桿2抵在焊縫附近的母材處(變幅桿2端面與被焊工件表面接觸)，將焊絲12由焊絲槽11伸進接縫處，由進氣口 6通入氬氣或其它保護氣體。接通電源線，在接縫處形成焊接電弧9 (參見圖1)，變幅桿2帶動電極3振動，接縫處金屬熔化形成金屬熔池10，氬氣或其它保護氣體從排氣槽8中排出。變幅桿2在換能器I的帶動下高頻振動，使金屬熔池10中的熔融金屬組織致密均勻，晶粒更加細化，并且混合均勻，減少焊接應(yīng)力和焊接變形，從而提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。電極3可以隨變幅桿2 —起振動，超聲波通過電極使電弧產(chǎn)生收縮，提高電弧利用率。電極3也可以不隨變幅桿2—起振動。變幅桿2與焊絲12—起沿接縫移動，完成整個接縫的焊接。焊接完成時，關(guān)閉焊機，斷開惰性氣體。
【主權(quán)項】
1.一種超聲波非熔化極氬弧焊工藝，其特征是:在非熔化極氬弧焊過程中實時地對熔池和焊縫附近的母材進行超聲波振動，使熔融金屬組織致密均勻，焊縫處金屬晶粒細化，加速熔池氣體析出，減少焊接應(yīng)力和焊接變形，提高焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命，從而大幅度提高焊接質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波非熔化極氬弧焊工藝，其特征是:在非熔化極氬弧焊過程中實時地對電極進行超聲波振動。
3.一種超聲波非熔化極氬弧焊裝置，包括換能器和變幅桿，其特征是:換能器固定連接在變幅桿的一端，變幅桿的另一端設(shè)置有電極腔，電極腔中設(shè)置有電極，變幅桿的側(cè)面設(shè)置有進氣口和進線口，進氣口與電極腔連通，電極腔中位于進氣口上方的部分與電極之間設(shè)置有絕緣層，電極上連接有導(dǎo)線，導(dǎo)線由進線口引出，變幅桿的下端面開設(shè)有排氣槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波非熔化極氬弧焊裝置，其特征是:所述變幅桿的下端面開設(shè)有焊絲槽。
【專利摘要】一種超聲波非熔化極氬弧焊工藝及裝置，該工藝是在非熔化極氬弧焊過程中實時地對熔池和焊縫附近的母材進行超聲波振動，使熔融金屬組織致密均勻，焊縫處金屬晶粒細化，加速熔池氣體析出，提高焊接質(zhì)量；該裝置包括換能器和變幅桿，換能器固定連接在變幅桿的一端，變幅桿的另一端設(shè)置有電極腔，電極腔中設(shè)置有電極，變幅桿的側(cè)面設(shè)置有進氣口和進線口，進氣口與電極腔連通，電極上連接有導(dǎo)線，導(dǎo)線由進線口引出，變幅桿的下端面開設(shè)有焊絲槽和排氣槽。本發(fā)明使焊縫處晶粒更加細化，金屬組織更致密，焊縫中的氣體析出更徹底，減少焊接變形，提高了焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命，保證了焊接質(zhì)量。
【IPC分類】B23K28-02
【公開號】CN104607811
【申請?zhí)枴緾N201410778002
【發(fā)明人】趙輝
【申請人】趙輝
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月15日