一種超聲波熔化極氬弧焊工藝及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對金屬工件進行熔化極氬弧焊焊接的工藝及裝置，屬于氬弧焊技術領域。
【背景技術】
[0002]氬弧焊技術是在普通電弧焊的原理的基礎上，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)形成熔池，使被焊金屬和焊材達到冶金結合的一種焊接技術，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。氬弧焊的工作過程通常是:焊絲通過絲輪送進，電極導電，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。氬弧焊按照電極的不同分為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。熔化極氬弧焊是電弧在熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍流過一種不和金屬起化學反應的惰性氣體(常用氬氣)，形成一個保護氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭，其力學性能非常好。
[0003]雖然氬弧焊具有焊接質量好、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、或者是結合力不夠及內應力損傷等缺點。在焊接時，熔池金屬結合不緊密，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用的技術，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換為超聲頻的高頻交流信號，再經(jīng)過換能器將電能轉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性能。
[0005]但是氬弧焊與攪拌摩擦焊的原理不同，焊接設備的結構也不同，攪拌摩擦焊上超聲振動的結構不能直接用于氬弧焊。
[0006]CN101185986公開了《一種超聲波與熔化極電弧復合的焊接方法》，超聲發(fā)生器連接超聲換能器，將超聲波能轉化為機械振動；超聲變幅桿將超聲振輻放大；導電嘴與變幅桿結合；將保護氣噴嘴固定在變幅桿的振動節(jié)點位置處；焊絲通過與導電嘴之間連接，啟動焊接電源待電弧穩(wěn)定后，再啟動超聲源，換能器將電能轉換為振動，通過變幅桿將超聲振動幅度放大，并傳遞給熔化極。該方法通過超聲的空化效應、震動效應使得熔化極氣體焊接的熔滴在很小的情況下，能夠順利地向熔池過渡；并且焊接時，在超聲作用下電弧收縮，增加了電弧的挺度。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)明內容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有氬弧焊技術存在的不足，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、減少焊接應力和焊接變形、加速熔池氣體析出的超聲波熔化極氬弧焊工藝，同時提供一種實現(xiàn)該工藝的超聲波熔化極氬弧焊裝置。
[0008]本發(fā)明的超聲波熔化極氬弧焊工藝，是在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，減少焊接應力和焊接變形，提聞焊接接頭疲勞強度和疲勞壽命，從而大幅度提聞焊接質量。
[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，也可以實時地對熔化電極進行超聲波振動。在超聲波作用下電弧收縮，增加了電弧的挺度，使得焊接過程中的熔滴能夠順利地向熔池過渡。
[0010]實現(xiàn)上述超聲波熔化極氬弧焊工藝的裝置，采用以下技術方案:
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，變幅桿的另一端設置有電極腔，電極腔中設置有導電嘴，導電嘴與電極腔之間設置有絕緣層，變幅桿的側面設置有電極進口、進氣口和導線口，進氣口與電極腔連通，導電嘴上連接有導線，導線由導線口引出，變幅桿的下端面開設有排氣槽。
[0011]上述裝置焊接時，將換能器與超聲波發(fā)生器連接，熔化電極由電極進口進入變幅桿的電極腔，并由導電嘴內伸出。將變幅桿抵在焊縫兩邊的母材處，由進氣口通入氬氣。接通焊機電源線，熔化電極在焊縫處形成焊接電弧。變幅桿在換能器的帶動下振動，同時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，從而使熔融金屬結合更加緊密，晶粒更加細化，并且減小焊接應力和焊接變形，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。同時也可以使熔化電極超聲波振動，在超聲波作用下電弧收縮，增加了電弧的挺度，使得焊接過程中的熔滴能夠順利地向熔池過渡。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，得到高質量的焊縫。
[0012]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】
[0013]圖1是本發(fā)明超聲波熔化極氬弧焊裝置的結構示意圖。
[0014]圖中:1、換能器，2、變幅桿，3、熔化電極，4、電極腔，5、絕緣層，6、進氣口，7、導線，8、排氣槽，9、焊接電弧，10、金屬熔池，11、導電嘴。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的超聲波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的另一端設置有電極腔4，電極腔4中設置有導電嘴11，導電嘴11與電極腔4之間設置有絕緣層5。變幅桿2的側面設置有進氣口 6和導線口，進氣口 6與電極腔4連通，導電嘴11上連接的導線7由導線口引出，導線7與導線口之間填充絕緣層5。變幅桿2的側面還設置有電極進口，熔化電極3由電極進口進入變幅桿2的電極腔4，并穿入導電嘴11，由導電嘴11內伸出，與被焊工件間產(chǎn)生焊接電弧9。變幅桿2的下端面開設有排氣槽8。
[0016]上述超聲波熔化極氬弧焊裝置的操作過程為，將導線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抵在焊縫兩邊的母材處(變幅桿2端面與被焊工件表面接觸)，將熔化電極3通過外部的導輪送進，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，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，減少焊接應力和焊接變形，從而提高焊接接頭的疲勞強度和疲勞壽命。熔化電極3可以隨變幅桿2 —起振動，在超聲波作用下電弧收縮，增加了電弧的挺度，使得焊接過程中的熔滴能夠順利地向熔池過渡。熔化電極3也可以不隨變幅桿2—起振動。變幅桿2與熔化電極3—起沿接縫移動，完成整個接縫的焊接。焊接完成時，關閉焊機，斷開惰性氣體。
【主權項】
1.一種超聲波熔化極氬弧焊工藝，其特征是:在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量。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲波熔化極氬弧焊工藝，其特征是:在熔化極氬弧焊過程中實時地對熔化電極進行超聲波振動。
3.一種超聲波熔化極氬弧焊裝置，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，變幅桿的另一端設置有電極腔，電極腔中設置有導電嘴，導電嘴與電極腔之間設置有絕緣層，變幅桿的側面設置有電極進口、進氣口和導線口，進氣口與電極腔連通，導電嘴上連接有導線，導線由導線口引出，變幅桿的下端面開設有排氣槽。
【專利摘要】一種超聲波熔化極氬弧焊工藝及裝置，該工藝是在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，變幅桿的另一端設置有電極腔，電極腔中設置有導電嘴，變幅桿的側面設置有電極進口、進氣口和導線口，進氣口與電極腔連通，導電嘴上連接有導線。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，保證了焊接質量。
【IPC分類】B23K28-02
【公開號】CN104607810
【申請?zhí)枴緾N201410769908
【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