CN101185986A - 一种超声波与熔化极电弧复合的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种超声波与熔化极气体保护焊复合的焊接方法，通过超声的空化效应、震动效应使得熔化极气体焊接的熔滴在很小的情况下，能够顺利地向熔池过渡。并且焊接时，在超声作用下电弧收缩，增加了电弧的挺度，特别在全位置焊接、仰焊、平焊及横焊等特殊位置焊接时，具有重要的应用价值。本发明包括以下步骤：超声发生器连接超声换能器2，将超声波能转化为机械振动；超声变幅杆3将超声振辐放大；导电嘴5与变幅杆结合；将保护气喷嘴4固定在变幅杆的振动节点位置处；焊丝1通过与导电嘴5之间连接，启动焊接电源9待电弧稳定后，再启动超声源，换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，并传递给熔化极。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，具体地说是一种用超声波与熔化极气体保护焊复合的焊接方法，属熔化极电弧焊接、电弧冶炼技术、电弧加工领域。
技术背景
熔化极电弧焊接包括熔化极气体保护焊，通常称为气体保护熔化极电弧焊，简称“GMA”焊接。普通GMA焊接采用金属焊丝作为电极，既熔化极。多数情况下焊丝是以一定的方式送进，在焊丝与木材之间形成电弧进行焊接。有时由于保护气成分的不同又可分为惰性气体保护焊、CO2气体保护焊、混合气体保护焊。
GMA焊接广泛用于铝合金、结构钢、低合金钢等的焊接生产，焊接时，在细径焊丝中通入大电流。当采用粗丝大电流时，该方法能有效提高焊接生产效率。而采用低成本的保护气时，如CO2，能有效的降低焊接成本。但是GMA焊接时的熔滴过渡不稳定，飞溅量较大，焊接时操作环境有很大的烟尘。焊接的稳定过渡的滴状过渡、喷射过渡、亚射流过渡和短路过渡等工艺区间较窄。
而冷金属过渡焊接技术(CMT)最早是由Fronius公司展示的一种无焊渣飞溅的新型焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，指的是数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的电焊丝输送。该方法能够有效控制焊接时金属的飞溅量，但是由于在焊接过程中要周期断弧，影响了正常GMA的焊接速度，并且控制系统相当复杂。
发明内容：
本发明的目的是提出一种超声波与熔化极气体保护焊复合的焊接方法，该方法通过超声的空化效应、震动效应使得熔化极气体焊接的熔滴在很小的情况下，能够顺利地向熔池过渡。并且焊接时，在超声作用下电弧收缩，增加了电弧的挺度，特别在全位置焊接、仰焊、平焊及横焊等特殊位置焊接时，具有重要的应用价值。由于施加了超声影响了了电弧的形态，改变了熔滴过渡条件、改善焊接时的能量分布情况，进而改善接头组织形态、成分的均一化程度、以及接头的强度等力学性能。
本发明焊接方法，包括以下步骤：
1.超声发生源通过超声换能器，将超声频率的电信号转化为机械振动；
2.超声换能器与超声变幅杆相接，将超声换能器的能量集中，并且将振动幅度放大；
3.将焊接中所用的导电嘴与变幅杆紧密结合；
4.将保护气喷嘴固定在变幅杆的振动节点位置处；
5.熔化极焊接的焊丝通过与导电嘴之间连接；
6.焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动超声源，换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，并传递给熔化极；
本发明所述的超声频率的电信号转化为机械振动，其振动幅度为1μm-15μm，振动频率为15kHz～2MHz；
本发明所述的超声换能器与超声变幅杆相接，将超声振辐放大到30μm-150μm；
本发明所述的熔化极焊接的焊丝与导电嘴之间的连接，可以是滑动连接，或是通过滚轮压紧焊丝的方式连接、或是采用焊丝浸在液态传声物质之间方式将导电嘴上的超声振动传递给焊丝；
本发明对超声电源施加在超声换能器上的交变电信号进行可靠的接地处理，熔化极焊接电弧的电源与超声电源有效电隔离；
本发明所述的超声振动部分的输入功率为1w～1000w。
本发明在熔化极气体保护焊接条件下，超声波经过变幅杆的放大，通过导电嘴传导到焊丝上，施加超声后，电弧作用下的熔滴与焊丝之间发生雾化现象，可以促进熔滴向熔池的过渡。此方法具有普通MIG焊焊接的高效化、低成本化的优点，同时具有提高熔滴过渡的能力，该方法可实现在普通焊接环境下的高效化、节能化焊接。
附图说明
图1为本发明方法的实验装置原理图。
图中：9为焊接电源。
具体实施方式
本发明提出的超声波与熔化极气体保护焊复合的焊接方法，首先要对超声换能器2及变幅杆经行重新设计，使之符合熔化极气体保护焊的要求。对设计的超声变幅杆3进行精确计算，找到所需要的各个位置；将焊接时所用的导电嘴5合理地与变幅杆结合，实现超声的有效传递和电弧电源的有效传输；将保护气喷嘴4固定在变幅杆的振动节点位置处，以实现超声能量的最小的损失；焊接时，电弧启动稳定后，启动超声电源8，通过换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，最终传递给熔化极。
上述方法中，通过电弧传递的超声波功率为1w～1000w，频率为1kHz～2MHz。
将超声电源8的电信号通过换能器转换成为机械振动，由于换能器的机械振动振幅较小，采用变幅杆将其放大到30μm-150μm，最后再将振动传给镶嵌在变幅杆端部的导电嘴5上，如图1所示。上述装置可以在频率为1kHz到2MHz的超声振动下工作，在电极上产生相应频率的超声振动。超声的输入功率可以在1W到1000W之间任意调节，然后，按照普通非熔化极气体保护焊的方法进行焊接，在施加超声后，焊接电弧6就会受到超声的压缩作用，熔滴受到超声振动的影响，有助于控制熔滴过渡时的形态及尺寸。该电弧在对工件7进行加工时，会使能量集中，提高焊接时生产效率，降低焊接的热输入量。
采用熔化极电弧焊接可以实现有铝合金、结构钢、低合金钢等的焊接生产，本专利在此焊接方法的基础上，将超声振动能量传递到焊丝1上，使得普通熔化极气体保护焊在施加了超声波后，对焊丝1熔滴的过渡有明显的改善，更加有利于熔滴的过渡。能够实现小电流的情况下，控制熔滴过渡时的尺寸；并且能够实现对熔滴过渡的定量控制。
在普通的熔化极电弧焊接系统的基础上，改变焊接时所用的焊炬，通过焊炬将超声施加在焊丝1上，进而传递给电弧。该方法不仅提高了焊接电弧6的性能，实现对传统焊接系统的改造，具有良好的经济效益和广阔的应用市场。
经过焊丝1传递给电弧的超声波，对电弧的形态发生作用，对电弧产生了较强烈的压缩，电弧热量更加集中，增加了焊缝的熔深。并且熔化极焊接时，超声振动的能量传递给焊丝1端部的熔滴时，将会在液态熔滴内产生超声空化作用，进而产生超声振动，增加了熔滴的能量，减小了熔滴与焊丝1端部的表面张力作用，极大的有利于控制熔滴的过渡。利用此方法不但保持了熔化极电弧焊接的高生产率，而且能精确控制过渡熔滴的大小，降低焊接时的热输入量，减少焊接时的飞溅，优化接头组织形态，提高了接头的性能。
Claims (6)
1.一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，包括以下步骤：
1).超声发生源通过超声换能器(2)，将超声频率的电信号转化为机械振动；
2).超声换能器(2)与超声变幅杆(3)相接，将超声换能器(2)的能量集中，并且将振动幅度放大；
3).将焊接中所用的导电嘴(5)与变幅杆紧密结合；
4).将保护气喷嘴(4)固定在变幅杆的振动节点位置处；
5).熔化极焊接的焊丝(1)通过与导电嘴(5)之间连接；
6).焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动超声源，换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，并传递给熔化极；
2.根据权利要求1所述的一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，所述的超声频率的电信号转化为机械振动，其振动幅度为1μm-15μm，振动频率为15kHz～2MHz；
3.根据权利要求1所述的一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，所述的超声换能器(2)与超声变幅杆(3)相接，将超声振辐放大到30μm-150μm；
4.根据权利要求1所述的一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，所述的熔化极焊接的焊丝(1)与导电嘴(5)之间的连接，可以是滑动连接，或是通过滚轮压紧焊丝(1)的方式连接、或是采用焊丝(1)浸在液态传声物质之间方式将导电嘴(5)上的超声振动传递给焊丝(1)；
5.根据权利要求1所述的一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，对超声电源(8)施加在超声换能器(2)上的交变电信号进行可靠的接地处理，熔化极焊接电弧(6)的电源与超声电源(8)有效电隔离；
6.根据权利要求2所述的一种超声波与熔化极气体保护焊复合的方法，所述的超声振动部分的输入功率为1w～1000w。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20080528 |