CN103769756B - 超声辅助水下湿法焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开发一种超声辅助水下湿法焊接方法，其特征在于超声换能器密封在防水壳体内，壳体内充满航空煤油，超声变幅杆上端穿过防水壳体经螺纹与超声换能器下端相连接，绝缘套管穿过防水壳体由超声换能器上端插入并穿过超声变幅杆直至变幅杆下端面，绝缘套管内装有导电杆和导电嘴，导电嘴安装在绝缘套管下端部并部分伸在超声变幅杆外，导电杆上端伸出壳体和绝缘套管，导电管下端与导电嘴经螺纹相连接，导电杆和导电嘴沿轴线设有焊接送丝管，超声电源线穿过防水壳体与超声换能器相连接，导电杆上设有升降调节机构，导电杆与水下焊接电源相连接，本发明电弧偏吹和电弧熄灭率减少，焊缝成形均匀，焊接缺陷减少，在水下焊接领域有非常大的应用空间。

Description

超声辅助水下湿法焊接方法
技术领域
本发明属于水下焊接技术领域，具体地说是一种减少电弧偏吹和电弧熄灭率，焊缝成形均匀的超声辅助水下湿法焊接方法。
背景技术
超声波作为一种机械振动，同时也是能量传递的载体，在实际生产、生活中得到了广泛应用。目前超声波在焊接领域的应用也越来越广泛，相继出现了超声波塑料焊接、超声波金属焊接、超声波钎焊、电弧超声焊接技术、超声-TIG复合焊接以及超声-MIG复合焊接等一系列新技术。
水下焊接时,电弧环境压力高,弧压及能量密度发生变化,电弧的稳定性及形态发生显著改变,飞溅和电弧熄灭率有可能会大大增加。湿法焊接时,水对电弧的冷却作用加重了电弧的收缩,同时可能加重电弧的偏吹,加重氧脆、氧气孔倾向等,这些不同于陆上焊接的诸多变化使水下焊接过程变得更加复杂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，将超声与GMAW焊接方式相结合，提供一种能减少电弧偏吹、飞溅和电弧熄灭率的水下超声辅助水下湿法焊接方法。
本发明通过如下措施达到：
一种超声辅助水下湿法焊接方法，包括超声换能器、超声变幅杆、导电杆、导电嘴、超声电源、水下焊接电源，其特征在于超声换能器密封在防水壳体内，壳体内充满航空煤油，超声变幅杆上端穿过防水壳体经螺纹与超声换能器下端相连接，绝缘套管穿过防水壳体由超声换能器上端插入并穿过超声变幅杆直至变幅杆下端面，绝缘套管内装有导电杆和导电嘴，导电嘴安装在绝缘套管下端部并部分伸在超声变幅杆外，导电杆上端伸出壳体和绝缘套管，导电杆下端与导电嘴经螺纹相连接，导电杆和导电嘴沿轴线设有焊接送丝管，超声电源线穿过防水壳体与超声换能器相连接，导电杆上设有升降调节机构，导电杆与水下焊接电源相连接，其焊接步骤为：
步骤一：将待焊工件装夹固定，调节焊接系统升降平台使焊炬到达工件上方50mm~200mm处；
步骤二：通过上下调节焊炬的位置，使得焊炬超声辐射端面与待焊工件表面距离30mm~50mm，上下调整导电杆高度，导电嘴端与工件表面距离10mm~30mm；
步骤三：打开超声电源，调节超声参数，振动频率为10kHz~50KHz，超声变幅杆将超声振幅放大到10μm~300μm，由于声流效应和空化作用，使得焊接区域水密度减少，形成气囊；
步骤四：将水下焊接电源线的一极与工件相连接，另一极与导电杆相连，打开水下焊接电源，调节焊接参数，进行引弧焊接，焊接电压：25~45V，焊接电流：150~290A，3.0~8.0mm/s；
步骤五：焊接结束后，首先关闭水下焊接电源，待0~360s后关闭超声电源；
步骤六：焊接结束，进行焊件检验。
本发明防水壳体内充满航空煤油，绝缘套管、超声电源线、超声变幅杆插入防水壳体时配合使用橡胶密封圈，绝缘套管穿入超声换能器内孔时配合使用橡胶密封套圈，保证防水壳体严格密封。
本发明利用超声的空化作用在电弧周围形成气囊，使电弧在气氛围中进行焊接，利用超声的声流效应，使电弧空间周围的水稳定的束流状流动，减少外界波动对电弧的影响，电弧偏吹和电弧熄灭率减少，焊缝成形均匀，焊接缺陷减少，另外，本发明采用超声和熔化极气体保护相结合，是一种高效焊接方法，其焊丝和电弧的电流密度大，焊丝熔化速度快，对母材的熔敷效率高，母材熔深和焊缝成形较好，辽阔无际的海洋蕴藏着丰富的石油天然气以及金属矿产资源。人类为实现可持续发展。必将加强对海洋的深入开发。2l世纪被称为海洋的世纪，水下焊接将成为研究的热点，本发明在水下焊接领域有非常大的应用空间。
附图说明
图1是本发明实验装置原理图。
图2是本发明的超声变幅杆示意图。
图3是本发明水下焊接过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种超声辅助水下湿法焊接方法，包括超声换能器、超声变幅杆、导电杆、导电嘴、超声电源、水下焊接电源，其特征在于超声换能器密封在防水壳体内，壳体内充满航空煤油，超声变幅杆上端穿过防水壳体经螺纹与超声换能器下端相连接，绝缘套管穿过防水壳体由超声换能器上端插入并穿过超声变幅杆直至变幅杆下端面，绝缘套管内装有导电杆和导电嘴，导电嘴安装在绝缘套管下端部并部分伸在超声变幅杆外，导电杆上端伸出壳体和绝缘套管，导电杆下端与导电嘴经螺纹相连接，导电杆和导电嘴沿轴线设有焊接送丝管，超声电源线穿过防水壳体与超声换能器相连接，导电杆上设有升降调节机构，导电杆与水下焊接电源相连接，其焊接步骤为：
步骤一：将待焊工件装夹固定，调节焊接系统升降平台使焊炬到达工件上方50mm~200mm处；
步骤二：通过上下调节焊炬的位置，使得焊炬超声辐射端面与待焊工件表面距离30mm~50mm，上下调整导电杆高度，导电嘴端与工件表面距离10mm~30mm；
步骤三：打开超声电源，调节超声参数，振动频率为10kHz~50KHz，超声变幅杆将超声振幅放大到10μm~300μm，由于声流效应和空化作用，使得焊接区域水密度减少，形成气囊；
步骤四：将水下焊接电源线的一极与工件相连接，另一极与焊炬相连，打开水下焊接电源，调节焊接参数，进行引弧焊接，焊接电压：25~45V，焊接电流：150~290A，3.0~8.0mm/s；
步骤五：焊接结束后，首先关闭水下焊接电源，待0~360s后关闭超声电源；步骤六：焊接结束，进行焊件检验。
防水壳体内充满航空煤油，绝缘套管、超声电源线、超声变幅杆插入防水壳体时配合使用橡胶密封圈，绝缘套管穿入超声换能器内孔时配合使用橡胶密封套圈，保证防水壳体严格密封。
如附图1所示：本发明主要由超声换能器1、超声变幅杆2、调节螺帽3、导电杆4、导电嘴5、被焊工件6、橡胶隔绝层7、密封外壳8、超声电源9、焊接电源10、焊丝11组成。
超声换能器1如附录图2所示，通过螺纹与超声变幅杆2配合。超声电源9作用于超声换能器1，将超声频率的电信号能转化为机械振动，超声变幅杆2将超声换能器1产生的超声振幅放大，作用于超声变幅杆2下方周围的水介质，利用超声的空化作用在电弧周围形成气囊，使电弧在气氛围中进行焊接，利用超声的声流效应，使电弧空间周围的水稳定的束流状流动，减少外界波动对电弧的影响，电弧偏吹和电弧熄灭率减少，焊缝成形均匀，焊接缺陷减少。
水下焊接超声的超声空化作用和声流效应如附录图3所示。通过导电杆调节导电嘴5到工件6的距离，焊丝从导电杆4和导电嘴5中穿过，加载焊接电源进行引弧焊接。
以上公开的仅为本发明的原理装置，本发明并非局限于此，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此本说明书内容不能理解为对该发明的限制。

Claims (2)

1.一种超声辅助水下湿法焊接方法，包括超声换能器、超声变幅杆、导电杆、导电嘴、超声电源、水下焊接电源，其特征在于超声换能器密封在防水壳体内，壳体内充满航空煤油，超声变幅杆上端穿过防水壳体经螺纹与超声换能器下端相连接，绝缘套管穿过防水壳体由超声换能器上端插入并穿过超声变幅杆直至变幅杆下端面，绝缘套管内装有导电杆和导电嘴，导电嘴安装在绝缘套管下端部并部分伸在超声变幅杆外，导电杆上端伸出壳体和绝缘套管，导电杆下端与导电嘴经螺纹相连接，导电杆和导电嘴沿轴线设有焊接送丝管，超声电源线穿过防水壳体与超声换能器相连接，导电杆上设有升降调节机构，导电杆与水下焊接电源相连接，焊接步骤为：
步骤一：将待焊工件装夹固定，调节焊接系统升降平台使焊炬到达工件上方50mm~200mm处；
步骤二：通过上下调节焊炬的位置，使得焊炬超声辐射端面与待焊工件表面距离30mm~50mm，上下调整导电杆高度，导电嘴端与工件表面距离10mm~30mm；
步骤三：打开超声电源，调节超声参数，振动频率为10kHz~50KHz，超声变幅杆将超声振幅放大到10μm~300μm，由于声流效应和空化作用，使得焊接区域水密度减少，形成气囊；
步骤四：将水下焊接电源线的一极与工件相连接，另一极与焊炬相连，打开水下焊接电源，调节焊接参数，进行引弧焊接，焊接电压：25~45V，焊接电流：150~290A，3.0~8.0mm/s；步骤五：焊接结束后，首先关闭水下焊接电源，待0~360s后关闭超声电源；
步骤六：焊接结束，进行焊件检验。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助水下湿法焊接方法，其特征在于防水壳体内充满航空煤油，绝缘套管、超声电源线、超声变幅杆插入防水壳体时配合使用橡胶密封圈，绝缘套管穿入超声换能器内孔时配合使用橡胶密封套圈。
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