CN104607811B - 一种超声波非熔化极氩弧焊装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波非熔化极氩弧焊工艺及装置，该工艺是在非熔化极氩弧焊过程中实时地对熔池和焊缝附近的母材进行超声波振动，使熔融金属组织致密均匀，焊缝处金属晶粒细化，加速熔池气体析出，提高焊接质量；该装置包括换能器和变幅杆，换能器固定连接在变幅杆的一端，变幅杆的另一端设置有电极腔，电极腔中设置有电极，变幅杆的侧面设置有进气口和进线口，进气口与电极腔连通，电极上连接有导线，导线由进线口引出，变幅杆的下端面开设有焊丝槽和排气槽。本发明使焊缝处晶粒更加细化，金属组织更致密，焊缝中的气体析出更彻底，减少焊接变形，提高了焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命，保证了焊接质量。

Description

一种超声波非熔化极氩弧焊装置

技术领域

本发明涉及一种对金属工件进行非熔化极氩弧焊焊接的工艺及装置，属于氩弧焊技术领域。

背景技术

氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊材的保护，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成熔池，使被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术，由于在高温熔融焊接中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材的氧化，因此可以焊接不锈钢、铁类等金属。氩弧焊按照电极的不同分为非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种,前者是用钍钨或铈钨棒作电极，氩气做保护气体的电弧焊，后者是用焊丝做熔化电极，氩气做保护气体的电弧焊。非熔化极氩弧焊的工作过程通常是：焊丝通过丝轮送进，电极导电，在母材与焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体(氩气)保护电弧和熔融金属来进行焊接的。

虽然氩弧焊具有焊接质量好、效率高、易掌握、变形小等优点，但是氩弧焊因为热影响区域大，工件在修补后常常会造成变形、硬度降低、砂眼、局部退火、开裂、针孔、磨损、划伤、咬边、或者是结合力不够及内应力损伤等缺点。在焊接时，熔池金属结合不紧密，焊缝处的晶粒粗大，工件焊接连接处的疲劳强度和疲劳寿命低，同时也不适用于厚度较大工件的焊接。

目前出现了超声振动在搅拌摩擦焊上应用的技术，如CN102744516A公开的《超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺及装置》，通过超声波发生器将工频交流电转换为超声频的高频交流信号，再经过换能器将电能转化为超声机械振动能，经变幅杆进一步放大振幅后，由工具头从搅拌头周围的待焊接区域先将超声波导入材料，再有搅拌头沿焊接方向焊接。CN102581471A公开的《一种轴肩固定及搅拌针旋转的超声波辅助半固态搅拌摩擦焊接方法》，是将搅拌工具的搅拌针高速旋转扎入待焊部位，搅拌工具的固定轴肩不动，轴肩不扎入工件，保持轴肩端面与工件上表面紧密贴合，超声换能器的超声波能量通过固定轴肩放大并传递到待焊部分；当搅拌工具达到设定的下扎深度时沿着焊缝方向移动。和普通搅拌摩擦焊相比，搅拌摩擦焊中超声振动的可以获得良好的焊缝成形，有助于提高焊接效率，辅加超声后接头微观组织中焊核区和热力影响区晶粒都有所细化，对改善焊缝组织有一定的积极影响，有助于提高焊缝的力学性能。

但是氩弧焊与搅拌摩擦焊的原理不同，焊接设备的结构也不同，搅拌摩擦焊上超声振动的结构不能直接用于氩弧焊。

CN100577340公开的《一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法》，将超声电源的高频电信号通过换能器转换成为机械振动，由变幅杆将其放大，再将振动传给镶嵌在变幅杆中的电极上，在电极上产生相应频率的超声振动，电弧在对工件进行加工时，能量集中，有效地提高焊接时的电弧利用率。该方法通过变幅杆将超声波振动作用在电极上，超声波通过导电电极传导到焊接电弧上，使电弧产生收缩现象，目的是提高焊接时的电弧利用率。但是该方法中变幅杆并不与工件接触，不会对焊接过程中熔融的金属进行振动，对熔融金属的融合不 起作用。

发明内容

本发明针对现有氩弧焊技术存在的不足，提供一种能够使焊缝处晶粒细化、提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命、减少焊接应力和焊接变形、加速熔池气体析出的超声波非熔化极氩弧焊工艺，同时提供一种实现该工艺的超声波非熔化极氩弧焊装置。

本发明的超声波非熔化极氩弧焊工艺，是在非熔化极氩弧焊过程中实时地对熔池和焊缝附近的母材进行超声波振动，使熔融金属组织致密均匀，焊缝处金属晶粒细化，加速熔池气体析出，减少焊接应力和焊接变形，提高焊接接头疲劳强度和疲劳寿命，从而大幅度提高焊接质量。

在实时地对熔池和焊缝附近的母材进行超声波振动的同时，也可以实时地对电极进行超声波振动，超声波通过电极使电弧产生收缩，提高电弧利用率。

实现上述超声波非熔化极氩弧焊工艺的装置，采用以下技术方案：

该装置，包括换能器和变幅杆，换能器固定连接在变幅杆的一端，变幅杆的另一端设置有电极腔，电极腔中设置有电极，变幅杆的侧面设置有进气口和进线口，进气口与电极腔连通，电极腔中位于进气口上方的部分与电极之间设置有绝缘层，电极上连接有导线，导线由进线口引出，变幅杆的下端面开设有排气槽。

电极在电极腔中固定在变幅杆的非振动节点位置处，以使电极不会振动；电极在电极腔中固定在变幅杆的振动节点位置处，以使电极能够振动。

所述变幅杆的下端面也可开设有焊丝槽，在使用焊丝的情况下，能够将焊丝伸入到焊弧处。

上述装置将氩弧焊设置于变幅杆上，在焊接的同时对熔池进行超声振动。焊接时，将换能器与超声波发生器连接，将变幅杆抵在焊缝附近的母材处，由进气口通入氩气。接通焊机电源线，在焊缝处形成焊接电弧。变幅杆在换能器的带动下振动，变幅杆将这种振动作用到焊缝处，使熔池里的熔融金属和熔池附近的母材产生振动，从而使熔融金属结合更加紧密，晶粒更加细化，并且减小焊接应力和焊接变形，熔池里的气体更彻底地析出，提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。同时也可以把超声波通过导电电极传导到焊接电弧上，使电弧产生收缩现象，提高电弧利用率。变幅杆与焊丝一起沿接缝以一定速度移动，完成全部接缝的焊接，得到高质量的焊缝。

本发明在进行氩弧焊接的同时，利用超声波振动对熔池和焊缝附近的母材进行振动处理，使焊缝处晶粒更加细化，金属组织更致密，焊缝中的气体析出更彻底，减少焊接变形，提高了焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命，保证了焊接质量，更适合于对异种金属以及较厚金属工件的焊接。

附图说明

图1是本发明超声波非熔化极氩弧焊装置的结构示意图。

图2是本发明的氩弧焊过程示意图。

图中：1、换能器，2、变幅杆，3、电极，4、电极腔，5、绝缘层，6、进气口，7、导线，8、排气槽，9、焊接电弧，10、金属熔池，11、焊丝槽，12、焊丝。

具体实施方式

本发明的超声波非熔化极氩弧焊装置如图1所示，主要包括换能器1和变幅杆2，换能器1固定连接在变幅杆2的一端，在变幅杆2的另一端设置有电极腔4，电极腔4中设置有电极3(钨极)。电极3和变幅杆2的端面间保持一定的距离，以确保变幅杆2的端面与被焊工件接触时电极3与被焊工件间能够产生焊接电弧9。变幅杆2的侧面设置有进气口6和进线口，进气口6与电极腔4连通，电极腔4中位于进气口6的上方部分与电极3之间设置有绝缘层5，导线7的一端由进线口进入并与电极3连接在一起，导线7与导线进口之间填充绝缘层。变幅杆2的下端面开设有焊丝槽11(参见图2)和排气槽8。电极3在电极腔中固定在变幅杆的非振动节点位置处，以使电极不会振动；电极在电极腔中固定在变幅杆的振动节点位置处，以使电极能够振动。

图2给出了上述超声波非熔化极氩弧焊装置的操作过程，将导线7与焊机电源连接，同时焊机电源搭接在金属工件上，将换能器1与超声波发生器连接，将变幅杆2抵在焊缝附近的母材处(变幅杆2端面与被焊工件表面接触)，将焊丝12由焊丝槽11伸进接缝处，由进气口6通入氩气或其它保护气体。接通电源线，在接缝处形成焊接电弧9(参见图1)，变幅杆2带动电极3振动，接缝处金属熔化形成金属熔池10，氩气或其它保护气体从排气槽8中排出。变幅杆2在换能器1的带动下高频振动，使金属熔池10中的熔融金属组织致密均匀，晶粒更加细化，并且混合均匀，减少焊接应力和焊接变形，从而提高焊接接头的疲劳强度和疲劳寿命。电极3可以随变幅杆2一起振动，超声波通过电极使电弧产生收缩，提高电弧利用率。电极3也可以不随变幅杆2一起振动。变幅杆2与焊丝12一起沿接缝移动，完成整个接缝的焊接。焊接完成时，关闭焊机，断开惰性气体。

Claims (2)

1.一种超声波非熔化极氩弧焊装置，包括换能器和变幅杆，其特征是：换能器固定连接在变幅杆的一端，变幅杆的另一端设置有电极腔，电极腔中设置有电极，变幅杆的侧面设置有进气口和进线口，进气口与电极腔连通，电极腔中位于进气口上方的部分与电极之间设置有绝缘层，电极上连接有导线，导线由进线口引出，变幅杆的下端面开设有排气槽。

2.根据权利要求1所述的超声波非熔化极氩弧焊装置，其特征是：所述变幅杆的下端面开设有焊丝槽。