CN113199130B - 一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台及方法，属于焊接技术领域。该平台包括箱体、焊接垫板、液氮喷头、焊枪、夹具、控制面板、移动垫板、加热底板、电动窗、机械臂、超声波振动板和竖向隔板。本发明将超声波辅助焊接过程与热处理过程同步进行，超声波辅助使得焊缝中的气体排出，液氮急冷可以细化晶粒，同步热处理使熔池从700‑750℃高温快速冷却至室温。本发明通过超声波辅助及同步热处理方法，可以使焊接接头晶粒细化，更好地改善金属焊接性能，降低热裂纹敏感性，且操作方便，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台及方法，属于焊接技术领域。
背景技术
目前，在实际生产中，焊接平台的集成化使用较少，而焊接过程很容易产生气孔、裂纹及接头软化等缺陷。在铝合金激光焊接中，铝合金自由电子密度高，很容易与激光中携带能量的光子作用将能量反射掉，因此焊接时对激光的吸收率相对较低。气孔是铝合金焊接中的重点问题，一般分为两类，分别为氢气孔和工艺气孔。一般情况下，铝合金凝固时的收缩率比较大，并且焊接应力和焊接变形大，同时，焊缝类金属在结晶过程中会产生一种低熔点的共晶组织，从而使晶界的结合力相对降低，并在焊接拉应力的作用下形成热裂纹。焊缝为铸态组织，焊接后强化效果将会消失，而产生软化。
发明内容
本发明针对现有工件焊接的问题，提出一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台及方法，本发明通过先利用超声波振动器件进行除气，使得熔池中气孔减少，并且通过液氮急冷细化晶粒，最后进行焊后热处理，可以使焊缝晶粒细化、热裂纹倾向降低、强度增加。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，包括箱体、焊接垫板3、液氮喷头4、焊枪5、夹具6、控制面板7、移动垫板10、加热底板11、电动窗12、机械臂13、超声波振动板14和竖向隔板，
竖向隔板竖直固定设置在箱体内，竖向隔板两侧分别为焊接腔体和热处理腔体，超声波振动板14设置在箱体的底部且超声波振动板14位于焊接腔体内，焊接垫板3设置在超声波振动板14的顶端，机械臂13的底端固定设置在箱体的底部且机械臂13位于焊接垫板3与加热底板11之间，夹具6设置在箱体的底部，焊枪5和液氮喷头4设置在焊接垫板3的正上方，加热底板11设置在箱体的底部且加热底板11位于热处理腔体内，移动垫板10设置在加热底板11的正上方，热处理腔体的中部内侧壁设置有密封圈，移动垫板10、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，箱体的侧壁设置有淬火介质出入口，淬火介质出入口通管道外接淬火介质双向泵，淬火介质8通过淬火介质双向泵从淬火介质出入口加入或排出，竖向隔板的底部开设有电动窗12，液氮喷头4外接液氮罐1，焊枪5外接焊机2，
超声波振动板14、机械臂13、焊枪5、液氮喷头4、加热底板11和电动窗12均与控制面板7连接；
所述移动垫板10的四角均设置有滚轮，热处理腔体的四角竖直设置有纵向滑轨，滚轮滑设在纵向滑轨上；
进一步的，所述移动垫板10为磁性垫板，热处理腔体的中部内侧壁设置有环状电磁铁，环状电磁铁位于密封圈的边缘，环状电磁铁与控制面板7连接；
进一步的，所述超声波振动板14包括振动顶板、壳体、超声波发生器，振动顶板固定设置在壳体的顶端，壳体内填充设置有水，超声波发生器的发射端设置有壳体内的中心，超声波发生器与控制面板连接；
所述热处理腔体的四角设置有支撑构件，支撑构件包括支撑梁9、电动伸缩杆II16、上滑轨17和下滑轨18，上滑轨17和下滑轨18水平平行设置在热处理腔体的四角且上滑轨17位于密封圈的底端，支撑梁9滑设在上滑轨17和下滑轨18之间，电动伸缩杆II16水平设置且电动伸缩杆II16的底座固定设置在热处理腔体的壁上，电动伸缩杆II16的伸缩端与支撑梁9的端头固定连接，电动伸缩杆II16与控制面板7连接；淬火处理时，移动垫板10位于支撑梁9顶端；
工件需要从焊接腔体移至热处理腔体时，电动伸缩杆II16控制支撑梁9回缩至热处理腔体的壁内，支撑梁9的端面与箱体的侧壁位于同一垂直面上，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速下降至加热垫板上；
工件加热保温结束后，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速上升至密封圈的底端，电动伸缩杆II16控制支撑梁9的端头伸出箱体的侧壁以固定支撑移动垫板；移动垫板、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，淬火介质通过淬火介质双向泵和淬火介质出入口注入至淬火腔体内，淬火介质对工件进行淬火处理，淬火结束，淬火介质经淬火介质出入口排出；
电动伸缩杆II16控制支撑梁9回缩至热处理腔体的壁内，支撑梁9的端面与箱体的侧壁位于同一垂直面上，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速下降至加热垫板上；
所述电动窗12的顶端为转轴；电动窗12通过电动伸缩杆15，电动伸缩杆伸长时，电动窗慢慢开启，电动伸缩杆收缩时，电动窗慢慢关闭。
一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的方法，采用超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，具体步骤如下：
1)通过夹具将待焊工件固定，然后置于焊接腔体的焊接垫板上；
2)通过控制面板控制液氮喷头和焊枪同步焊接，同时，控制面板控制超声波振动板进行振动以排出熔池内部气体，控制焊接长度、坡口形状、焊接电流和焊接间距达到预设值；控制面板控制液氮喷头和焊枪停止焊接进程，超声波振动板停止振动；
3)控制面板控制电动窗打开，移动垫板滑落至加热底板上，控制面板控制机械臂将工件从夹具中拆除，然后将工件放置在移动垫板上，电动窗关闭；
4)控制面板控制加热面板对工件加热至预设温度并保温预设时间，加热面板停止加热；
5)控制面板控制移动垫板向上滑行至密封圈底端并固定，移动垫板、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，淬火介质通过淬火介质出入口注入至淬火腔体内，淬火结束，淬火介质经淬火介质出入口排出；
6)控制面板控制移动垫板滑落至加热底板上，电动窗打开，控制面板控制机械臂将工件从移动垫板上取出，完成工件的焊接和热处理。
本发明的有益效果：
(1)本发明将超声波辅助焊接过程与热处理过程同步进行，超声波辅助使得焊缝中的气体排出，液氮急冷可以细化晶粒，同步热处理使熔池从700-750℃高温快速冷却至室温；
(2)本发明通过超声波辅助及同步热处理方法，可以使焊接接头晶粒细化，更好地改善金属焊接性能，降低热裂纹敏感性，且操作方便，安全性高；
(3)本发明采用焊接与热处理同步进行的方法，使得焊接接头的强度提高，并且通过控制分级热处理的温度与时间，可以得到更优质的焊接接头，降低了热处理的复杂流程。
附图说明
图1为超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台结构示意图；
图2为电动窗结构示意图；
图3为支撑构件结构示意图；
图中，1-液氮罐、2-焊机、3-焊接垫板、4-液氮喷头、5-焊枪、6-夹具、7-控制面板、8-淬火介质、9-支撑梁、10-移动垫板、11-加热底板、12-电动窗、13-机械臂、14-超声波振动、15-电动伸缩杆I、16-电动伸缩杆II、17-上滑轨、18-下滑轨。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，包括箱体、焊接垫板3、液氮喷头4、焊枪5、夹具6、控制面板7、移动垫板10、加热底板11、电动窗12、机械臂13、超声波振动板14和竖向隔板，
竖向隔板竖直固定设置在箱体内，竖向隔板两侧分别为焊接腔体和热处理腔体，超声波振动板14设置在箱体的底部且超声波振动板14位于焊接腔体内，焊接垫板3设置在超声波振动板14的顶端，机械臂13的底端固定设置在箱体的底部且机械臂13位于焊接垫板3与加热底板11之间，夹具6设置在箱体的底部，焊枪5和液氮喷头4设置在焊接垫板3的正上方，加热底板11设置在箱体的底部且加热底板11位于热处理腔体内，移动垫板10设置在加热底板11的正上方，热处理腔体的中部内侧壁设置有密封圈，移动垫板10、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，箱体的侧壁设置有淬火介质出入口，淬火介质出入口通管道外接淬火介质双向泵，淬火介质8通过淬火介质双向泵从淬火介质出入口加入或排出，竖向隔板的底部开设有电动窗12，液氮喷头4外接液氮罐1，焊枪5外接焊机2，
超声波振动板14、机械臂13、焊枪5、液氮喷头4、加热底板11和电动窗12均与控制面板7连接；
一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的方法，采用超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，具体步骤如下：
1)通过夹具将待焊工件固定，然后置于焊接腔体的焊接垫板上；
2)通过控制面板控制液氮喷头和焊枪同步焊接，同时，控制面板控制超声波振动板进行振动以排出熔池内部气体，控制焊接长度、坡口形状、焊接电流和焊接间距达到预设值；控制面板控制液氮喷头和焊枪停止焊接进程，超声波振动板停止振动；
3)控制面板控制电动窗打开，移动垫板滑落至加热底板上，控制面板控制机械臂将工件从夹具中拆除，然后将工件放置在移动垫板上，电动窗关闭；
4)控制面板控制加热面板对工件加热至预设温度并保温预设时间，加热面板停止加热；
5)控制面板控制移动垫板向上滑行至密封圈底端并固定，移动垫板、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，淬火介质通过淬火介质双向泵和淬火介质出入口注入至淬火腔体内，淬火介质对工件进行淬火处理，淬火结束，淬火介质经淬火介质出入口排出；
6)控制面板控制移动垫板滑落至加热底板上，电动窗打开，控制面板控制机械臂将工件从移动垫板上取出，完成工件的焊接和热处理。
实施例2：本实施例超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台与实施例1的超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台基本相同，不同之处在于：移动垫板10的四角均设置有滚轮，热处理腔体的四角竖直设置有纵向滑轨，滚轮滑设在纵向滑轨上；移动垫板10为磁性垫板，热处理腔体的中部内侧壁设置有环状电磁铁，环状电磁铁位于密封圈的边缘，环状电磁铁与控制面板7连接；
如图2所示，热处理腔体的四角设置有支撑构件，支撑构件包括支撑梁9、电动伸缩杆II16、上滑轨17和下滑轨18，上滑轨17和下滑轨18水平平行设置在热处理腔体的四角且上滑轨17位于密封圈的底端，支撑梁9滑设在上滑轨17和下滑轨18之间，电动伸缩杆II16水平设置且电动伸缩杆II16的底座固定设置在热处理腔体的壁上，电动伸缩杆II16的伸缩端与支撑梁9的端头固定连接，电动伸缩杆II16与控制面板7连接；淬火处理时，移动垫板10位于支撑梁9顶端；
工件需要从焊接腔体移至热处理腔体时，电动伸缩杆II16控制支撑梁9回缩至热处理腔体的壁内，支撑梁9的端面与箱体的侧壁位于同一垂直面上，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速下降至加热垫板上；
工件加热保温结束后，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速上升至密封圈的底端，电动伸缩杆II16控制支撑梁9的端头伸出箱体的侧壁以固定支撑移动垫板；移动垫板、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，淬火介质通过淬火介质双向泵和淬火介质出入口注入至淬火腔体内，淬火介质对工件进行淬火处理，淬火结束，淬火介质经淬火介质出入口排出；
电动伸缩杆II16控制支撑梁9回缩至热处理腔体的壁内，支撑梁9的端面与箱体的侧壁位于同一垂直面上，控制面板控制环状电磁铁接通电源并控制环状电磁铁内的电流大小产生预设的电磁力，磁性移动垫板在电磁力和重力的作用下沿滑轨匀速下降至加热垫板上。
实施例3：本实施例超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台与实施例2的超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台基本相同，不同之处在于：超声波振动板14包括振动顶板、壳体、超声波发生器，振动顶板固定设置在壳体的顶端，壳体内填充设置有水，超声波发生器的发射端设置有壳体内的中心，超声波发生器与控制面板连接。
实施例4：本实施例超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台与实施例3的超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台基本相同，不同之处在于：
如图3所示，电动窗12的顶端为转轴；电动窗12通过电动伸缩杆I15打开或闭合，电动伸缩杆I15伸长时，电动窗12慢慢开启，电动伸缩杆I15收缩时，电动窗12慢慢关闭。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，其特征在于：包括箱体、焊接垫板（3）、液氮喷头（4）、焊枪（5）、夹具（6）、控制面板（7）、移动垫板（10）、加热底板（11）、电动窗（12）、机械臂（13）、超声波振动板（14）和竖向隔板，
竖向隔板竖直固定设置在箱体内，竖向隔板两侧分别为焊接腔体和热处理腔体，超声波振动板（14）设置在箱体的底部且超声波振动板（14）位于焊接腔体内，焊接垫板（3）设置在超声波振动板（14）的顶端，机械臂（13）的底端固定设置在箱体的底部且机械臂（13）位于焊接垫板（3）与加热底板（11）之间，夹具（6）设置在箱体的底部，焊枪（5）和液氮喷头（4）设置在焊接垫板（3）的正上方，加热底板（11）设置在箱体的底部且加热底板（11）位于热处理腔体内，移动垫板（10）设置在加热底板（11）的正上方，热处理腔体的中部内侧壁设置有密封圈，移动垫板（10）、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，箱体的侧壁设置有淬火介质出入口，淬火介质出入口通管道外接淬火介质双向泵，竖向隔板的底部开设有电动窗（12），液氮喷头（4）外接液氮罐（1），焊枪（5）外接焊机（2），
超声波振动板（14）、机械臂（13）、焊枪（5）、液氮喷头（4）、加热底板（11）和电动窗（12）均与控制面板（7）连接。
2.根据权利要求1所述超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，其特征在于：移动垫板（10）的四角均设置有滚轮，热处理腔体的四角竖直设置有纵向滑轨，滚轮滑设在纵向滑轨上。
3.根据权利要求2所述超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，其特征在于：移动垫板（10）为磁性垫板，热处理腔体的中部内侧壁设置有环状电磁铁，环状电磁铁位于密封圈的边缘，环状电磁铁与控制面板（7）连接。
4.根据权利要求3所述超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，其特征在于：热处理腔体的四角设置有支撑构件，支撑构件包括支撑梁（9）、电动伸缩杆
（16）、上滑轨（17）和下滑轨（18），上滑轨（17）和下滑轨（18）水平平行设置在热处理腔体的四角且上滑轨（17）位于密封圈的底端，支撑梁（9）滑设在上滑轨（17）和下滑轨（18）之间，电动伸缩杆
（16）水平设置且电动伸缩杆
（16）的底座固定设置在热处理腔体的壁上，电动伸缩杆
（16）的伸缩端与支撑梁（9）的端头固定连接，电动伸缩杆
（16）与控制面板（7）连接；淬火处理时，移动垫板（10）位于支撑梁（9）顶端。
5.根据权利要求1所述超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，其特征在于：电动窗（12）的顶端为转轴。
6.一种超声波辅助同步焊接并进行热处理的方法，其特征在于：采用权利要求1-5任一项所述的超声波辅助同步焊接并进行热处理的集成平台，具体步骤如下：
1）通过夹具将待焊工件固定，然后置于焊接腔体的焊接垫板上；
2）通过控制面板控制液氮喷头和焊枪同步焊接，同时，控制面板控制超声波振动板进行振动，控制焊接长度、坡口形状、焊接电流和焊接间距达到预设值；控制面板控制液氮喷头和焊枪停止焊接进程，超声波振动板停止振动；
3）控制面板控制电动窗打开，移动垫板滑落至加热底板上，控制面板控制机械臂将工件从夹具中拆除，然后将工件放置在移动垫板上，电动窗关闭；
4）控制面板控制加热面板对工件加热至预设温度并保温预设时间，加热面板停止加热；
5）控制面板控制移动垫板向上滑行至密封圈底端并固定，移动垫板、密封圈、竖向隔板和箱体的侧壁形成淬火腔体，淬火介质通过淬火介质出入口注入至淬火腔体内，淬火结束，淬火介质经淬火介质出入口排出；
6）控制面板控制移动垫板滑落至加热底板上，电动窗打开，控制面板控制机械臂将工件从移动垫板上取出，完成工件的焊接和热处理。
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