CN117245199A - 一种薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业制造领域，具体说是一种薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其中主要方法包括在工件和焊接方式准备好的前提下，控制系统会根据不同壁厚的薄壁构件选取相应频段激励器多功率模式工作，功率会应外部传感器监测构件表面温度应变力的变化情况实时调整，最终通过驱动装置伸缩激励器作用于构件表面开始辅助初始消减应力，当达到预设时间阀值后会自动切换另一频段激励器开始焊接。本发明的辅助焊接方法，根据焊接过程中的工艺变化情况对变形精准控制，保证薄壁件的最终工艺要求。
Description
技术领域
本发明涉及工业制造领域，具体说是一种薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法。
背景技术
目前，现代工业制造及各行业应用领域在薄壁类金属材料件的使用变得非常广泛，但是薄壁类金属材料在实际应用经常会遇到需要局部或全部焊接操作的过程，所以薄壁类金属焊接问题也逐渐凸显出来，由于薄壁类材料自身比较薄其结构的特殊性，焊接过程中容易受热变形；在焊接时，薄壁类金属材料内部受到不均匀的加热和冷却从而产生了焊接残余应力，在温度高的地方，焊接膨胀度大，应力增大，在温度低的地方焊接件膨胀度小，应力较小；导致焊接质量下降，焊接变形明显，严重影响其使用性能。
传统的焊接方法往往采用单一频率、单一功率的超声波进行辅助焊接技术，这种方法无法很好的控制焊接过程中热输入和应力分布，容易引起焊接区温度过、应力均化缓慢的等问题，进而导致薄壁件的变形和焊接接头实际使用过程中的质量不稳定。
超声波辅助焊接是通过多功能超声波驱动电源将50Hz频率转换为18KHz、23KHz、28KHz、35KHz、40KHz等高频电能。被转换的高频电能通过换能器再次转换为同等频率的机械运动，通过配备的可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊接件表面进行辅助焊接。
该方法通过调节超声波的频率和功率，针对不同薄壁构件配备合理设计工装，实现在焊接过程中温度和应力的分布控制，从而减少薄壁件的热变形和残余应力。具体而言，这种方法可以根据薄壁件的材料属性和几何形状，在焊接过程中逐渐改变超声波的频率和功率，使焊接区域受到更均匀的热输入和应力分布，从而提高焊接接头的质量。总的来说，薄壁件超声波梯度多频段多功率低应力辅助焊接方法是一种优化薄壁件焊接过程的技术方法，可以减少薄壁件的热变形和残余应力，提高焊接接头的质量和稳定性。
发明内容
本发明主要目的是解决现有薄壁类金属件在焊接技术方面的不足，提供一种辅助操作方法，减小焊接后薄壁件的变形情况。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种适用于超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，应用于超声波辅助焊接系统，所述的该方法包括以下步骤：
步骤一： 工件准备工作。
步骤二： 选择焊接方式。
步骤三： 系统工作。
步骤四： 参数设置。
步骤五： 功率调整。
步骤六： 激励器频段切换开始焊接。
作为优选方案，所述步骤一具体包括：
选择焊接薄壁构件时，应保证构件外观完好清除构件表面污渍，进行下一步操作。
作为优选方案，所述步骤二具体包括：
根据构件焊接材质要求选择合适的焊接方式，目前厚度在1.5-2.0mm的薄壁材料焊接技术应用中主要以手工焊条电弧焊接方式进行焊接，至于0.8～1.5mm厚的薄壁板一般采用的方法除了氩弧焊和细丝气保焊，还可以用古老的风焊，本方案主要采用手工电弧焊接方式。
作为优选方案，所述步骤三具体包括：
A、超声波多频段多功率低应力辅助焊接设备，作为整个方案的核心环节，也是本发明提供的一种辅助焊接系统，其设备主要包括控制系统模块、多功能超声波电源驱动器、耐高温温度检测传感器、耐高温应变力传感器、超声波激励器单元、变幅杆、气动伸缩装置、激励器固定工装或平台等。
B、超声波电源驱动器，用于激励器电能提供装置；检测单元包括耐高温温度检测传感器、耐高温应变传感器，用于温度、变形参数采集；气动伸缩装置，用于激励器固定调整装置；
C、步骤三中还包括以下步骤：
在焊接过程中，将以上设备利用激励器固定工装安装于焊接薄壁件焊缝处位置，安装不同频段激励器于固定工装气动伸缩装置上，本方案采用18KHz、23KHz、28KHz、35KHz、40KHz五种激励进行固定安装；对各激励器进行电缆连接，通过电缆连接至多功能超声波驱动电源输出端口，通过系统控制，激励器专用固定伸缩装置紧密固定于薄壁件表面，连接温度传感器探头、应变传感器探头贴附于构件表面进行相关参数采集；并将检测数据传送值控制装置，控制以实现上述方案中所述的辅助焊接控制方法。
作为优选方案，所述步骤四具体包括：
所述步骤五中焊接设备参数设置主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、电流类型、线能量等；多功能超声设备设置参数主要包括超声频率设置、材料壁厚选择、输出功率设置范围、振幅范围、频段切换时间、焊接采集温度、应变力数据采集、运行模式。
步骤四还包括：参数设置完成后系统自动开始工作，会根据系统要求进行初始应力调控工件表面，调整过程中功率会根据检测探头反馈数据实时调整功率变化。
作为优选方案，所述步骤五具体包括：
以上步骤中完成后，对构件实施焊接步骤，焊接过程中控制系统会根据设定时间自动切换另一种频段激励器工作，通过外部监测传感器配合系统实现PID控制方式实时调整输出功率，从而使薄壁件焊接变形量控制在最小范围内，达到最终目的。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法通过控制系统自动模式根据薄壁构件表面应变、温度变化情况配合工作，在焊接前后实时调整功率变化通过激励器作用于工件表面，能够实现焊接过程中超声波辅助焊接控制闭环精准辅助控制。
本发明的超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法采用多个优先级对应焊接模式组合控制焊接过程，避免采用单一超声波辅助焊接模式的不足，保证了薄壁件焊接强度和焊接变形质量，提高了超声波焊接的使用范围。
本发明的超声波梯度多频段多功率低应力辅助焊接方法如配合自动焊接设备，能够保持焊接参数与辅助焊接方法中设备参数的控制一致性，有利于实现标准化生产。
附图说明
图1是本发明实施例一的薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法的流程图1；
图2是本发明实施例一的薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法中控制系统的结构示意图；
图3是本发明实施例一的薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法中焊接模式原理图；
图中标注1代表激励器气动伸缩装置，标注2代表18K激励器，标注3代表23K激励器，标注4代表28K激励器，标注5代表35K激励器，标准6代表40K激励器，标注7代表变幅杆，标注8代表薄壁构件，标注9代表传感器探头。
图4是本发明实施例一的薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法中不同频率下，残余应力变化折线图。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为了提升薄壁件焊接变形的成功率，并在焊接中实施精准控制构件变形的情况，提供了一种薄壁件超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，图1示出了本方法的流程图。
本实例的辅助焊接方法应用于超声波薄壁件焊接系统，具体实施例中的辅助控制方法包括：
A10、控制系统会控制气动伸缩驱动装置1带动安装在上面的激励器2装置由初始位置开始运动伸缩，以使变幅杆7接近于薄壁构件8表面，至使变幅杆7与构件8表面之间产生一定预压力。
A20、所述启动伸缩装置1停止运动，并通过控制系统控制多功能超声波驱动电源装置，按照系统提前设置好的选择参数发出超声波通过激励器2、6变幅杆7成套装置作用于薄壁构件8表面，开始初始应力消减。
A30、通过检测探头9实施检测构件8表面应变力、温度变化情况，实时调整输出功率，进行应力调控。
A40、达到预设阀值时间后，系统会自动更换为焊接过程中使用的更高频段的激励器3、5开始另一种频段超声波作用于构件8表面，开始焊接。
本实施例辅助焊接方法包括驱动伸缩装置1、超声波激励装置2、3、4、5、6和控制系统装置，其中，为了达到减小薄壁构件8的变形目的，达到焊接最终工艺要求，通过这激励器2、3、4、5、6与传感器探头9相互配合，监测焊接构件8表面工艺变化情况，达到目的要求。
具体地，需要说明的是，初始位置即为变幅杆7为接触构件8位置，此时与构件8直接的距离最大。目标位置为接触构件8表面之间的最近距离，优选为完全接触时。当变幅杆7驱动到目标位置时，一定要保证预紧压力值，一般根据构件8壁厚情况合理设置。
步骤A20中参数包括超声频段设置、材料壁厚选择、输出功率设置范围、振幅范围、频段切换时间、焊接采集温度、应变力数据采集、运行模式。
达到设定时间后开始焊接，系统会根据焊接构件8的表面变化情况，自动切换调整功率范围作用于构件8表面，使调控效果保持在最佳范围。
在焊接中会产生很强拉应力，但是超声波振动对拉应力的分布影响较大；合适的振动可以减小拉应力的分布面积，减弱残余应力对构件8焊接的不利影响。16mm薄壁钢构件在不同振动频率参数下的残余应力对比试验结果，可以看出超声利用多频段多功率辅助焊接方法后焊接后的拉应力的分布明显缩小，变形减弱，见图4。
本发明的辅助焊接方法，根据焊接过程中的工艺变化情况对变形精准控制，保证薄壁件的最终工艺要求。
Claims (8)
1.一种适用于超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，应用于超声波辅助焊接系统，所述的该方法包括：步骤一： 工件准备工作；步骤二： 选择焊接方式；步骤三： 系统工作；步骤四： 参数设置；步骤五： 功率调整；步骤六： 激励器频段切换开始焊接。
2.根据权利要求1所述的一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤一包括选择焊接薄壁构件时，应保证构件外观完好，清除构件表面污渍。
3.根据权利要求1所述的一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤二包括根据构件焊接材质要求选择合适的焊接方式，目前厚度在1.5-2.0mm的薄壁材料焊接技术应用中主要以手工焊条电弧焊接方式进行焊接，至于0.8～1.5mm厚的薄壁板一般采用的方法除了氩弧焊和细丝气保焊，还可以用古老的风焊，本方案主要采用手工电弧焊接方式。
4.根据权利要求1所述的一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤三工件固定过程中主要通过气动伸缩驱动装置带动安装在上面的激励器装置由初始位置开始运动伸缩，以使变幅杆接近于薄壁工件表面，至使变幅杆与构件表面之间产生一定预压力，并预压力达到1-1.5MPa固定压力范围之内，如压力不能够达到固定要求，重新进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤四参数设置还包括超声频率设置、材料壁厚选择、输出功率设置范围、振幅范围、频段切换时间、焊接采集温度、应变力数据采集、运行模式。
6.根据权利要求1所述的一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤五在焊接前还包括以下内容：通过传感器检测探头实时检测构件表面应力、温度变化情况，通过设置好的功率范围时间调整输出功率变化。
7.根据权利要求1所述的一种超声波梯度多频段多功率低应力辅助焊接方法，其特征在于：所述步骤六频段切换，系统会根据预设时间自动切换至另一种频段激励器工作开始焊接。
8.根据权利要求1所述一种超声波多频段多功率低应力辅助焊接方法中，其特征在于：还包括整个控制系统，包含了多功能超声波驱动电源装置：用于发出超声波；控制系统模块：用于对采集的各数据进行监测控制，实时调整超声波驱动电源内部参数的变化情况，提供给薄壁焊接过程中稳定的控制要求；温度应变力采集探头，用于薄壁件表面相关参数采集，并将检测数据实时传输至控制系统模块；驱动伸缩系统，主要作用于激励器固定调整控制。
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