[发明专利]一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法

说明书

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非熔化极气体保护焊复合的焊接方法，属非熔化极电弧焊接及电弧冶炼技术领域。

技术背景

非熔化极电弧焊接是焊接的一种，通常又叫做“TIG”焊。普通TIG焊广泛用于钛合金、铝合金、不锈钢和高温合金等的焊接生产，在惰性气体的保护下可以获得高质量的焊接接头。但TIG焊的主要不足是其焊接时电弧能量不集中，导致单道可焊厚度小、焊接效率低和焊后晶粒有长大现象。对于厚度较大的焊件，需要焊前开坡口或进行多层多道焊。因此目前普通TIG焊多用于薄件或多层焊的打底焊接。

而助焊剂TIG焊技术(A-TIG)焊最早是由乌克兰E.O.Paton焊接研究所(PWI)在60年代开发的技术。并广泛应用在前苏联用于能源、化工和航空航天工业的焊接生产中。但是助焊剂TIG焊技术在实际操作时，需要在焊前增加涂覆的辅助工序，并且助焊剂中部分成分属于有毒物质。

发明内容

本发明的目的是提出一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法，在非熔化极气体保护焊接条件下，超声波通过导电电极传导到焊接电弧上，施加超声后，电弧产生明显的收缩现象。本发明具有普通TIG焊焊接过程稳定、焊缝成形质量高的优点，同时具有提高单道焊的焊缝熔深，该方法可实现在普通焊接环境下的高质量焊接。

本发明包括以下步骤：

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.将焊接中所用的电极与变幅杆紧密结合；

4.将保护气喷嘴固定在变幅杆的振动节点位置处；

5.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，并传递给非熔化极；

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。

本发明采用非熔化极电弧焊接可以实现有色金属、不锈钢和高温合金等的焊接生产，在传统焊接方法的基础上，设计了一个特殊形状的工具头，使其既作为焊枪，同时又是超声工具头，使得普通TIG焊在施加了超声波后，对电弧有明显的压缩作用，使之焊接时的能量更加集中，电弧温度高，焊接速度快；压缩后的电弧挺直度好，对弧长的变化不敏感，电弧稳定性好；单位深度的焊缝热输入量少，焊接质量好；同时还具有良好的可控性和调节性。在普通的非熔化极电弧焊接系统的基础上，改变了焊接时所用的焊炬，通过焊炬将超声施加在焊接电弧上，提高了焊接电弧的性能，本发明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。经过电弧传入熔池的超声波，对电弧发生作用，造成电弧形态改变，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，增加幅度达20％。不但保持了非熔化极电弧焊接能够实现高品质焊接的优点，而且增加了焊缝熔深，优化接头晶粒，提高了接头的性能。

附图说明

图1是本发明方法的实验装置原理图。

具体实施方式

将超声电源的高频电信号通过换能器转换成为机械振动，换能器的机械振动振幅较小，由下一级的变幅杆将其放大到30μm-150μm，最后再将振动传给镶嵌在变幅杆中的电极上，如图1所示。上述装置可以在频率为15kHz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，焊接电弧就会受到超声的压缩作用。该电弧7在对工件1进行加工时，会使能量集中，有效地提高焊接时的电弧利用率。

本发明将电弧不仅仅作为产生热量的机构，同时作为超声传导的载体，将超声的能量直接加到电弧上，减少了不必要的结构，提高了超声能量的利用效率。进而利用施加了超声的电弧来改变电弧的形态，改善焊接时的能量分布情况、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。