[发明专利]采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接设备，具体说就是一种采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置。属气体保护电弧焊接及电弧冶炼技术领域。

技术背景

气体保护电弧焊接是焊接的一种，通常又分为非熔化极气体保护焊(GTAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)。普通非熔化极惰性气体保护焊(TIG)特点是能够获得高品质的焊接接头，广泛用于钛合金、铝合金、不锈钢和高温合金等的焊接生产，但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，要附加很多额外工序及额外辅助设备。因此目前普通TIG焊多用于薄件或多层焊的打底焊接。

而熔化极气体焊包括熔化极惰性气体保护焊(MIG)、熔化极活性气体保护焊(MAG)及二氧化碳气体保护焊(CO₂焊)。通常称为气体保护熔化极电弧焊，简称“GMA”焊接。普通GMA焊接采用金属焊丝作为电极。多数情况下焊丝是以一定的方式送进，在焊丝与母材之间形成电弧进行焊接。GMA焊接生产效率较高、焊接成本较低，但是GMA焊接时的熔滴过渡不易控制，飞溅量较大，焊接时很难保证高品质的焊接质量。GMA焊广泛用于铝合金、结构钢、低合金钢等的焊接生产。对于中等及以上厚度材料的焊接，通常采用TIG焊打底、GMA焊填充及盖面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现普通焊接条件下的过程稳定、焊缝成形质量高、焊接效率大幅提升的复合方式的气体保护焊装置，也就是一种采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：采用外加声压方式的电弧焊装置，由声学换能器2、声学变幅杆3、保护气喷嘴4、焊接电极夹5、声学发生源9和焊接电源8组成。声学换能器2与声学变幅杆3相接；焊接电极夹5与声学变幅杆3紧密结合；非熔化电极及金属熔化电极1通过声学换能器2、声学变幅杆3与焊接电极夹5形成良好的电接触；保护气喷嘴4固定在声学变幅杆3的使保护气喷嘴4的端部有足够声学声压的位置处。

本发明采用复合方式的气体保护焊装置，焊接步骤如下：

1.由声学发生源将50Hz-220V普通电转换成100Hz-2MHz的声学电信号。

2.声学发生源通过声学换能器，将声学频率的电信号转化为机械振动。

3.声学换能器与声学变幅杆相接，将声学换能器所发出的小幅机械振动的振幅放大。

4.将焊接中所用的金属熔化电极或非熔化电极与变幅杆紧密结合，实现焊接电源的有效传递。

5.将保护气喷嘴固定在变幅杆的使保护气喷嘴的端部有足够声学声压的位置处。

6.焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动声学发生源，换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将声学振动幅度放大，并传递给电极及保护气喷嘴。

本发明使用在非熔化极模式下时，具有焊接过程稳定、提高单道焊的焊缝熔深、焊缝成形质量高的优点，可实现在普通非熔化极焊接环境下的高效焊接。

本发明使用在熔化极模式下时，具有焊接效率大幅提高、能有效控制焊接热输入量、并且通过改变声学频率、保护气喷嘴位置及焊接高度等参量，改变焊缝熔深，有效控制熔化金属的凝固结晶状态。

本发明实现了对传统焊接系统的改良，具有良好的经济效益和广阔的应用市场。经过声压对电弧形态及电极端部熔化金属的影响，使得电弧能量分布更加合理，电弧系统的受力更加有利于焊接生产。非熔化极模式下增加了焊缝的熔深，熔化极模式下控制了熔滴过渡时的热输入量。本发明与传统焊接系统相比，增加了焊缝熔深，控制了热输入量，优化了焊接接头组织形态，提高了接头的综合性能。

附图说明

图1是本发明装置的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1，结合图1，将声学发生源的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10μm-150μm，再将振动传给固定在变幅杆上的保护气喷嘴及电极上，如图1所示。上述装置可以在频率为100Hz到2MHz的声学振动下工作，在电极上产生相应频率的声学振动。声学系统的输入功率可以在1W到3000W之间任意调节，然后，按照普通气体保护焊的方法进行焊接。在施加声学振动后，由于保护气喷嘴及电极所产生的声压会对焊接电弧有一定的压缩作用，故电弧在对工件进行加工时，会使焊接能量分布更加合理，有效地提高焊接时的电弧利用率。