[发明专利]一种施加超声波与电弧复合的立焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体的说是一种工艺简单、焊接质量高的超声波与电弧复合的立焊方法。

背景技术

众所周知，立焊是一种常用的焊接方法，广泛的应用于桥梁、造船、锅炉及核电等行业当中。目前常见的立焊方法是气电立焊方法，该方法将电渣焊同熔化极气体保护焊复合起来，利用接头两侧的固定式或移动式水冷滑块保持熔池形状，并强制焊缝成形。这种方法主要用于厚板焊接中，具有焊接效率高，生产成本低等特点。但气电立焊焊接热输入很大，焊后接头的低温冲击韧性很低，通常需要特殊的钢材，且焊接过程中易于产生气孔和夹渣等焊接缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、减少焊接缺陷、焊接热量输入小、节约能量、焊接质量高的施加超声波与电弧复合的立焊方法。

本发明可以通过如下措施达到：

一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，包括超声波换能器，超声波变幅杆和电弧焊用的焊接电源与焊炬，其特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声发变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，其振动频率为15-100KHz，振动幅度为1-200μm，立焊时，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时重力的影响。

本发明所述的超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-100KHz。

本发明所述的超声波变幅杆将超声振动幅度放大到10-1500μm。

本发明所述的超声波变幅杆下端的内凹形超声波发射面的半径R为10-50mm。

 本发明将超声频率的电信号转化为机械振动，并通过超声波换能器和超声波变幅杆产生和放大超声波振动，立焊时，将超声波发射面置于焊接电弧下端，使发射端凹面朝向焊接电弧和熔池，施加超声波后，由于空化作用，超声波会对熔池及熔滴产生向上的力的作用，从而抑制了在立焊时熔池及熔滴在重力作用下的下坠，同时，凭借超声对熔池的控制，焊接时还可以因实际需要而适当扩大工艺参数范围，改善焊缝的成形性能。另外，超声波还会对熔池产生机械搅拌的作用，有助于熔池内气体的逸出，减少气孔倾向，还可以细化焊缝组织，提高焊接接头的力学性能，具有工艺简单、操作方便、减少焊接缺陷、焊接热量输入小、节约能量、焊接质量高等优点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，包括超声波换能器，超声波变幅杆和电弧焊用的焊接电源与焊炬，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，本发明的特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池处的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声波变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，其振动频率为15-100KHz，振动幅度为1-200μm，立焊时，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时重力的影响，所述的超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-100KHz；所述的超声波变幅杆将超声振动幅度放大到10-1500μm；所述的超声波变幅杆下端的内凹形超声波发射面的半径R为10-50mm。

 如图1所示，一种超声波声场的产生装置，包括超声波换能器4、超声波变幅杆3和超声电源5，超声波变幅杆3一端与超声波换能器相连接，另一端设有超声波发射面2，超声波变幅杆3与超声波换能器4采用螺纹或螺栓连接，使超声波换能器下端与超声波变幅杆上端面紧密接触，超声电源通过电缆与超声波换能器之间进行连接。焊炬1与立焊试板的夹角α为30-70°，超声波产生装置同焊炬1之间的夹角β为70-140°。