[发明专利]一种镍基复合管的新型焊接装置及其焊接方法

说明书

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种镍基复合管的新型焊接装置及其焊接方法，包括超声波发生器、换能器、换能器夹具、焊接电源、焊枪、焊枪夹具、焊接摆动器、摆动器支架、送丝软管、导管、辅助送丝软管、工件控制装置；焊接方法包括以下步骤：S1.将待焊的镍基复合管安装在焊接变位机上；S2.将焊枪对准镍基复合管的焊缝的中心；S3.打开焊接电源、超声波发生器，启动自动送丝机构，辅助送丝软管喷出焊丝，通过焊枪焊接，完成镍基复合管的焊接。本发明将超声波引入焊缝熔池，使得超声波的空化效应、振动效应传递到熔池，打断熔池中正在生长的柱状晶，细化焊缝晶粒，使得焊缝元素分布更加均匀，改善焊缝成型质量，提高焊缝理化性能。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种镍基复合管的新型焊接装置及其焊接方法。

背景技术

目前，镍基合金可使用的范围已非常广泛，几乎任何一种类型的耐腐蚀场合都能选择一种镍基合金材料。镍基合金复合管是以镍基合金作为管道的内衬层，以碳钢作为外部基管，内衬层和基管分别具有良好的耐蚀性能和力学性能，这种新型产品既提高了管道的安全性，又延长了管道的使用寿命，特别在输送腐蚀性油气方面，将大大降低使用成本，提高经济效益。

镍基合金复合管因其优良的综合使用性能，已被越来越广泛的使用；但是镍基合金复合管的焊接质量难以控制，易对其使用性能造成不良影响，如内衬层镍基合金相对于碳钢而言的，其热导率小、粘度大、流动性差易造成焊瘤、成分偏析等缺陷，尤其对于沉淀强化的镍基合金，其合金元素铌在焊接过程中的偏析较为严重，生成的Laves相和NbC会严重降低焊缝的理化性能；焊接时，因镍基合金和碳钢的线膨胀系数差别较大，易引起焊接热裂纹；此外，镍基合金的焊缝熔池较浅，且对有害气体、杂质元素较为敏感，这对焊缝成型质量也是不利的。

目前为止，解决这一问题的办法是控制焊接热输入如焊接速度、焊接电流、焊接电压等，以及严格清理被焊工件后尽快焊接。但是在实际焊接过程中仍然存在清理与焊接的不同步，尤其当施焊环境湿度较大时，会导致较大的气孔形成倾向，另外控制焊接参数也往往会出现顾此失彼的现象，很难综合解决问题。

超声波是频率高于20kHz的一种机械振动，在液态及固液混合介质中传播时会产生空化、声流、热和机械振动等非线性效应。焊接过程中，将超声波引入焊接熔池，利用超声波的空化效应、声流效应、热效应、振动效应可以改变焊缝熔池的结晶过程，尤其空化作用产生的空化泡在溃缩过程产生大量的高能密度点，导致产生热效应和物理化学效应，液体中的微小气泡核在超声波作用下被激活，表现为气泡核的振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列非线性的动力学过程。在空化泡振荡的崩溃阶段，在极短的时间内，在极小的空间里产生5000K以上的高温和5×107Pa的高压，温升速率高达109 K/s，并伴有高达400 km/h 的射流，这就为在一般条件下难以实现或不可能实现的物理化学过程，提供了一种新的非常特殊的物理环境，超声空化过程会产生强烈的冲击波，可以打碎初生的粗大晶体和正在长大的枝晶，从而增加形核质点，提高形核率，此外，超声空化效应产生的局部高温、高压会使局部熔体的熔点上升，有效过冷度增加，亦会提高形核率，这些对晶粒细化、成分均匀化、降低成分偏析程度是有利的。但是将超声波引入镍基合金复合管的焊接过程还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种镍基复合管的新型焊接装置及其焊接方法，在不改变原有设备的前提下，通过添加辅助装置将超声波引入焊缝熔池，使得超声波的空化效应、振动效应传递到熔池，打断熔池中正在生长的柱状晶，细化焊缝晶粒，使得焊缝元素分布更加均匀，改善焊缝成型质量，提高焊缝理化性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种镍基复合管的新型焊接装置，包括超声波发生器、换能器、换能器夹具、焊接电源、焊枪、焊枪夹具、焊接摆动器、摆动器支架、送丝软管、导管、辅助送丝软管、工件控制装置；