[发明专利]一种高频-电弧复合焊接方法

说明书

本发明公开了一种高频‑电弧复合焊接方法，该方法复合了电弧焊和高频焊两种焊接方法，在电弧焊接同时对工件馈入高频电流，利用高频电流强烈的趋肤效应和邻近效应，使熔池及熔池前沿的焊缝侧壁内部产生高频电阻热，将一部分焊接能量直接馈至母材待焊面，可突破传统电弧焊接由热传导机制决定的熔深小和焊接速度慢的局限，大幅增加焊接熔深和焊接效率。同时高频电流产生的高频交变磁场对熔池金属有一定的搅拌激荡作用，有利于改善焊缝组织和焊缝成形。另外，该方法还可用于异种金属熔钎焊、钎焊:在使用钎剂的焊接过程中，该方法能有效地改善钎剂的去膜作用，极大地促进钎料金属在母材表面尤其是母材背面的润湿和铺展，改善焊缝成形。

技术领域

本发明属于技术材料加工焊接技术领域，具体涉及一种高频-电弧复合焊接方法。

背景技术

电弧焊接作为应用最广泛、应用量最大的焊接方法，具有设备简单，成本低廉、操作方便等优势，是其他焊接方法难以企及的，造就了其在焊接生产中不可替代的地位。随着现代工业的发展，新材料及大厚结构的不断应用，工业生产对焊接效率和质量的要求越来越高。传统电弧焊是典型的热传导型焊接方法，对工件的加热依赖热量传导，热量在工件中的传导速率因材料本身的性质而异且需要一定的时间，熔深因此受到热传导效率的限制，往往只能通过增大热输入、降低焊速等手段来保证焊缝成形。这在很大程度上限制了电弧焊接能力和效率的提高，决定了其难以实现低热输入，大深宽比焊接，无法完全满足现代制造业的要求。近年来，高能量密度焊接热源如等离子弧、激光、电子束等逐渐推广应用。这类焊接技术在原理上有别于传统电弧焊接，往往在焊接过程中利用小孔效应形成深熔焊，具有较高的焊接能力和较高的生产效率，但在焊接结构和环境条件的适应性方面不同程度地存在局限性且价格昂贵，仍无法完全取代电弧焊接。如何降低传统电弧焊的热输入，提高其焊接效率和焊接能力仍是备受关注的问题。

关于提高电弧焊接深宽比及焊接效率的相关专利，如专利号为CN101190484，名称为“大深宽比钨极惰性气体保护焊工艺”，公开了一种通过向氦基惰性保护气体中加入微量活性气体(氧气或二氧化碳)，在焊接过程中微量活性气体分解并向液态焊接熔池溶解，调整熔池中活性组元氧的含量，改变熔池表面张力温度梯度系数和熔池对流方向，从而控制熔池内热对流和热传播方向，获得高深宽比熔池形貌，提高焊接效率的焊接方法。又如专利号CN10351711A，发明专利名称为“一种中厚板对接单道单面焊双面成形高效焊接方法”，公开了一种 通过多热源复合实现中厚板对接一次性单面填充焊接的方法，可提高焊接效率，减小焊接变形，减小残余应力，提高焊接接头的质量。类似的专利并未涉及电弧焊接导热机制的改变，从而在提高焊接熔深及焊接效率方面的效果有限，不能从根本上解决电弧焊接因其热传导机制决定的局限性。

高频焊以固体电阻热为能源，利用高频电流的集肤效应和邻近效应在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态，随即施加顶锻力而实现金属的结合，是20世纪初由低频和中频技术发展而来的一种机械化、自动化焊接方法。由于高频电流具有很强的趋肤效应和邻近效应，焊接过程中集中在焊缝两侧的母材端面，能量高度集中，加热十分迅速，焊速可高达150-200m/min，且热影响区很小。如此高的焊接效率是其他焊接方法无法匹敌的。然而传统高频焊需要外加的顶锻力作用于焊缝两侧母材，使待焊面在高温下受挤压形成结合，因此在焊接结构和焊接质量等方面具有很大的局限性，难以得到普遍应用。本发明结合传统电弧焊和高频焊的特点，将两种焊接方法进行复合，取长补短，提出一种低成本、低热输入、强焊接能力的高效复合焊接方法。

关于高频焊接与其他焊接形式的复合焊接方法，如专利（文件号CN103212781A）“高频接触-搅拌摩擦复合焊接装置及焊接方法”公开了一种将高频接触焊接与搅拌摩擦焊接相结合的复合焊接装置和方法。该发明利用高频电流对搅拌针前方工件待焊面进行预热，无需集流环等为搅拌头进行通电加热的装置，提前加热软化高熔点高硬度被焊金属，辅助搅拌摩擦焊接的顺利进行，提高搅拌针的使用寿命。本发明专利所提出的高频-电弧复合焊接方法与上述发明提出的方法是两种完全不同的复合焊接方法，本发明中高频电流对焊接过程的作用及解决的问题也与该发明完全不同。目前尚无关于高频接触焊接与电弧焊接的结合的报道。

发明内容