[发明专利]超声频脉冲电弧气电立焊方法及应用

说明书

本发明公开一种超声频脉冲电弧气电立焊方法及应用，其在超声频脉冲电源输出端串联大功率超声耦合器后，将超声频脉冲电源与气电立焊电源以并联方式向焊炬供电，实现对直流气电立焊大功率电弧的可调频调幅超声频脉冲调制；所述大功率超声耦合器包括有感的线绕限流电阻和与之串联的大电流耦合电容，使耦合电容可直接与包括限流电阻自生电感在内的线路分布电感成串联谐振状态，从而简化超声频脉冲耦合电路，实现超声频脉冲电流耦合效果最大化。本发明超声频脉冲电流调节方便、耦合效果好，可提高气电立焊电弧稳定性、改善焊缝成形、细化接头组织、提升接头强韧性，并可提高气电立焊速度，工艺适应性强，实施成本低，适用于单丝或双丝气电立焊。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种超声频脉冲电弧气电立焊方法及应用。

背景技术

通过在熔化极焊接电弧上叠加超声频脉冲电流，激发电弧产生超声波，可改善焊缝组织，提高电弧焊接头力学性能。另一方面，气电立焊是一种大热输入、全板厚单道一次成形的熔化极电弧焊工艺，电弧功率大(电弧电流300～450A左右)，熔池体积大(在全板厚上为单熔池)，需要引入大幅值的超声频脉冲电流才能有效激发电弧和熔池的超声振动效应。目前，未见将超声频脉冲电流引入气电立焊电弧的报道。

中国专利号为201210285810.7、名称为“一种用于ODS合金的超声电弧焊接方法”的发明专利，通过超声激励电源和RC耦合电路，在直流TIG焊接电弧上并联叠加一种激励电流频率为28～80kHz、激励电流为0～30A的超声频交变电信号，激发超声波作用于ODS合金的焊接熔池，以去除焊缝气孔并细化焊缝组织。其缺点是：①电弧电流(60～150A)、激励电流(不超过30A)、隔直电容值(40～100PF)均较小，通用性不强；②没有优化隔直电容值，直接影响超声频交变电信号的耦合作用效果；③通过RC耦合电路中的变阻器(0～200Ω)来调节加载到电弧中的超声激励电压和电流的大小，会改变回路线路分布电感值大小，直接影响超声频交变电信号的耦合作用效果。

中国专利号为201810913444.2、名称为“超声电弧贴合滚压薄壁钢管焊接装置及焊接方法”的发明专利，在钨极氩弧焊电源上耦合叠加一种频率为10～800kHz、激励电流为0～60A的超声频交变电信号，将超声波通过钨极氩弧焊电弧引入到焊接熔池中，以细化薄壁钢管焊缝晶粒。其缺点是：①适用焊接电流小(110A)，通过用性不强；②对作为关键技术的耦合电路，没有实施方案，实用性不强。中国专利申请号为202011208648.X、名称为“一种用于铝合金的超声窄间隙焊接系统及方法”的发明专利，通过由限流电阻和耦合电容构成的RC耦合电路，将超声频电信号并联耦合进入窄间隙焊接电弧，以细化铝合金焊缝组织、减低焊缝气孔率。其缺点是：①选取耦合电容值时，没有考虑耦合回路电感的作用，无法获得最优耦合电容值，导致超声频电信号的耦合作用效果不佳；②焊接过程中需要层间调节超声激励电信号强度，操作复杂，通用性不强；③没有对超声激励电源的输出电流值进行标定，不方便定量调节超声频脉冲电流，实用性不强。

中国专利申请号为202110807556.1、名称为“一种用于超声电弧焊接的隔离耦合及自动开关控制装置”的发明专利，在三支电感和五路电容的基础上，通过不同的电容电感值组合，通过不同的串并联组合，调节超声频脉冲耦合回路的电容和电感值，完成与超声频率的匹配，将超声电信号引入焊接电弧，以激发电弧超声。其缺点是：①通过该装置中有限数量的电感和电容组合，仅可对回路电容和电感值进行有级调节，难以在超声频电信号的全频段上实现最优耦合，影响超声频电信号的耦合作用效果；②没有考虑耦合回路中的线路分布电感作用，仅通过该装置本身不能使耦合回路产生串联谐振，导致超声频电信号的耦合效果不佳；③在该装置中，没有直接利用耦合回路中的线路分布电感，至少需要串联一个附加的固定电感，使超声频电信号耦合电路复杂化；④根据该装置的实物图(附图2)来判断，该装置中采用的电容器均为小电流容量的电容器，每路电容由多个小电流电容器并联而成，使超声频电信号耦合电路复杂化，在耦合大电流超声频信号时实用性不强；⑤在该装置中，没有设置限流电阻，容易烧坏外接的超声电源和回路中的耦合电容，实用性不强。