一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于焊接技术领域，具体的说，是涉及一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统。
【背景技术】
[0002]在许多大型建设工程中，焊接都是非常重要的技术环节。熔化极气体保护焊是目前在工业生产中应用非常普遍的焊接方法，其中熔滴过渡状态对焊缝成形、飞溅大小和焊接过程的稳定性等影响很大。在全位置熔化极气体保护焊特别是仰焊过程中，熔滴反重力运动，过渡困难，焊接熔池金属容易在重力作用下流淌，不易控制，焊缝成形差，严重影响焊接质量。另外，由于受到熔滴过渡和熔池金属流淌问题的限制，目前的全位置焊接特别是仰焊过程大多由手工焊完成，焊接效率低，工人劳动强度大。因此，解决全位置熔化极气体保护焊特别是仰焊时的熔滴过渡困难及熔池金属流淌问题具有重大意义。
[0003]近场超声悬浮是利用高强度声场产生的声辐射压力来平衡物体的重力，使声场中的物体悬浮起来。相对于磁、静电以及气动悬浮等方法，近场超声悬浮方法对被悬浮材料无特殊要求，而且结构相对简单，便于实施。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，将近场超声悬浮技术应用于熔化极气体保护焊过程，利用声辐射压力解决在横焊、立焊、仰焊等焊接工位金属熔滴过渡困难和熔池金属向下流淌的技术问题，能够提高焊接效率与焊缝成形率，实现高质量熔化极气体保护焊焊接。
[0005 ]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0006]—种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，包括焊接系统和超声悬浮系统，所述焊接系统包括熔化极气体保护焊焊枪和焊接电源，所述超声悬浮系统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，所述超声波发生器包括换能器和变幅杆;所述超声波发生器用于在所述熔化极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池与金属熔滴，且所述超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下方，使熔池金属受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于或等于熔池金属受到的重力，同时使金属熔滴受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于金属熔滴受到的重力。
[0007]其中，所述超声波发生器的变幅杆端部截面积大于焊接熔池表面积。
[0008]其中，所述超声波发生器的变幅杆端部涂覆有耐高温涂层。
[0009]其中，所述超声波发生器的变幅杆为非常规变幅杆，其端部的截面形状为T形或倒三角形。
[0010]其中，所述超声波发生器的变幅杆轴线与待焊工件表面的经过焊接熔池中心的切面之间的角度为30-90度。
[0011]其中，所述超声波发生器的变幅杆端部与焊接熔池的距离大于所述熔化极气体保护焊焊枪的焊丝尖端与焊接熔池的距离。
[0012]其中，所述超声波发生器与所述熔化极气体保护焊焊枪的相对位置在焊接过程中保持固定不变。
[0013]其中，所述超声波发生器的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离为lmm-lOmm。
[0014]其中，所述超声波发生器的变幅杆轴线与所述熔化极气体保护焊焊枪的喷嘴轴线之间的角度为10-80度。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]本发明提供了一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，将近场超声悬浮技术与熔化极气体保护焊技术相结合，并且对超声悬浮系统、焊接系统与待焊工件的相对位置包括距离、角度等做出了有效规范，还对变幅杆的形状进行了合理的优化设计，使电弧力与超声悬浮力较好的相互配合，使金属熔滴顺利过渡，并防止熔池金属在重力作用下发生流淌问题，本发明能够实现熔化极气体保护焊的高效率焊接，并且提高了焊缝的成形性。
【附图说明】
[0017]图1是基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统的结构示意图；
[0018]图2是非常规变幅杆的形状示意图，其中(a)为T形端部变幅杆，(b)为倒三角形端部变幅杆。
[0019]图中:1.待焊工件，2.待焊工件固定装置，3.熔化极气体保护焊焊枪，4.焊枪固定装置，5.焊接电源，6.可运动小车，7.超声波发生器，8.超声波发生器固定装置，9.超声波发生器电源控制箱。
【具体实施方式】
[0020]下面以仰焊的焊接工位为例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
[0021]如图1所示，本实施例提供了一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，主要包括焊接系统和超声悬浮系统。焊接系统和超声悬浮系统相互配合，同步工作，焊接系统对待焊工件I进行焊接，电弧热源不断熔化待焊工件I形成焊接熔池，同时利用超声悬浮系统使金属熔滴在超声辐射压力和电弧力共同作用下连续过渡到熔池中，超声辐射压力与电弧力作用于熔池金属，防止熔池金属在重力作用下向外流淌，使熔池金属在焊接熔池内正常凝固。
[0022]本实施例中的待焊工件I为Q345钢板，厚度为8mm，焊接过程中通过待焊工件固定装置2保持固定。
[0023]焊接系统包括熔化极气体保护焊焊枪3、焊枪固定装置4和焊接电源5。熔化极气体保护焊焊枪3连接焊接电源5，并通过焊枪固定装置4固定在可运动小车6上。熔化极气体保护焊焊枪3直径为10mm，焊丝直径为1.2mm，电弧长度为1.5mm。熔化极气体保护焊焊枪3以45度的焊接角度对待焊工件I进行仰焊。
[0024]超声悬浮系统包括超声波发生器7、超声波发生器固定装置8和超声波发生器电源控制箱9，其中超声波发生器7包括换能器和变幅杆，换能器将电能转化为超声能量，变幅杆将超声波幅度增大。超声波发生器7的功率和振幅应保证超声辐射压力与电弧压力的合力大于或等于熔池金属受到的重力，在具体实施过程中，超声波发生器7的功率和超声振幅的选择根据具体的熔池尺寸选择即可。超声波发生器7连接超声波发生器电源控制箱9，并通过超声波发生器固定装置8固定在同一可运动小车6上。超声波发生器7的功率为900W，超声振幅为30um，超声波发生器7的变幅杆端部形状为T形，直径为10mm。超声波发生器7的变幅杆端部截面积应大于焊接熔池表面积，这样能够保证熔池内部所有液态金属都处在超声波发生器7发出的超声辐射压力影响范围之内。超声波发生器7的变幅杆端部涂覆有耐高温涂层，以防止变幅杆端部因为焊接电弧的高温而熔化或者变形。在本实施例中，超声波发生器7的变幅杆轴线与待焊工件I的夹角为75度，这是为了在不影响熔化极气体保护焊焊枪3工作的情况下提供较大的反重力方向的声辐射压力。
[0025]如图2所示，超声波发生器7的变幅杆为非常规变幅杆，其端部的截面形状为T形(图2(a))或倒三角形(图2(b))，采用非常规变幅杆可以使超声波发生器7的变幅杆端部与熔化极气体保护焊焊枪3配合更加紧密，以提供更合理的声辐射压力。
[0026]可运动小车6同时带动熔化极气体保护焊焊枪3与超声波发生器7进行运动，熔化极气体保护焊焊枪3与超声波发生器7的相对位置在焊接过程中保持固定不变，可运动小车6在焊接过程中沿图1中箭头所示的方向运动。
[0027]超声波发生器7的变幅杆端部与焊接熔池的距离大于熔化极气体保护焊焊枪3的焊丝尖端与焊接熔池的距离，这样就可以保证熔化极气体保护焊焊枪3的焊丝尖端和金属熔滴的位置能够同时处于超声波发生器7的变幅杆端部与焊接熔池之间，如此可使金属熔滴在超声辐射压力和电弧压力的合力作用下顺利过渡到焊接熔池中。
[0028]—般地，超声波发生器7的变幅杆轴线与熔化极气体保护焊焊枪3的喷嘴轴线之间的角度在10-80度范围内。超声波发生器7的变幅杆轴线与待焊工件I表面的经过焊接熔池中心的切面之间的角度为30-90度。由于超声波发生器7的变幅杆端部发出的超声辐射压力的较强位置一般在距离超声波发生器7端部300um-10mm，而熔化极气体保护焊焊枪3的焊丝尖端与焊接熔池的距离一般大于1mm，所以为了保证超声波发生器7的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离大于熔化极气体保护焊焊枪3的焊丝尖端与焊接熔池的距离，本发明的超声波发生器7的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离在Imm-1Omm范围内选择。以上参数的具体数据选用在实际工况中根据熔池尺寸和超声波发生器7的变幅杆端部尺寸进行确定。
[0029]超声波发生器7在熔化极气体保护焊焊枪3对待焊工件I进行焊接的同时作用于焊接熔池和金属熔滴，电弧力与超声悬浮力相互叠加，使金属熔滴所受到的反重力方向的推力大于金属熔滴所受到的重力，从而使金属熔滴从焊丝尖端顺利过渡到熔池中；同时，使熔池金属受到的反重力方向的合力大于或等于熔池金属所受到的重力，防止熔池金属因重力而流淌。在仰焊、立焊或横焊的焊接工位时，本发明的超声波发生器7的变幅杆端部应位于焊接熔池中心所在水平面的下方。
[0030]本实施例焊接流程为:将待焊工件I固定在工件固定装置2上，待焊工件I在焊接过程中保持不动。将熔化极气体保护焊焊枪3与超声波发生器7通过焊枪固定装置4和超声波发生器固定装置8固定于可运动小车6上。启动焊接电源5，电弧产生，同时启动可运动小车6和超声波发生器电源控制箱9。随着熔化极气体保护焊焊枪3和超声波发生器7沿图1中箭头所示方向运动，电弧热源不断熔化待焊工件I形成新的焊接熔池，超声辐射压力和电弧力共同作用下，金属熔滴连续过渡到熔池中，超声辐射压力与电弧力作用于熔池金属，防止熔池金属在重力作用下向外流淌，形成外观良好的焊缝。直至焊接结束，停止可运动小车6，关闭焊接电源5和超声波发生器电源9。
[0031]尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，包括焊接系统和超声悬浮系统，所述焊接系统包括熔化极气体保护焊焊枪和焊接电源，所述超声悬浮系统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，所述超声波发生器包括换能器和变幅杆;所述超声波发生器用于在所述熔化极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池与金属熔滴，且所述超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下方，使熔池金属受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于或等于熔池金属受到的重力，同时使金属熔滴受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于金属熔滴受到的重力。2.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部截面积大于焊接熔池表面积。3.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部涂覆有耐高温涂层。4.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆为非常规变幅杆，其端部的截面形状为T形或倒三角形。5.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆轴线与待焊工件表面的经过焊接熔池中心的切面之间的角度为30-90度。6.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部与焊接熔池的距离大于所述熔化极气体保护焊焊枪的焊丝尖端与焊接熔池的距离。7.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器与所述熔化极气体保护焊焊枪的相对位置在焊接过程中保持固定不变。8.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离为lmm-lOmm。9.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，其特征在于，所述超声波发生器的变幅杆轴线与所述熔化极气体保护焊焊枪的喷嘴轴线之间的角度为10-80度。
【专利摘要】本发明属于焊接技术领域，公开了一种基于近场超声悬浮技术的熔化极气体保护焊焊接系统，包括焊接系统和超声悬浮系统，焊接系统包括熔化极气体保护焊焊枪和焊接电源，超声悬浮系统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，超声波发生器包括换能器和变幅杆；超声波发生器用于在熔化极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池与金属熔滴。本发明将近场超声悬浮技术与熔化极气体保护焊技术相结合，并且对超声悬浮系统、焊接系统与待焊工件的相对位置做出了有效规范，使熔池金属与金属熔滴受到的电弧力与超声悬浮力相互叠加，使金属熔滴顺利过渡，并防止熔池金属在重力作用下发生流淌，能够实现高效率焊接，提高焊缝成形性。
【IPC分类】B23K9/173, B23K37/06
【公开号】CN105710512
【申请号】CN201610119668
【发明人】罗震, 袁涛, 敖三三, 冯梦楠, 凌展翔, 樊文飞
【申请人】天津大学