一种微弧堆焊系统的制作方法

本发明涉及一种微弧堆焊系统,属于再生制造领域中的精密修复和表面强化技术。

背景技术：

微弧堆焊技术的工作原理是：当电极与工件接触时，电源输出高能放电脉冲，在电极和工件接触点的小区域范围内产生极大的电流密度而使接触点处的电极和工件材料瞬间熔化及气化，引发微弧放电，电极熔化的材料通过微弧过渡到工件表面形成堆焊层。该技术是基于电火花放电过程的电蚀现象和阳极材料在微弧放电时向阴极转移的现象而建立的。由于微弧堆焊的放电过程在瞬间完成，工件不会产生热扩散和热变形，具有热输入量小、工件基体不发热等优点，所以广泛应用在模具、电机主轴等设备的缺陷和小面积破损的精密修复中，还可应用到零件的表面强化和改性处理中。

为防止电极与工件焊接在一起，在堆焊过程中常采用旋转电极。常用微弧堆焊电源的电极转速一般为3000r/min左右，即50r/s，则电极每微秒旋转角度为通常电源输出的高能脉冲的脉宽为10μs，当电极半径为2.5mm时，在一个放电脉冲时间内电极旋转的角度为0.18°，电极旋转的弧长为也就是说，在脉冲放电过程中，电极与工件之间的相对位移很小，相当于在静止状态下产生短路接触放电。所以，微弧放电的规范参数(微弧电流密度、电压、弧长等)与电极与工件的接触状态、电极与工件的表面形貌等密切相关。

在实际操作时，由于人工操作旋转电极与工件接触进行堆焊，电极与工件之间的接触状态很难保证一致：当接触力较大或电极与工件表面光滑时，电极与工件之间的接触面积较大，脉冲电流密度小，甚至无法产生微弧；当接触力较小或电极与工件表面粗糙时，电极与工件之间的接触面积很小，短路电流密度较大，容易产生飞溅，形成较大弧坑。所以，在堆焊过程中，微弧规范很难确保稳定，从而影响堆焊层的质量和表面成形，容易产生局部高点或未熔合等缺陷，常常需要对堆焊表面进行人工加工后才能重新进行堆焊。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于调整旋转电极与工件接触状态以提高微弧堆焊质量的微弧堆焊系统。

为实现上述目的，本发明所提供的微弧堆焊系统的技术方案是：一种微弧堆焊系统，包括旋转电极和用于固定设置工件的工作台，所述工作台支撑设置在振动方向沿上下方向延伸的辅助振动装置上。

所述辅助振动装置为超声辅助振动装置，超声辅助振动装置包括竖向的变幅杆，该变幅杆由超声波发生器通过超声波换能器驱动振动。

所述超声波发生器为振幅和/或振动频率可调的可调超声波发生器。

所述可调超声波发生器的振幅和振动频率均可调，振幅调整范围为2μm-10μm，振动频率调整范围为500kHz-1000kHz。

微弧堆焊系统包括微弧堆焊电源，微弧堆焊电源的正极与旋转电极导电连接、负极与所述工件导电连接。

本发明的有益效果是：本发明所提供的微弧堆焊系统中，工作台支撑设置在辅助振动装置上，由辅助振动装置通过工作台驱动工件在竖向上进行振动，从而调整工件与旋转电极的间距。在旋转电极与工件接触进行微弧堆焊时，旋转电极与工件之间由于辅助振动装置的驱动作用而发生多次的接触和断开，从而由原来一个脉冲微弧变为多个脉冲微弧，这种施加振动的微弧堆焊方法有以下优点：振动产生拉弧，减小短路电流，降低飞溅，增加了微弧时间，有利于微弧过渡，提高堆焊效率，形成均匀致密的堆焊层，有效调整旋转电极与工件接触状态以提高微弧堆焊质量。

进一步地，辅助振动装置采用超声辅助振动装置，振动频率高，结构相对简单，这种超声辅助有以下优点：增加了微弧时间，有利于微弧过渡，提高堆焊效率，形成均匀致密的堆焊层；超声振动使电极与工件接触状态相对稳定，微弧规范也稳定，确保了堆焊层的质量；产生的细小微弧降低了堆焊表面层的粗糙度，改善了表面成形；超声振动对堆焊层有一定的挤压作用，改善了堆焊层的应力分布，有利于防止堆焊层的微裂纹，提高堆焊层的质量和厚度。

进一步地，超声波发生器的幅值和频率可调，这样有利于适应不同要求下的堆焊工艺，获得最佳的堆焊层质量。

附图说明

图1为本发明所提供的微弧堆焊系统的一种实施例的结构示意图(竖向箭头表示竖向振动，弧形箭头表示旋转电极转动方向)；

图2为图1所示堆焊装置中的超声振动原理图；

图3为图1中微弧堆焊电源的输出电压波形；

图4为对应图3所示输出电压波形的堆焊过程中的微弧电压波形；

图5为超声振动时旋转电极与工件的间隙随时间的变化图；

图6为施加超声振动后一个正脉冲输出过程中的微弧电压波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步地说明。

本发明的微弧堆焊系统的具体实施例，如图1至图6所示，该实施例中的微弧堆焊系统包括旋转电极2和用于固定设置工件的工作台4，此处的旋转电极2设置于旋转焊枪1的端部，旋转电极2在使用时位于工作台4上方，工作台4支撑设置在振动方向沿上下方向延伸的辅助振动装置，此处的辅助振动装置为超声辅助振动装置，超声辅助振动装置包括竖向延伸的变幅杆6，该变幅杆6由超声波发生器8通过超声波换能器7驱动在竖向上进行振动，而且，此处的超声波发生器8为振幅和频率均可调的可调超声波发生器。

需要说明的是，本实施例中的微弧堆焊系统包括微弧堆焊电源5，微弧堆焊电源5的正极与旋转电极2导电连接、负极与工件3导电连接。

使用时，将待加工的工件3固定放置在工作台4上，旋转焊枪1带动旋转电极2旋转，旋转电极2接微弧堆焊电源5的正极，工件3接微弧堆焊电源5的负极。工作台4在超声辅助振动装置的作用下可产生竖向上的超声振动，其频率和振幅可进行调整。超声振动的幅值为2μm-10μm，振动频率确保在微弧堆焊电源输出正脉冲的时间内产生5-10次的振动。在旋转电极2与工件3接触进行微弧堆焊以形成堆焊层9时，旋转电极与工件之间不断进行着超声振动。在微弧堆焊电源输出一个正脉冲时，旋转电极与工件之间由于超声振动发生了多次的接触和断开，从而由原来产生的一个脉冲微弧变为产生出多个脉冲微弧。

如果超声辅助振动装置不工作，微弧堆焊电源具体可选用HMT-09型电火花堆焊修复机，输入电压AC220V，输出电压范围20-100V，脉冲频率调节范围50-500Hz，脉冲宽度调节范围10-100μs。旋转电极接电源输出的正极，工件接电源输出的负极。在脉冲频率为500Hz，正脉冲宽度为10μs时其电源输出电压波形如图3所示，在堆焊过程中旋转电极与工件之间产生的微弧电压波形如图4所示。受到旋转电极与工件的接触状态的影响，其产生的微弧规范很不稳定，容易产生飞溅，影响堆焊效率和质量。

当超声辅助装置工作时，工作台在超声辅助振动装置的作用下可产生竖向向上的超声振动，其振动频率和振动幅值可进行调整。超声振动的幅值调节范围2μm-10μm，超声振动频率的调节范围是500kHz-1000kHz，在10μs的正脉冲过程可以使工件与电极之间产生5-10次的振动。当超声振动频率为1000kHz时电极与工件之间的间隙随时间的变化曲线如图5所示，工件与电极之间产生10次振动，施加超声振动后一个正脉冲输出过程(即10μs)中的电极与工件之间的微弧电压波形如图6所示。此时电极与工件的接触状态比较稳定，产生的多个微弧规范比较稳定，确保了堆焊的效率和质量，同时提高了表面成形，降低了堆焊层的内应力。

上述实施例中，辅助振动装置采用超声辅助振动装置，在其他实施例中，辅助振动装置也可采用凸轮振动装置或其他结构的振动装置，只要可以在相应方向上驱动工作台带着工件进行振动而改善工件与旋转电极的接触状况即可。

上述实施例中，超声波发生器的振幅和频率均可调，在其他实施例中，也可仅使超声波发生器的振幅或频率可调。