调整焊枪2位于焊缝的中心线上。焊枪2位置确定后，让平台行走机构5沿步骤3做的标记线试走，试走完毕后焊枪钨极若仍位于标记线上方，则可以进入下一步调整。若没有位于标记线上方，则需要调整平台行走机构5，或者调整待焊工件I在焊接工作平台16上的位置来确保焊枪2、超声波激振装置3所在直线与焊缝重合。待前面操作达到要求后，将待焊工件I固定于焊接工作平台16上。
[0061]5、调整焊枪2高度，确保钨极位于待焊工件I上方的适当位置。
[0062]若焊枪2距离待焊工件I太高不仅氩气的保护效果得不到保证，而且超声波激振装置3在锤击工件表面过程中形成的微小冲击风会使氩气弧柱发生偏离焊缝金属的现象，形成偏吹，这样也大大削弱了氩气的保护效果。如果钨极与待焊工件I间的距离过小，在焊接过程中，由于工件的变形会使钨极粘于工件上，形成短路，阻断焊接；而且焊接过程中弧柱周围产生的大量的热量无法迅速散发，容易烧伤焊枪的保护嘴。所以钨极与待焊工件I间的距离需要通过经验和实验来严格控制。
[0063]6、沿图3所示的左右方向，分别调整三个超声波激振装置夹具14，使得垂向超声波激振装置3位于焊枪后方一定距离dl上、横向超声波激振装置4、7位于焊枪后方与焊缝中心截面相垂直方向(横向)两侧一定距离d2上。
[0064]7、接通焊接电源9、循环水冷装置11、平台行走机构控制器12、超声波发生器34的电源。
[0065]8、开始焊接:
[0066]打开循环水冷装置11的开关，对焊枪2通循环水进行冷却。打开焊机电源和氩气瓶10，调整焊接方法、冷却方式，调节焊接电流、焊接电压以及气体流量。在工作前首先将焊机调到检气，待气体流量达到要求后方可工作。
[0067]分别打开三个超声波发生器34，调节超声波功率。引燃电弧，开始焊接，同时焊接工作平台16带动待焊工件I以速度V平稳移动，当焊枪2离开待焊工件I时，切断焊接电源9电源，当垂向和横向超声波激振装置3、4、7完全离开待焊工件I时，分别切断超声波发生器34的电源。同时切断平台行走机构控制器12的电源，停止工作。
[0068]以2mm厚、200X320mm的LY12硬铝合金薄板为例，相应所需要的焊接
[0069]参数如下:焊接速度V:3-5mm/s ；
[0070]超声波激振装置3、4、7的冲击功率:100W-300W ；
[0071]焊接电流:80A-90A;
[0072]气体流量:20L/min；
[0073]冷却方式:水冷；
[0074]焊枪钨极与待焊工件i的距离:2-3mm ;
[0075]焊枪2与超声波激振装置3之间的距离:35-60mm ;
[0076]焊枪2与超声波激振装置4、7之间的距离:5-15mm。
[0077]9、关闭氩气瓶10的气体，打开夹具，取出工件，待冷却水循环一段时间后关闭循环水冷装置。
[0078]至此，焊接过程全部完成。
[0079]综上所述，本发明的设计重点在于，其主要是在焊枪2的后方设置三个超声波激振装置3、4、7，焊枪2和垂向超声波激振装置3均设置在焊缝的正上方位置，焊枪2位于前方，垂向超声波激振装置3位于焊枪后方，横向超声波激振装置4、7设置在与焊缝中心截面相垂直方向(横向)的两侧。焊接过程中，超声波激振装置3、4、7追随于焊枪2后方同步移动，直至全部焊接完成。这种焊接方式，是在焊接过程中一方面通过垂向超声波激振装置3对处于低塑性区的焊缝金属进行激振，以降低焊接应力和变形，同时对熔池后方处于脆性温度区间的冷凝状态的焊缝金属通过两个横向超声波激振装置4、7施加一横向挤压应变，抵消焊缝固有的致裂拉伸应变，从而消除热裂纹的产生。同时，能够细化焊缝金属晶粒，并改变晶粒结晶的方向性，使组织趋于更加均匀，改善焊接接头力学性能。
[0080]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种双向随焊超声波控制焊接变形及热裂纹的方法，其特征在于:包括以下步骤 第一，首先确定待焊接材料的脆性温度区间Tb; 第二，确定待焊工件(I)的焊接温度场； 第三，在待焊工件(I)的宽度方向的中心位置画一条标记线，焊缝中心位于此标记线上; 第四，装夹待焊工件(I)，在焊接前首先要确保焊枪(2)、垂向超声波激振装置(3)所在直线与焊缝中心重合； 第五，调整焊枪(2)高度，确保焊枪钨极位于待焊工件(I)的上方的适当位置； 第六，分别调整垂向和横向超声波激振装置(3、4、7)的对应夹具(14)，使得垂向超声波激振装置(3)位于焊枪(2)后方一定距离dl上、横向超声波激振装置(4、7)位于焊枪后方与焊缝中心截面相垂直方向两侧一定距离d2上； 第七，使平台行走机构(5)电性连接平台行走机构控制器(12);使垂向超声波激振装置(3)和两横向超声波激振装置(4)、(7)分别与各自对应的超声波激振装置发生器(34)相连；使焊枪(2)与焊接电源(9)的出水端、出气端连接，焊枪(2)的回水端与焊接电源(9)的回水端进行连接，焊接电源(9)的进水端与循环水冷装置(11)连接，焊接电源(9)的进气端与氩气瓶(10)连接；接通焊接电源(9)、循环水冷装置(11)、平台行走机构控制器(12)、超声波发生器(34)的电源； 第八，开始焊接:打开循环水冷装置(11)的开关，对焊枪(2)通循环水进行冷却；打开焊机电源和氩气瓶(10)，调整焊接方法、冷却方式，调节焊接电流、焊接电压以及气体流量；分别打开三个超声波发生器(34)，调节超声波功率；引燃电弧，开始焊接，同时由平台行走机构控制器(12)驱动焊接工作平台(16)带动待焊工件(I)以速度V平稳移动，当焊枪(2)离开待焊工件(I)时，切断焊接电源(9)电源，当垂向和横向超声波激振装置(3、4、7)完全离开待焊工件(I)时，分别切断超声波发生器(34)的电源；同时切断平台行走机构控制器(12)的电源，停止工作； 第九:关闭氩气瓶(10)的气体，打开焊接工作平台(16)的夹具，取出已焊好的工件，待冷却水循环一段时间后关闭循环水冷装置(11)，至此，焊接过程全部完成。
2.根据权利要求1所述的一种双向随焊超声波控制焊接变形及热裂纹的方法，其特征在于:第二步骤中，确定待焊工件(I)的焊接温度场的方法是，取一个能够反映实际待焊工件温度场的试验件，在实际焊接工艺下对该试验件施焊，测量该试验件的焊接温度场，确定试验件上焊接电弧中心与脆性温度区间Tb上限温度T i和下限温度T 2间的距离L L 2，从而确定待焊工件的焊接熔池中央与脆性温度区间Tb上限温度T i和下限温度T 2间的距离L !和L20
3.根据权利要求2所述的一种双向随焊超声波控制焊接变形及热裂纹的方法，其特征在于:第六步骤中，所述垂向超声波激振装置(3)冲击头中心位于待焊工件(I)的焊接低温塑性区；所述横向超声波激振装置(4、7)作用位置位于待焊工件(I)的焊接熔池中央与该焊接材料脆性温度区间Tb上限温度T i和下限温度T 2对应位置间的距离L #卩L 2之间。
4.根据权利要求1所述的一种双向随焊超声波控制焊接变形及热裂纹的方法，其特征在于:第四步骤中，焊枪(2)通过移动焊枪夹具(6)来调整焊枪(2)位于焊缝的中心线上，焊枪(2)位置确定后，让平台行走机构(5)沿第三步骤所做的标记线试走，试走完毕后焊枪钨极若仍位于标记线上方，则可以进入下一步调整；若没有位于标记线上方，则需要调整平台行走机构(5)，或者调整待焊工件(I)在焊接工作平台(16)上的位置来确保焊枪(2)、超声波激振装置(3)所在直线与焊缝重合，待前面操作达到要求后，将待焊工件(I)固定于焊接工作平台(16)上。
【专利摘要】本发明公开一种双向随焊超声波控制焊接变形及热裂纹的方法，包括焊接工作平台、平台行走机构、焊枪和三个超声波激振装置，其中，焊枪和垂向超声波激振装置均设置在焊缝的正上方位置，焊枪位于前方，垂向超声波激振装置位于焊枪后方，横向超声波激振装置设置在与焊缝中心截面相垂直方向(横向)的两侧；焊接过程中，三个超声波激振装置追随于焊枪后方同步移动，直至全部焊接完成；这种焊接方式，是在焊接过程中一方面通过垂向超声波激振装置对处于低塑性区的焊缝金属进行激振，以降低焊接应力和变形，同时对熔池后方处于脆性温度区间的冷凝状态的焊缝金属通过两个横向超声波激振装置施加一横向挤压应变，抵消焊缝固有的致裂拉伸应变，从而消除热裂纹的产生。
【IPC分类】B23K9-32, B23K9-167, B23K9-235
【公开号】CN104801829
【申请号】CN201510154014
【发明人】周广涛, 陈志伟, 张华 , 苏礼季, 陈聪彬, 刘骏, 黄海瀚, 郭广磊, 郭玉龙
【申请人】华侨大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月2日