专利名称：一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，具体地说是一种用超声波与非熔化极气 体保护焊复合的焊接方法，属非熔化极电弧焊接及电弧冶炼技术领域。 技术背景非熔化极电弧焊接是焊接的一种，通常又叫做"TIG"焊。普通TIG 焊广泛用于钛合金、铝合金、不锈钢和高温合金等的焊接生产，在惰性 气体的保护下可以获得高质量的焊接接头。但TIG焊的主要不足是其焊 接时电弧能量不集中，导致单道可焊厚度小、焊接效率低和焊后晶粒有 长大现象。对于厚度较大的焊件，需要焊前开坡口或进行多层多道焊。 因此目前普通TIG焊多用于薄件或多层焊的打底焊接。而助焊剂TIG焊技术(A-TIG)焊最早是由乌克兰E.O.Paton焊接研究 所(PWI)在60年代开发的技术。并广泛应用在前苏联用于能源、化工和 航空航天工业的焊接生产中。但是助焊剂TIG焊技术在实际操作时，需 要在焊前增加涂覆的辅助工序，并且助焊剂中部分成分属于有毒物质。 发明内容本发明的目的是提出一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法， 在非熔化极气体保护焊接条件下，超声波通过导电电极传导到焊接电弧 上，施加超声后，电弧产生明显的收縮现象。本发明具有普通TIG焊焊 接过程稳定、焊缝成形质量高的优点，同时具有提高单道焊的焊缝熔深， 该方法可实现在普通焊接环境下的高质量焊接。本发明包括以下步骤1. 超声发生源通过超声换能器，将超声频率的电信号转化为机械振 动；2. 超声换能器与超声变幅杆相接，将超声换能器的能量集中，并且将 振动幅度放大；3. 将焊接中所用的电极与变幅杆紧密结合；4.将保护气喷嘴固定在变幅杆的振动节点位置处；5.焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动超声源，换能器将电能转 换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，并传递给非熔化极；本发明所述的超声频率的电信号转化为机械振动，其振动幅度为1 um—15um，振动频率为15kHz 2MHz;本发明所述的超声换能器与超声变幅杆相接，将超声振辐放大到30 y m—150 y m;本发明对超声电源施加在超声换能器上的交变电信号进行可靠的 接地处理，熔化极焊接电弧的电源与超声电源有效电隔离； 本发明所述的超声振动部分的输入功率为lw 1000w。 本发明采用非熔化极电弧焊接可以实现有色金属、不锈钢和高温合 金等的焊接生产，在传统焊接方法的基础上，设计了一个特殊形状的工 具头，使其既作为焊枪，同时又是超声工具头，使得普通TIG焊在施加 了超声波后，对电弧有明显的压縮作用，使之焊接时的能量更加集中， 电弧温度高，焊接速度快；压縮后的电弧挺直度好，对弧长的变化不敏 感，电弧稳定性好；单位深度的焊缝热输入量少，焊接质量好；同时还 具有良好的可控性和调节性。在普通的非熔化极电弧焊接系统的基础 上，改变了焊接时所用的焊炬，通过焊炬将超声施加在焊接电弧上，提 高了焊接电弧的性能，本发明实现对传统焊接系统的改造，具有良好的 经济效益和广阔的应用市场。经过电弧传入熔池的超声波，对电弧发生 作用，造成电弧形态改变，对电弧产生了较强烈的压縮，电弧热量更加 集中，增加了焊缝的熔深，增加幅度达20%。不但保持了非熔化极电弧 焊接能够实现高品质焊接的优点，而且增加了焊缝熔深，优化接头晶粒， 提高了接头的性能。
图1是本发明方法的实验装置原理图。
具体实施方式
将超声电源的高频电信号通过换能器转换成为机械振动，换能器的 机械振动振幅较小，由下一级的变幅杆将其放大到30um—150um，最后再将振动传给镶嵌在变幅杆中的电极上，如图1所示。上述装置可以在频率为15kHz到2MHz的超声振动下工作，在电极上产生相应频率的 超声振动。超声的输入功率可以在1W到1000W之间任意调节，然后， 按照普通非熔化极气体保护焊的方法进行焊接，在施加超声后，焊接电 弧就会受到超声的压縮作用。该电弧7在对工件1进行加工时，会使能 量集中，有效地提高焊接时的电弧利用率。本发明将电弧不仅仅作为产生热量的机构，同时作为超声传导的载 体，将超声的能量直接加到电弧上，减少了不必要的结构，提高了超声 能量的利用效率。进而利用施加了超声的电弧来改变电弧的形态，改善 焊接时的能量分布情况、接头组织形态、成分的均一化程度、以及接头 的强度等力学性能。
权利要求
1.一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法，包括以下步骤1).超声发生源通过超声换能器(2)，将超声频率的电信号转化为机械振动；2).超声换能器(2)与超声变幅杆(3)相接，将超声换能器(2)的能量集中，并且将振动幅度放大；3).将焊接中所用的电极(5)与变幅杆(3)紧密结合；4).将保护气喷嘴(4)固定在变幅杆的振动节点位置处；5).焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动超声源，换能器将电能转换为振动，通过变幅杆将超声振动幅度放大，并传递给熔化极；
2. 根据权利要求1所述的一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方 法，所述的超声频率的电信号转化为机械振动，其振动幅度为l"m 一15wm，振动频率为15kHz 2MHz。
3. 根据权利要求1所述的一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方 法，所述的超声换能器(2)与超声变幅杆(3)相接，将超声振辐 放大至'j 30詣一150y m。
4. 根据权利要求1所述的一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方 法，对超声电源(8)施加在超声换能器(2)上的交变电信号进行 可靠的接地处理，熔化极焊接电弧(6)的电源与超声电源(8)有 效电隔离。
5. 根据权利要求2所述的一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方 法，所述的超声振动部分的输入功率为lw 1000w。
全文摘要
本发明公开一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法，在非熔化极气体保护焊接条件下，超声波通过导电电极传导到焊接电弧上，施加超声后，电弧产生明显的收缩现象。本发明具有普通TIG焊焊接过程稳定、焊缝成形质量高的优点，同时具有提高单道焊的焊缝熔深，该方法可实现在普通焊接环境下的高质量焊接。本发明将超声电源的高频电信号通过换能器转换成为机械振动，由变幅杆将其放大，再将振动传给镶嵌在变幅杆中的电极上，在电极上产生相应频率的超声振动。超声的输入功率可以在1W到1000W之间任意调节，然后，按照普通非熔化极气体保护焊的方法进行焊接，电弧在对工件进行加工时，能量集中，有效地提高焊接时的电弧利用率。
文档编号B23K9/167GK101219499SQ200710144659
公开日2008年7月16日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者孙清洁, 杨春利, 范阳阳 申请人:哈尔滨工业大学