专利名称：采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接设备，具体说就是一种采用外加声压方式的 电弧焊方法及其装置。属气体保护电弧焊接及电弧冶炼技术领域。 技术背景气体保护电弧焊接是焊接的一种，通常又分为非熔化极气体保护焊(GTAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)。普通非熔化极惰性气体 保护焊(TIG)特点是能够获得髙品质的焊接接头，广泛用于钛合金、 铝合金、不锈钢和高温合金等的焊接生产，但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，要附加很多额外工 序及额外辅助设备。因此目前普通TIG焊多用于薄件或多层焊的打 底焊接。而熔化极气体焊包括熔化极惰性气体保护焊(MIG)、熔化极活 性气体保护焊(MAG)及二氧化碳气体保护焊(C02焊)。通常称为 气体保护熔化极电弧焊，简称"GMA"焊接。普通GMA焊接采用 金属焊丝作为电极。多数情况下焊丝是以一定的方式送进，在焊丝与母材之间形成电弧进行焊接。GMA焊接生产效率较高、焊接成本较 低，但是GMA焊接时的熔滴过渡不易控制，飞溅量较大，焊接时很 难保证高品质的焊接质量。GMA焊广泛用于铝合金、结构钢、低合 金钢等的焊接生产。对于中等及以上厚度材料的焊接，通常采用TIG 焊打底、GMA焊填充及盖面。 发明内容本发明的目的在于提供一种能够实现普通焊接条件下的过程稳 定、焊缝成形质量高、焊接效率大幅提升的复合方式的气体保护焊装 置，也就是一种采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置。本发明的目的是这样实现的采用外加声压方式的电弧焊装置， 由声学换能器2、声学变幅杆3、保护气喷嘴4、焊接电极夹5、声学发生源9和焊接电源8组成。声学换能器2与声学变幅杆3相接；焊 接电极夹5与声学变幅杆3紧密结合；非熔化电极及金属熔化电极1 通过声学换能器2、声学变幅杆3与焊接电极夹5形成良好的电接触； 保护气喷嘴4固定在声学变幅杆3的使保护气喷嘴4的端部有足够声学声压的位置处。本发明采用复合方式的气体保护焊装置，焊接步骤如下1. 由声学发生源将50Hz-220V普通电转换成100Hz-2MHz的声学电信号。2. 声学发生源通过声学换能器，将声学频率的电信号转化为机 械振动。3. 声学换能器与声学变幅杆相接，将声学换能器所发出的小幅 机械振动的振幅放大。4. 将焊接中所用的金属熔化电极或非熔化电极与变幅杆紧密结 合，实现焊接电源的有效传递。5. 将保护气喷嘴固定在变幅杆的使保护气喷嘴的端部有足够声 学声压的位置处。6. 焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动声学发生源，换能器 将电能转换为振动，通过变幅杆将声学振动幅度放大，并传 递给电极及保护气喷嘴。本发明使用在非熔化极模式下时，具有焊接过程稳定、提高单道 悍的焊缝熔深、焊缝成形质量高的优点，可实现在普通非熔化极焊接 环境下的高效焊接。本发明使用在熔化极模式下时，具有焊接效率大幅提高、能有效 控制焊接热输入量、并且通过改变声学频率、保护气喷嘴位置及焊接 高度等参量，改变焊缝熔深，有效控制熔化金属的凝固结晶状态。本发明实现了对传统焊接系统的改良，具有良好的经济效益和广 阔的应用市场。经过声压对电弧形态及电极端部熔化金属的影响，使 得电弧能量分布更加合理，电弧系统的受力更加有利于焊接生产。非 熔化极模式下增加了焊缝的熔深，熔化极模式下控制了熔滴过渡时的热输入量。本发明与传统焊接系统相比，增加了焊缝熔深，控制了热 输入量，优化了焊接接头组织形态，提高了接头的综合性能。
图1是本发明装置的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。实施例1，结合图1，将声学发生源的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10um—150ym，再将振动传给固定在变幅杆上的保护气喷嘴 及电极上，如图1所示。上述装置可以在频率为100Hz到2MHz的 声学振动下工作，在电极上产生相应频率的声学振动。声学系统的输 入功率可以在1W到3000W之间任意调节，然后，按照普通气体保 护焊的方法进行焊接。在施加声学振动后，由于保护气喷嘴及电极所 产生的声压会对焊接电弧有一定的压縮作用，故电弧在对工件进行加 工时，会使焊接能量分布更加合理，有效地提高焊接时的电弧利用率。本发明将电弧不仅作为产生热量的机构，同时将电弧作为施加声 压的对象，利用声学声压的能量影响电弧，提高了电弧能量的利用效 率。工作在非熔化极模式下，声压具有压縮电弧进而增加焊接熔深。 而工作在熔化极模式下，声压对烙化极端部烙化了的金属施加额外的 力，进而能够在不同电流情况下有效地控制熔滴过渡情况，以期达到 保证熔化效率的同时对工件有合理的热输入量。所以利用施加的声压 来改变电弧的形态，改善焊接时的能量分布情况及接头组织形态，提 高成分的均一化程度以及接头的力学性能。本发明采用保护气电弧焊接可以实现有色金属、不锈钢和高温合 金等大部分金属的焊接生产，在传统焊接方法的基础上，设计了一套 特殊形状的工具头，使其既作为焊枪，同时又是声学发射的工具头， 使得普通焊接在施加了声学振动后，对电弧形态有明显的改善作用， 使之焊接时的能量分布更加合理，焊接效率大幅提高。改善后的电弧 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及单位熔化金属量的热输入量减少，有效控制了高效焊接的 热输入量，焊接质量好。同时还具有良好的可控性和调节性。在普通 的电弧焊接系统的基础上，改变了焊接时所用的焊炬，通过焊炬将声 学声压施加在焊接电弧上，提高了焊接电弧的性能。
权利要求
1. 一种采用外加声压方式的电弧焊装置，它是由声学换能器(2)、声学变幅杆(3)、保护气喷嘴(4)、焊接电极夹(5)、声学发生源(9)和焊接电源(8)组成的；其特征在于声学换能器(2)与声学变幅杆(3)相接，焊接电极夹(5)与声学变幅杆(3)紧密结合，非熔化电极及金属熔化电极(1)通过声学换能器(2)、声学变幅杆(3)与焊接电极夹(5)形成良好的电接触，保护气喷嘴(4)固定在声学变幅杆(3)的使保护气喷嘴(4)的端部有足够声学声压的位置处。
2. —种采用外加声压方式的电弧焊方法，焊接步骤如下(1 )由声学发生源将50Hz-220V普通电转换成100Hz-2MHz的声学电信号；(2) 声学发生源通过声学换能器，将声学频率的电信号转化为 机械振动；(3) 声学换能器与声学变幅杆相接，将声学换能器所发出的小 幅机械振动的振幅放大；(4) 将焊接中所用的金属熔化电极或非熔化电极与变幅杆紧密 结合，实现焊接电源的有效传递；(5) 将保护气喷嘴固定在变幅杆的特殊位置处，使得保护气喷 嘴的端部有足够的声学声压；(6) 焊接时，启动电弧，待稳定后，再启动声学发生源，换能 器将电能转换为振动，通过变幅杆将声学振动幅度放大，并传递 给电极及保护气喷嘴。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种能够实现普通焊接条件下的过程稳定、焊缝成形质量高、焊接效率大幅提升的复合方式的气体保护焊装置，也就是一种采用外加声压方式的电弧焊方法及其装置。它是由声学换能器2、声学变幅杆3、保护气喷嘴4、焊接电极夹5、声学发生源9和焊接电源8组成的。本发明使用在非熔化极模式下时，具有焊接过程稳定、提高单道焊的焊缝熔深、焊缝成形质量高的优点，可实现在普通非熔化极焊接环境下的高效化焊接。本发明使用在熔化极模式下时，具有焊接效率大幅提高、能有效控制焊接热输入量、并且通过改变声学频率、保护气喷嘴位置及焊接高度等参量，改变焊缝熔深，有效控制熔化金属的凝固结晶状态。
文档编号B23K9/16GK101269437SQ20081006450
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者玲 兰, 吕世雄, 孙清洁, 杨春利, 范成磊, 赵国庆 申请人:哈尔滨工业大学