专利名称：一种施加超声波与电弧复合的立焊方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术，具体的说是一种工艺简单、焊接质量高的超声波与电弧复合的立焊方法。
背景技术：
众所周知，立焊是一种常用的焊接方法，广泛的应用于桥梁、造船、锅炉及核电等行业当中。目前常见的立焊方法是气电立焊方法，该方法将电渣焊同熔化极气体保护焊复合起来，利用接头两侧的固定式或移动式水冷滑块保持熔池形状，并强制焊缝成形。这种方法主要用于厚板焊接中，具有焊接效率高，生产成本低等特点。但气电立焊焊接热输入很大，焊后接头的低温冲击韧性很低，通常需要特殊的钢材，且焊接过程中易于产生气孔和夹渣等焊接缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、减少焊接缺陷、焊接热量输入小、节约能量、焊接质量高的施加超声波与电弧复合的立焊方法。本发明可以通过如下措施达到:
一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，包括超声波换能器，超声波变幅杆和电弧焊用的焊接电源与焊炬，其特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声发变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，其振动频率为15-lOOKHz，振动幅度为1-200 μ m，立焊时，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时重力的影响。本发明所述的超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-lOOKHz。本发明所述的超声波变幅杆将超声振动幅度放大到10-1500 μ m。本发明所述的超声波变幅杆下端的内凹形超声波发射面的半径R为10_50mm。本发明将超声频率的电信号转化为机械振动，并通过超声波换能器和超声波变幅杆产生和放大超声波振动，立焊时，将超声波发射面置于焊接电弧下端，使发射端凹面朝向焊接电弧和熔池，施加超声波后，由于空化作用，超声波会对熔池及熔滴产生向上的力的作用，从而抑制了在立焊时熔池及熔滴在重力作用下的下坠，同时，凭借超声对熔池的控制，焊接时还可以因实际需要而适当扩大工艺参数范围，改善焊缝的成形性能。另外，超声波还会对熔池产生机械搅拌的作用，有助于熔池内气体的逸出，减少气孔倾向，还可以细化焊缝组织，提高焊接接头的力学性能，具有工艺简单、操作方便、减少焊接缺陷、焊接热量输入小、节约能量、焊接质量高等优点。
图1是本发明的一种结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。 一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，包括超声波换能器，超声波变幅杆和电弧焊用的焊接电源与焊炬，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，本发明的特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池处的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声波变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，其振动频率为15-lOOKHz，振动幅度为1-200 μ m，立焊时，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时重力的影响，所述的超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-lOOKHz ;所述的超声波变幅杆将超声振动幅度放大到10-1500 μ m ;所述的超声波变幅杆下端的内凹形超声波发射面的半径R为 10_50mm。如图1所示，一种超声波声场的产生装置，包括超声波换能器4、超声波变幅杆3和超声电源5，超声波变幅杆3 —端与超声波换能器相连接，另一端设有超声波发射面2，超声波变幅杆3与超声波换能器4采用螺纹或螺栓连接，使超声波换能器下端与超声波变幅杆上端面紧密接触，超声电源通过电缆与超声波换能器之间进行连接。焊炬I与立焊试板的夹角α为30-70°，超声波产生装置同焊炬I之间的夹角β为70-140°。所述的超声波发射面位于变幅杆下端部，超声波发射面成内凹形，内凹面朝向焊接电弧下部和焊接熔池。凹面半径R的应用范围为10-50mm。超声波发射面与电弧端的距离 L 为 8_20mm。本发明可适用与熔化极与非熔化极气体保护电弧焊方法；
本发明所述的超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-lOOKHz。本发明所述的超声波电信号通过超声波换能器转化为超声频率的机械振动，振动频率为15-ΙΟΟΙΚΗζ，振动幅度为1-200 μ m。本发明所述的超声波变幅杆与超声波换能器连接，将超声振幅放大到10-1500 μ mD本发明所述的一种施加超声波辅助立焊的装置，将超声频率的电信号转化为机械振动，并通过超声波换能器和超声波变幅杆产生和放大超声波振动，立焊时，将超声波发射面置于焊接电弧下端，使发射端凹面朝向焊接电弧和熔池，施加超声后，由于空化作用，超声波会对熔池及熔滴产生向上的力的作用，从而抑制了在立焊时熔池及熔滴在重力作用下的下坠，由于在电弧下端施加超声波时，焊接电弧本身也会受迫向上偏转，所以焊接时焊枪应向焊缝侧倾斜一定角度，焊枪与焊缝间夹角为30-70°为宜，以保证电弧能够垂直施加在焊缝上，提高能量利用效率。
权利要求
1.一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，包括超声波换能器，超声波变幅杆和电弧焊用的焊接电源与焊炬，其特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池处的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声发变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，其振动频率为15-lOOKHz，振动幅度为1-200 μ m，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时熔滴及熔池的重力。
2.根据权利要求1所述的一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，其特征在于超声波发生器的功率为1-2000W，产生的超声频率电信号频率为15-lOOKHz。
3.根据权利要求1所述的一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，其特征在于超声波变幅杆将超声振动幅度放大到10-1500 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，其特征在于超声波变幅杆下端的内凹形超声波发射面的半径R为10-50mm。
全文摘要
本发明涉及公开了一种施加超声波与电弧复合的立焊方法，特征在于超声波变幅杆一端与超声波换能器相连，另一端设有超声波发射面，超声波发射面位于变幅杆的端部，形状为内凹形，内凹形的超声波发射面朝向焊炬前端和立焊熔池处，超声波发射面与立焊熔池处的距离为8-20mm，焊炬与立焊件的夹角为30-70°，超声发变幅杆与焊炬之间的夹角为70-140°，通过超声波换能器将超声波电信号转化为超声频率的机械振动，立焊时，超声波发射面会产生多个类球状聚焦声场，并作用在熔滴及熔池上，由于空化效应，焊接熔滴及熔池会受到向上的力的作用，从而抵消了立焊时熔滴及熔池重力的影响，具有工艺简单、操作方便、减少焊接缺陷、焊接热量输入小、节约能量、焊接质量高等优点。
文档编号B23K28/02GK103143848SQ20131009768
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者孙清洁, 刘一搏, 郭宁, 冯吉才, 黄海艇, 王斌 申请人:哈尔滨工业大学(威海)