一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电弧焊及电弧冶炼领域，具体设及一种可细化焊接接头晶粒的超声电 弧复合焊接方法。
【背景技术】
[0002] 鹤极氣弧焊（TIG)是通过焊枪将氣气转换为等离子气体，并W其为热源的冶炼连 接方法。金属或合金的TIG焊接接头常常由于晶粒粗大，缺陷多等原因而导致接头强度不 高，从而影响焊接件的使用。近些年为了提高TIG焊接接头的力学性能，超声能量作为一 种"神奇"的能量，越来越多学者将超声振动引入到TIG焊接中，最终细化了接头晶粒，提高 了接头的力学性能。在超声波与电弧复合焊接已有技术中，申请号为200710144659. 4和 200710144660. 7的专利分别公开了超声波与非烙化极和烙化极电弧焊接过程复合的焊接 方法，将超声变幅杆与非烙化极或者烙化极进行同轴复合，根据文献"基于超声振动的304 不诱钢TIG焊接，范阳阳，孙清洁，杨春利，《焊接学报》，30 (2)，91-94"报道，利用专利所写 超声电弧复合焊接技术对304不诱钢进行焊接，结果表明，超声能量可W使焊缝内部组织 明显细化，接头质量得到提高。根据文献"高频调制电弧的声学特性及其细化焊缝组织的应 用，何龙标，李路明，吴敏生，《应用声学》，29 (3)，222-226"报道，W等离子体电弧作为声源， 利用高频电流进行调制，激发电弧产生超声波。焊接实验表明，利用高频调制电流激发电弧 产生超声，电弧对烙池产生超声频扰动能够有效细化焊缝晶粒，提高焊接接头性能。
[0003] 根据声传播的特性可知，超声波在高溫电弧空间中传播时衰减大，导致传入到烙 池内部的超声能量大大降低；另外气体的声阻抗要远大于固体工件的声阻抗，在界面处超 声透射系数低，运也导致了传入烙池内部的超声能量较少。因此，运两方面共同导致超声利 用率大大下降。因此为了最大化的发挥超声细化TIG焊接接头晶粒的作用，必须改变超声 施加方式，提高超声能量的利用率，使传入到烙池内部的超声能量增多。
【发明内容】
[0004] 基于上述不足之处，为进一步增大输入烙池内的超声能量，本发明提出一种可细 化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，该方法可大大提高超声能量利用率，细化焊接 接头晶粒，提高接头力学性能。
[0005] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧 复合焊接方法，电弧焊接时采用超声工具头，放置超声工具头在烙池后方距烙池一定距离 处，并在被焊工件表面滚动，焊接过程中，超声工具头和烙池之间距离始终保持不变；超声 工具头发射超声波，超声波振动传入固体母材，进而通过固体母材传入到焊接烙池内，影响 烙池的凝固，细化接头晶粒。
[0006] 本发明还具有如下技术特征：
[0007] 1、W上所述的超声工具头发射间断式超声波，因此烙池内的超声波也是非连续存 在的，目的是解决连续超声导致烙池烙体飞瓣运一问题。
[0008] 2、本发明还能够用于烙化极气体保护焊。
[0009] 本发明具有如下有益的效果：与其他超声电弧复合焊接方法相比，本方法中超声 不再通过电弧空间传入烙池，而是直接从固体母材传入烙池，由于超声波振动在固体中衰 减比气体中衰减要小，因此本发明会大大提高超声能量的利用率。另外在烙池后方，超声工 具头在工件表面滚动，超声输入位置同烙池之间具体始终保持一定，运将保证烙池内的超 声能量不会因距声源太远而逐渐衰减。超声在烙池内存在，声空化及声流动使焊接接头晶 粒尺寸变小，由柱状晶变为等轴晶，接头力学性能提高。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的超声辅助TIG焊接方法示意图；
[0011] 图2为本发明的焊缝纵截面金相图；
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图举例对本发明做进一步的说明： 阳〇1引实施例1
[0014] 一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，具体步骤如下：
[0015] 步骤一、将要焊接的板厚为2mm厚的侣裡合金板材3表面进行处理，将表面氧化膜 去除，将板材3置于焊接工作平台1之上，固定，准备焊接；
[0016] 步骤二、焊接开始前，将超声波工具头2与板材3表面接触，打开超声波电源4,超 声波换能器5将电信号转变为超声振动，从而使超声工具头2产生超声波振动，超声波频率 为35kHz，超声振幅为8um，超声工具头2与板材3接触，将超声波振动传入板材3内； 阳017] 步骤S、焊接工艺参数为：EN半波幅值为78A，EP半波幅值为47A，焊接速度 162mm/min，送丝速度 1040mm/min，保护气流量 15L/min;
[0018] 步骤四、为了防止烙池内部超声能量过高导致烙池烙体飞瓣，超声工具头2必须 间断性发射超声，发射频率可W随意调节，本例中发射频率为2.甜Z。在一个发射周期内，超 声开启0. 2s，超声关闭0. 2s;
[0019] 步骤五、焊接开始时，在电弧作用下，电弧下方形成烙池6,板材3中的超声波振动 通过烙池的固液界面传入烙池6内，影响烙池5的流动及凝固，最终改善焊接接头组织与力 学性能；
[0020] 步骤六、在焊接的过程中，超声工具头2始终在烙池6后方，超声波工具头2在板 材3表面滚动前进，与烙池距离始终保持一定，距离可W调节，本例中距离选择为140mm;
[0021] 步骤屯、焊接结束后，关闭焊接电源，关闭超声电源。
[0022] 2195侣裡合金不同焊接方法时的拉伸性能对比。
[0023]
[0024] 实施例2 阳0巧]本方法也可W拓展到烙化极气体保护焊，具体实施方法同实施例1，超声施加方式 相同，只是焊接所用的电极不用，一个为非烙化极，另一为烙化极。
【主权项】
1. 一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，电弧焊接时采用超声工具头， 其特征在于：放置超声工具头在熔池后方距熔池一定距离处，并在被焊工件表面滚动，焊接 过程中，超声工具头和熔池之间距离始终保持不变；超声工具头发射超声波，超声波振动传 入固体母材，进而通过固体母材传入到焊接熔池内，影响熔池的凝固，细化接头晶粒。2. 根据权利要求1所述的一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，其特征 在于，超声工具头发射间断式超声波。3. 根据权利要求1所述的一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，其特征 在于，或用于熔化极气体保护焊。
【专利摘要】一种可细化焊接接头晶粒的超声电弧复合焊接方法，电弧焊接时采用超声工具头，放置超声工具头在熔池后方距熔池一定距离处，并在被焊工件表面滚动，焊接过程中，超声工具头和熔池之间距离始终保持不变；超声工具头发射超声波，超声波振动传入固体母材，进而通过固体母材传入到焊接熔池内，影响熔池的凝固，细化接头晶粒。本发明大大提高超声能量的利用率，超声在熔池内存在，声空化及声流动使焊接接头晶粒尺寸变小，由柱状晶变为等轴晶，接头力学性能提高。
【IPC分类】B23K28/02, B23K103/10, B23K101/18
【公开号】CN105195909
【申请号】CN201510715844
【发明人】林三宝, 陈琪昊, 杨春利, 范成磊
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月22日