[发明专利]超声波聚焦声场与熔化极电弧焊接复合的焊接装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及焊接技术，具体说就是一种超声波聚焦声场与熔化极电弧焊接复合的焊接装置。

(二)背景技术

焊接在现代的工业生产中，已成为一种重要的金属加工工艺，广泛应用于金属结构、桥梁、造船、航空、航天、海洋工程、核动力工程等工业部门。随着科学技术的发展，焊接已经发展成为一门独立的学科。其中，熔化焊接的发展过程在某种意义上讲可以说是焊接热源的发展过程。电弧自从19世纪80年代开发之后，作为焊接热源不断得到更新和完善。随着工业领域新材料和新结构的不断开发以及质量控制要求的不断提高，需要不断地开发新的焊接热源和新的焊接工艺。从发展的趋势来看，焊接逐步向高效率、高质量、降低劳动强度、降低能量消耗的角度发展。从这点出发，作为焊接热源的电弧改进方向为：热量高度集中可快速实现焊接过程，保证得到致密而强韧的焊缝。在该方向的指导下，近年来开展了多种多样的复合电弧焊方法研究，其中就包括超声波与电弧焊接过程的复合。200710144659.4和200710144660.7的专利中，分别公开了超声波与非熔化极和熔化极电弧焊复合的焊接方法。通过超声振动装置使焊接电极上产生超声振动，电弧形态产生了明显的收缩现象，实现了电弧能量的集中。所得到的焊缝熔深增加，实现了普通焊接环境下的高质量焊接。但是，由声波传递的特点可知，超声波在辐射传递过程中辐射面半径会逐渐扩展，导致声场能量密度随着与超声源的距离增大而迅速减小。同时，由于电弧焊电极截面积较小，通过电极所能辐射的超声功率有限。此外，焊接电极振动容易导致焊接过程中导电接触不良、送丝速度不稳等不稳定因素，不利于焊接过程稳定持续进行。上述特点限制了超声与电弧焊复合方法的进一步发展。因此，在进一步增加电弧收缩程度，提高电弧能量密度方面以及提高焊接过程稳定性方面需要新的焊接装置才能实现。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种提高超声波能量密度、改变电弧形态和能量密度、实现高效高质量焊接的超声波聚焦声场与熔化极电弧焊接复合的焊接装置。

本发明的目的是这样实现的：它是由熔化极焊丝、导电杆、超声波换能器、轴心通孔超声波变幅杆、焊接喷嘴、聚焦面、焊接电弧、被焊工件、焊接电源和超声电源组成的，熔化极焊丝穿过导电杆并与之保持滑动接触状态，包围熔化极焊丝的导电杆穿过超声波换能器和超声波变幅杆的轴心通孔，使熔化极焊丝的端部处于聚焦面所辐射的超声波传播空间内，轴心通孔的直径大于导电杆的直径，使导电杆与超声波换能器和超声波变幅杆之间并不产生接触，超声波电源通过电缆与超声波换能器之间连接，超声波换能器与超声波变幅杆之间通过螺栓连接，使超声波换能器的下端面与超声波变幅杆的上端面之间紧密接触，聚焦面位于超声波变幅杆的下端部，焊接电源通过电缆连接导电杆和被焊工件。

本发明超声波聚焦声场与熔化极电弧焊接复合的焊接装置，通过超声波换能器和变幅杆产生和放大超声波振动，利用变幅杆端面加工的特殊形状的聚焦面实现超声波辐射汇聚。经过汇聚的超声波能量进一步提高，通过聚焦面辐射超声波与焊接电弧进行直接复合，以实现提高焊接效率及焊接质量的目的。本发明不但能够对焊接电弧产生作用，使电弧压缩而提高电弧能量密度，增加焊缝熔深，改善焊缝成形。而且通过改变超声波聚焦声场的能量分布可以对电极端部熔化的金属产生力的作用，改变电极端部熔化金属的过渡形式，控制过渡过程。当应用于熔化极焊接短路过渡规范焊接参数范围内时，能够大幅提高短路过渡频率，焊缝成形更均匀美观，焊接飞溅和烟尘减少，在薄板焊接和全位置焊接实际应用方面更充分发挥短路过渡形式的特点。当应用于熔化极焊接自由过渡焊接规范参数范围内时，能够大幅度提高熔滴脱离焊丝向焊接熔池过渡的频率，使焊接过程稳定均匀，焊缝熔深增加，而且焊缝表面成形均匀一致，更能够发挥自由过渡形式高熔敷效率和高效高速焊接的特点。与传统的熔化极电弧焊过程相比，本发明能够改变电弧形态和产热特点，以及熔化金属的过渡形式，实现高效率和高质量的焊接，扩大了电弧焊的应用范围。

(四)附图说明

图1为本发明的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。