[发明专利]一种随焊超声振动装置及方法

说明书

技术领域

本发明专利属于焊接工艺领域，具体的说是涉及一种随焊超声振动装置及方法。

背景技术

镁合金及铝合金等低熔点有色金属，由于具有高比强度、耐腐蚀、导热性能好、工艺性能好、质量轻等良好的物理、化学性能受到广泛应用，随着科学技术的发展，镁合金及铝合金被广泛的应用于航天航空，汽车工业、及机械制造等领域，具有较好的发展前景。焊接技术是镁（铝）合金产品制造的关键加工技术，但镁（铝）合金焊接性能不好，很难实现可靠连接。为此镁（铝）合金结构件以及镁（铝）合金与其它材料结构件之间的连接，成为制约镁（铝）合金应用的技术瓶颈和亟待解决的关键技术之一。

以镁合金为例，在焊接镁合金时，由于镁合金具有高导热率、大膨胀系数、更低的熔点和沸点等特性，使得在镁合金焊缝及近缝区易产生过热组织且晶粒粗大，这种粗大晶粒会直接影响接头的力学性能；由于焊缝金属的收缩性，在接头附近会产生残余应力，降低接头的力学性能；由于镁合金的化学性质活泼，焊接过程中不可避免的会有气孔、夹渣等焊接缺陷出现。这些焊接接头的缺陷严重影响了镁合金焊接结构件的可靠性，限制了镁合金的应用与发展。

目前已有很多研究采用了不同的焊接方法或手段来消除或减弱镁（铝）合金焊接接头的上述缺点，例如利用超声波间接对熔池进行振动，但受到熔池冷却速率快，能量利用率较小，对熔池的影响能力有限，对焊接接头的力学性能的改善，仍有提升和改进的空间。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的不足，提供了一种随焊超声振动装置及方法，利用超声波振动对熔池的空化作用，可以细化焊接接头的晶粒，排除气孔、夹渣，减小或消除残余应力，提高焊接接头的力学性能。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明一种随焊超声振动装置，装置包括超声波电源、换能器、变幅杆、振动针、焊枪、钨极氩弧焊设备、焊接工作平台及行走小车，在焊接工作平台上放置待焊工件，待焊工件上有熔池，行走小车设置在焊接工作平台的上方，在行走小车的上方设置有与超声波电源连接的换能器，在换能器上通过变幅杆连接振动针，在行走小车上还设置有与钨极氩弧焊设备相连接的焊枪。

优选地，特制的振动针采用的是钴基合金材料，耐高温，具有较好的韧性，所述钴基合金材料包括如下重量份的原料：Co：45-66%；Cr：22-26%；W：3-8%；Ti：10-18%；Nb：5-9%；Al:5-8%。

优选地，振动针直径为1-3mm，长度为4-6cm，振动针端部形状为半球形。

优选地，超声振动装置采用的换能器为高转换率的压电换能器，超声振动系统工作频率为40-60KHz。

优选地，超声波电源的振动与焊枪的焊接同步，焊接速度为3-6mm/s。

优选地：焊枪与待焊工件的距离为10-18mm，振动针与焊枪的距离为4-6mm，振动针与待焊工件的距离为2-3mm，振动针与待焊工件的夹角为45°。

优选地，超声振动中的换能器及焊枪夹持装置的高度、角度均可调节。

优选地，所述钨极氩弧焊设备的焊接电压24V、焊接电流160A、焊接速度3.0mm/s、填丝直径3mm、电弧高度4mm、氩气流量16L/min、氩气纯度99.99%。

一种随焊超声振动的方法，振动的方法包括以下步骤：

1）对待焊工件采用钨极氩弧焊进行施焊，待焊工件为镁合金工件或铝合金工件；

2）在施焊同时，将振动针（4）深入熔池（9）进行振动。

优选的：所述步骤1）采用钨极氩弧焊实施焊接，焊接电压24V、焊接电流160A、焊接速度3.0mm/s、填丝直径3mm、电弧高度4mm、氩气流量16L/min、氩气纯度99.99%。

优选的：所述步骤2）施焊时振动针位于焊枪后方10-18mm，且振动针与熔池成45°夹角，并伸入熔池的2/3。

本发明的有益效果是：

①在熔池中引入超声振动，利用超声波对熔池的空化作用，使焊缝组织得到细化，消除柱状晶，焊接接头主要呈现细晶粒组织；

②利用超声振动，可促进熔池中的气体、夹渣的溢出与上浮，有助于消除焊缝中的气孔与夹渣，提高焊接接头的力学性能；

③利用振动针在熔池中进行超声振动，可以平衡熔池中的应力场，减小或消除残余应力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明焊缝经随焊超声振动处理后的金相组织图片。

图3是本发明未经随焊超声振动化处理后的金相组织图片。