一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電弧焊及電弧冶煉領(lǐng)域，具體設(shè)及一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電 弧復(fù)合焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鶴極氣弧焊（TIG)是通過焊槍將氣氣轉(zhuǎn)換為等離子氣體，并W其為熱源的冶煉連 接方法。金屬或合金的TIG焊接接頭常常由于晶粒粗大，缺陷多等原因而導(dǎo)致接頭強度不 高，從而影響焊接件的使用。近些年為了提高TIG焊接接頭的力學(xué)性能，超聲能量作為一 種"神奇"的能量，越來越多學(xué)者將超聲振動引入到TIG焊接中，最終細化了接頭晶粒，提高 了接頭的力學(xué)性能。在超聲波與電弧復(fù)合焊接已有技術(shù)中，申請?zhí)枮?00710144659. 4和 200710144660. 7的專利分別公開了超聲波與非烙化極和烙化極電弧焊接過程復(fù)合的焊接 方法，將超聲變幅桿與非烙化極或者烙化極進行同軸復(fù)合，根據(jù)文獻"基于超聲振動的304 不誘鋼TIG焊接，范陽陽，孫清潔，楊春利，《焊接學(xué)報》，30 (2)，91-94"報道，利用專利所寫 超聲電弧復(fù)合焊接技術(shù)對304不誘鋼進行焊接，結(jié)果表明，超聲能量可W使焊縫內(nèi)部組織 明顯細化，接頭質(zhì)量得到提高。根據(jù)文獻"高頻調(diào)制電弧的聲學(xué)特性及其細化焊縫組織的應(yīng) 用，何龍標(biāo)，李路明，吳敏生，《應(yīng)用聲學(xué)》，29 (3)，222-226"報道，W等離子體電弧作為聲源， 利用高頻電流進行調(diào)制，激發(fā)電弧產(chǎn)生超聲波。焊接實驗表明，利用高頻調(diào)制電流激發(fā)電弧 產(chǎn)生超聲，電弧對烙池產(chǎn)生超聲頻擾動能夠有效細化焊縫晶粒，提高焊接接頭性能。
[0003] 根據(jù)聲傳播的特性可知，超聲波在高溫電弧空間中傳播時衰減大，導(dǎo)致傳入到烙 池內(nèi)部的超聲能量大大降低；另外氣體的聲阻抗要遠大于固體工件的聲阻抗，在界面處超 聲透射系數(shù)低，運也導(dǎo)致了傳入烙池內(nèi)部的超聲能量較少。因此，運兩方面共同導(dǎo)致超聲利 用率大大下降。因此為了最大化的發(fā)揮超聲細化TIG焊接接頭晶粒的作用，必須改變超聲 施加方式，提高超聲能量的利用率，使傳入到烙池內(nèi)部的超聲能量增多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于上述不足之處，為進一步增大輸入烙池內(nèi)的超聲能量，本發(fā)明提出一種可細 化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，該方法可大大提高超聲能量利用率，細化焊接 接頭晶粒，提高接頭力學(xué)性能。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧 復(fù)合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭，放置超聲工具頭在烙池后方距烙池一定距離 處，并在被焊工件表面滾動，焊接過程中，超聲工具頭和烙池之間距離始終保持不變；超聲 工具頭發(fā)射超聲波，超聲波振動傳入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接烙池內(nèi)，影響 烙池的凝固，細化接頭晶粒。
[0006] 本發(fā)明還具有如下技術(shù)特征：
[0007] 1、W上所述的超聲工具頭發(fā)射間斷式超聲波，因此烙池內(nèi)的超聲波也是非連續(xù)存 在的，目的是解決連續(xù)超聲導(dǎo)致烙池烙體飛瓣運一問題。
[0008] 2、本發(fā)明還能夠用于烙化極氣體保護焊。
[0009] 本發(fā)明具有如下有益的效果：與其他超聲電弧復(fù)合焊接方法相比，本方法中超聲 不再通過電弧空間傳入烙池，而是直接從固體母材傳入烙池，由于超聲波振動在固體中衰 減比氣體中衰減要小，因此本發(fā)明會大大提高超聲能量的利用率。另外在烙池后方，超聲工 具頭在工件表面滾動，超聲輸入位置同烙池之間具體始終保持一定，運將保證烙池內(nèi)的超 聲能量不會因距聲源太遠而逐漸衰減。超聲在烙池內(nèi)存在，聲空化及聲流動使焊接接頭晶 粒尺寸變小，由柱狀晶變?yōu)榈容S晶，接頭力學(xué)性能提高。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的超聲輔助TIG焊接方法示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明的焊縫縱截面金相圖；
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做進一步的說明： 陽〇1引實施例1
[0014] 一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，具體步驟如下：
[0015] 步驟一、將要焊接的板厚為2mm厚的侶裡合金板材3表面進行處理，將表面氧化膜 去除，將板材3置于焊接工作平臺1之上，固定，準(zhǔn)備焊接；
[0016] 步驟二、焊接開始前，將超聲波工具頭2與板材3表面接觸，打開超聲波電源4,超 聲波換能器5將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌曊駝?，從而使超聲工具頭2產(chǎn)生超聲波振動，超聲波頻率 為35kHz，超聲振幅為8um，超聲工具頭2與板材3接觸，將超聲波振動傳入板材3內(nèi)； 陽017] 步驟S、焊接工藝參數(shù)為：EN半波幅值為78A，EP半波幅值為47A，焊接速度 162mm/min，送絲速度 1040mm/min，保護氣流量 15L/min;
[0018] 步驟四、為了防止烙池內(nèi)部超聲能量過高導(dǎo)致烙池烙體飛瓣，超聲工具頭2必須 間斷性發(fā)射超聲，發(fā)射頻率可W隨意調(diào)節(jié)，本例中發(fā)射頻率為2.甜Z。在一個發(fā)射周期內(nèi)，超 聲開啟0. 2s，超聲關(guān)閉0. 2s;
[0019] 步驟五、焊接開始時，在電弧作用下，電弧下方形成烙池6,板材3中的超聲波振動 通過烙池的固液界面?zhèn)魅肜映?內(nèi)，影響烙池5的流動及凝固，最終改善焊接接頭組織與力 學(xué)性能；
[0020] 步驟六、在焊接的過程中，超聲工具頭2始終在烙池6后方，超聲波工具頭2在板 材3表面滾動前進，與烙池距離始終保持一定，距離可W調(diào)節(jié)，本例中距離選擇為140mm;
[0021] 步驟屯、焊接結(jié)束后，關(guān)閉焊接電源，關(guān)閉超聲電源。
[0022] 2195侶裡合金不同焊接方法時的拉伸性能對比。
[0023]
[0024] 實施例2 陽0巧]本方法也可W拓展到烙化極氣體保護焊，具體實施方法同實施例1，超聲施加方式 相同，只是焊接所用的電極不用，一個為非烙化極，另一為烙化極。
【主權(quán)項】
1. 一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭， 其特征在于：放置超聲工具頭在熔池后方距熔池一定距離處，并在被焊工件表面滾動，焊接 過程中，超聲工具頭和熔池之間距離始終保持不變；超聲工具頭發(fā)射超聲波，超聲波振動傳 入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接熔池內(nèi)，影響熔池的凝固，細化接頭晶粒。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，其特征 在于，超聲工具頭發(fā)射間斷式超聲波。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，其特征 在于，或用于熔化極氣體保護焊。
【專利摘要】一種可細化焊接接頭晶粒的超聲電弧復(fù)合焊接方法，電弧焊接時采用超聲工具頭，放置超聲工具頭在熔池后方距熔池一定距離處，并在被焊工件表面滾動，焊接過程中，超聲工具頭和熔池之間距離始終保持不變；超聲工具頭發(fā)射超聲波，超聲波振動傳入固體母材，進而通過固體母材傳入到焊接熔池內(nèi)，影響熔池的凝固，細化接頭晶粒。本發(fā)明大大提高超聲能量的利用率，超聲在熔池內(nèi)存在，聲空化及聲流動使焊接接頭晶粒尺寸變小，由柱狀晶變?yōu)榈容S晶，接頭力學(xué)性能提高。
【IPC分類】B23K28/02, B23K103/10, B23K101/18
【公開號】CN105195909
【申請?zhí)枴緾N201510715844
【發(fā)明人】林三寶, 陳琪昊, 楊春利, 范成磊
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月22日