[发明专利]电极或填充材料推挽式微振动辅助弧焊装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体的说是一种通过将微振动作用于电极或填充材料，能够加快熔滴过渡，提高熔敷率，改善焊缝组织的电极或填充材料推挽式微振动辅助弧焊装置装置及方法。

背景技术

众所周知，在传统及新兴的机械制造业中，熔化极气体保护焊(MIG)、埋弧焊(SAW)、钨极氩弧焊（TIG）等熔敷效率高或者操作方便的弧焊技术在压力容器制造、汽车航天等领域有较为广泛的应用，采用此类弧焊技术进行焊接作业时，要提高焊接生产效率必然要增加焊接热输入，热输入的增加使得焊缝凝固金属晶粒粗大、变形严重，极大地降低了焊接接头的力学性能及加工质量。目前焊接领域已经出现通过额外施加振动来加快熔滴过渡，提高熔敷率，同时由于降低了热输入，使得晶粒得到一定程度的细化，变形相应减少，如已有专利“一种冷金属过渡的焊接方法及其装置”（ ZL201110315664.3），专利内容类似于TIP TIG，即利用MAG焊设备与两台TIG焊设备组合，通过使焊丝沿轴线抽送，可以减小焊接热输入，加快熔滴的过渡，但是由于是利用电机带动转盘产生振动，所以频率较低，另外由于焊丝是沿轴线振动，所以对熔池的搅拌作用效果并不理想，同时上述方法只能适用于TIG填丝焊接，没有涉及应用范围更广、热输入更高的MIG、SAW等焊接方法。又如专利“一种机械振动辅助熔滴过渡的TIG焊方法及其装置”(201210026693.2)，该专利中将马达振动直接引入到焊丝或者导丝管上，因此同样受到频率的限制，另外专利中的振动源和焊丝是脱离状态，即振动触头只是不断地敲击焊丝或者导丝管，并没有连接在一起，在这种情况下，导丝管相当于一个弹簧，根据公式可知，导丝管的振动频率是一定的，只有当振动触头的振动频率与导丝管振动频率一致时，振动效果才会比较理想。另外这种敲打也使得设备的寿命受到影响，并不实用。另外还有一些专利中采用了焊接平台振动或者在焊接区域以外振动的方式，这些方法一般都受到频率的限制，或者构件受到震动平台尺寸的限制，只适用于实验室，不利于推广。上述所有方法还有一个关键问题在于由于采用了不对称导电回路，容易导致电弧磁偏吹，同时由于设备焊枪部分比较复杂，所以很难进行手工作业。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了在电极或者填充材料两侧施加对称同向微振动，这样即使产生了外部磁场，也可相互抵消，其具体效果就是电极沿垂直于自身轴向的振动可以促使电弧搅动熔池，熔化极焊接时焊丝端部更是可以直接接触熔池，进行可调频率的搅拌，通过搅拌将这种振动能量传入到熔池中，使熔池进行高频震荡，从而细化晶粒，提高接头质量。另外振动也加快了熔滴的过渡，提高了熔敷率，因此可以相应地降低热输入，这样也对细化晶粒、提高接头强度起到一定的辅助作用。

本发明的目的通过以下措施实现：

一种电极或填充材料推挽式微振动辅助弧焊装置，设有弧焊电源、导电杆、导线、电极夹持体、焊丝供给部件、喷嘴，其特征在于还设有推挽式微振动机构，所述推挽式微振动机构设有振动导杆、振动源以及振动用电源，其中导线连接导电杆和电极夹持体或焊丝供给部件构成焊接回路，推挽式微振动机构中的振动导杆连接振动源和电极夹持体、焊丝供给部件或者外部喷嘴，振动源由振动用电源供电，所述焊丝供给部件为导电嘴或送丝管；所述振动导杆上还设有水冷机构；所述振动源采用振动频率范围为1KHz~100KHz的超声振动源或电磁振动源或气动直线振动以及马达振动振动源。

本发明中为了保证振动的效果，采用对称的推挽式振动形式，在焊枪两侧分别有一组推挽式微振动机构，两组推挽式微振动机构共用一套电源及电源控制电路，使两组推挽式微振动机构工作同步。另外如果振动源功率允许，磁偏吹影响较小，仍可采用单侧施加振动的形式。

本发明中振动导杆需选用耐高温、高强度绝缘材料制成，它与微振动源采用螺纹连接，振动导杆的直径在1mm~5mm之间，振动导杆与电极夹持体、焊丝供给部件或外部喷嘴之间采用螺纹连接。另外振动导杆也可由多个部件组合在一起来实现连接，但需保证绝缘，最终保证电极或焊丝的左右振动振幅范围为10um~150um。

本发明中导电杆和电极夹持体或导电嘴之间可以用2~4根铜导线连接，导线处于松弛状态。

本发明中所述水冷机构置于喷嘴或焊丝供给部件的外侧，可以采用冷却水袋实现，水袋袋体采用耐磨塑料制成，直接与振动导杆接触，由于水袋较软，所以不会影响振动。

本发明所述推挽式微振动机构输出的微振动可以施加在MIG、SAW焊枪的导电嘴或者喷嘴上，也可以施加在TIG焊枪的钨极夹持体或者喷嘴上，也可以施加在填丝TIG焊的送丝管上。