[实用新型]一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置，属于高效等离子弧焊接工艺技术领域。

背景技术

等离子弧焊接(PlasmaArcWelding，简称PAW)是一种高能量密度的先进焊接工艺技术。对于中厚钢板，在不开坡口的情况下，穿孔型等离子弧焊接可以一次焊透、单面焊双面成形。常规的等离子弧焊接过程中，小孔对工艺条件变化敏感；工艺参数的微小波动就可能造成小孔闭合或熔池塌陷，获得良好接头质量的合理规范参数范围窄、可调裕度小。

功率超声具有频率高、穿透能力强以及可以改变物性等特点。目前已经有超声振动在电弧焊上的应用技术，如中国专利CN101219499A公开的《一种超声波与非熔化极电弧复合的焊接方法》，将超声波作用于TIG电弧上，TIG电弧发生了明显收缩，说明超声振动能有效提高电弧的能量密度。但是，此实用新型中非熔化电极镶嵌于变幅杆中，不便拆卸、更换，限制了该方法的应用；TIG电弧工作于热导焊(熔入型)模式，熔池内不能产生小孔。此外，中国专利CN1583340A公开的《一种基于电弧超声的钛合金焊接方法》，利用高频脉冲焊接电流对电弧实施高频调制，利用电弧的变阻性负载特性激励出电弧超声。电弧作为超声发生源，将超声振动作用于焊接熔池。但是，这种利用电弧作为超声发生源的方法，要求焊接电流达到足以产生超声振动的频率，对焊接电源本身的要求很高，适应性差；同时，电弧工作于热导焊(熔入型)模式，熔池内不能产生小孔，靠熔池金属的热传导作用熔透母材，实现焊透。因此主要用于薄板(0.5～2.5mm以下)的焊接、多层焊封底焊道以后各层的焊接以及角焊缝的焊接。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置与工艺，通过超声变幅杆与等离子弧焊枪内钨电极的紧密耦合连接，将功率超声振动由钨电极直接作用到等离子弧上，超声参数与焊接工艺参数项匹配，改善等离子弧的热-力作用和熔池的传热与流动行为。达到提高等离子弧的穿孔能力、拓宽适用的工艺参数的目的。

为实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置，包括超声振动及传导单元，所述超声振动及传导单元包括依次相连的超声波发生器、超声波换能器与变幅杆，所述超声波换能器通过连接件与变幅杆的一端固定连接。所述变幅杆的另一端设置空腔，所述空腔内设置钨电极的夹持段，所述变幅杆与钨电极的夹持段通过可拆卸机构紧密耦合连接，所述变幅杆与钨电极的夹持段之间设有绝缘材料。所述钨电极的非夹持段连接有等离子弧焊接电源，所述钨电极的非夹持段外部设置等离子焊枪枪体。

本实用新型焊接装置的工作流程如下：首先，工频交流电经过超声波发生器后转换为超声频的交流电。随后，超声频的交流电经过超声波换能器转化为超声机械振动。经过变幅杆的聚焦和放大，形成功率超声振动，并且传递到钨电极上。进而对等离子弧、焊接熔池和小孔产生作用。

变幅杆与钨电极的耦合连接设计的优点在于，钨电极与变幅杆的连接能够拆卸，可以根据需要调节钨电极外伸长度或更换不同型号的钨电极。因此，对不同型号的焊枪及不同的焊接工艺参数的选择有着良好的适应性。

变幅杆与钨电极之间设有一种具有绝缘、绝热、可传导功率超声振动的材料，实现超声电路与等离子弧焊接电路的有效分离，同时钨电极的高温不会传递到变幅杆上，确保变幅杆处于正常工作温度范围。

所述钨电极经特殊设计，能与等离子弧焊枪枪体装配，实现等离子弧焊接。

在等离子弧焊枪的基础上，对焊枪进行设计和改造，将其设置在钨电极非夹持段的外部。钨电极的长度、直径可以根据焊接工艺需要及焊枪枪体进行匹配选用。在能够保证等离子弧焊枪正常工作的基础上，通过钨电极将功率超声振动传导到等离子弧上。

优选的，所述钨电极夹持段通过螺栓固定在所述变幅杆空腔内。保证功率超声振动能通过该连接结构传递到钨电极上。

进一步优选的，所述变幅杆空腔的两边开缝，所述螺栓为两个，两个螺栓分别穿过两边开缝，与螺母配合，将位于变幅杆空腔内的钨电极夹持段夹紧。确保变幅杆将钨电极夹持段夹紧。

优选的，钨电极材质为钨合金，优选材质为铈钨合金或钍钨合金。

优选的，所述超声波换能器采用压电陶瓷及前后合金盖板组成的压电型超声换能器。所述变幅杆可以选用铝合金、钛合金或合金钢。

本实用新型还涉及一种超声辅助穿孔的等离子弧焊接工艺，所述工艺使用所述超声辅助穿孔的等离子弧焊接装置进行焊接，通过以下步骤来实现：