[发明专利]一种超声辅助钴基合金-镍基合金钨极氩弧焊装置及方法

说明书

本发明为一种超声辅助钴基合金‑镍基合金钨极氩弧焊装置及方法。该装置包括超声振动装置、钨极氩弧焊焊枪、工作台和行走小车；其中，所述的工作台的两端，分别固定有一条导轨，两条导轨平行；“门”字形的行走小车的两根竖粱分别设置在两条导轨上；所述的行走小车的左侧竖粱上，固定有超声振动装置；超声振动装置水平放置，其滚压头位于待焊点的上方；行走小车的横梁上，固定有钨极氩弧焊焊枪。本发明解决了钴基合金、镍基合金连接中的组织粗大、内部缺陷、融合不充分以及流动性不足的等问题。

技术领域

本发明涉及一种钴基合金、镍基合金钨极氩弧焊装置及组合方法，具体涉及一种超生辅助钴基合金、镍基合金钨极氩弧焊装置及组合方法，属于连接工程，焊接技术领域。

背景技术

在航空、航天及能源应用领域，出于降低生产成本以及充分利用不同材料的特殊使用性能等方面考虑，钴基合金在高温环境下具有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀和耐磨蚀性能，且具有良好的焊接性，所以钴基合金常被用于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导叶以及柴油机喷嘴等。但是钴基合金造价昂贵，且密度较大，只适用于关键部位，与其连接的为非钴基合金，本发明是为了实现钴基合金与镍基合金的焊接。在异种材料复合结构的设计过程中，实现两者的连接是关键，榫卯等机械结合无法满足密封性及特殊的使用性能要求。而在生产实践中多采用焊接方法实现钴基合金与镍基合金的结合。但是钴基合金与镍基合金的化学成分、物理性能差别较大，导致其焊接性较差，常规的焊接方法难以实现优质高效连接，从而影响其使用寿命，因此需要开发新的连接方法，对其进行优化改善，这对于其他异质材料焊接问题也存在重要的参考价值。

钨极氩弧焊设备包括弧焊电源、控制箱、供水系统、供气系统及焊枪等，其原理是在惰性气体的保护下，利用钨极与焊件之间产生的电弧热融化母材和填充焊丝，形成焊缝的焊接方法。焊接过程中根据工件的具体要求可以加或者不加填充焊丝。焊接过程中氩气具有极好的保护作用，能够有效的隔绝周围空气，且本身也不与金属起化学反应，也不溶于金属。从而保证获得较高质量的焊缝。另一方面钨极电弧非常稳定，在小电流情况下仍可稳定燃烧，因此钨极氩弧焊适合薄板焊接。但手工氩弧焊的电流密度大，发出的光比较强烈，它的电弧产生的紫外线辐射，约为普通焊条电弧焊的5～30倍，红外线约为焊条电弧焊的1～1.5倍，在焊接时产生的臭氧含量较高，对人体伤害极大；另一方面手工氩弧焊因为是要人工操作，所以焊接质量与工人操作成直接关系。超声焊接是一种焊接速度快、焊接强度高、密封性好，清洁无污染且不会伤害工件的一种焊接方法。然而，在钴基合金、镍基合金钨极氩弧焊接接头中，仍然存在组织粗大、内部缺陷、融合不充分以及流动性不足的等问题。

超声波是频率高于20000赫兹的声波，在实际应用中又分为功率超声波及检测超声波。它方向性好，穿透能力强。可用于测距、工业探伤、医用B超声、清洗、焊接、钻孔、碎石、杀菌消毒等。而在焊接领域方面，利用超声波的超声空化作用与超声声流效应可以有效改善焊缝质量。超声空化过程会产生强烈的冲击波，打碎初生的粗大晶体和正在长大的枝晶，增加形核质点，提高形核率，从而细化晶粒。此外超声波还可以增强材料流动性，使异质材料充分融合，形成优质接头。

中国专利CN 102059453 A公开了一种超声波非接触式辅助激光焊接的方法。为解决钛合金、铝合金焊接过程中产生的气孔、裂纹等问题设计了一种非接触式超声波辅助激光焊接装置。但是在此过程中，超声振动装置为非接触的形式施加，从而降低了超声波的利用率，弱化了超声有效作用。

中国专利CN 107009039 A公开了一种随焊超声振动装置及方法。其原理为先由钨极氩弧焊设备对镁合金或铝合金工件进行焊接，并同时采用超声振动针对焊枪后方熔池进行振动处理，通过超声波对熔池的流动和凝固的影响作用，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。但是，在焊接过程中，熔池温度较高，较高的熔池温度对超声振动针产生不良影响，从而导致超声有效作用降低。

本发明结合钨极氩弧焊自动焊与超声振动装置的各自优点，将焊接过程稳定化，并充分利用超声的有效效果，改善焊接接头性能，并具有广泛的实用性。