[发明专利]超声电弧贴合滚压薄壁钢管焊接装置及焊接方法

说明书

本发明属于焊接工艺领域，公开了一种超声电弧贴合滚压钢管焊接装置及焊接方法，该装置包括超声电弧发生装置和滚压贴合装置；上滚压贴合轮(5.1)零间隙贴合安装在薄壁钢管外壁面，且所述上滚压贴合轮(5.1)弧度曲率与薄壁钢管外侧直径相匹配；下滚压贴合轮(5.2)零间隙贴合安装在薄壁钢管内壁面，且所述下滚压贴合轮(5.2)弧度曲率与薄壁钢管内侧直径相匹配；所述上滚压贴合轮(5.1)和下滚压贴合轮(5.2)位置相对应。超声电弧装置将超声电弧引入到焊接熔池中；上下滚压贴合轮与钢管无间隙贴合滚压，可以使钢管焊缝晶粒细化，增加焊缝的延展性，在后续拉拔过程中减少开裂倾向。

技术领域

本发明涉及焊接工艺领域，具体涉及一种超声电弧贴合滚压薄壁钢管焊接装置及焊接方法。

背景技术

随着焊接技术的不断改进，以及焊接新材料的涌现，焊接钢管正逐渐代替无缝钢管，但是在钢管焊接冶金过程中，容易出现焊缝夹渣、气孔、焊缝及热影响区组织晶粒粗大、焊缝残余拉应力较大，导致焊接钢管在拉拔过程中或后续的使用过程中出现性能下降或裂纹等缺陷。如何改善钢管焊接接头的质量，一直是研究的热点，除提高焊接设备的精确操控性以及控制焊接工艺参数外，科研人员还一直在寻找其他方法，如添加变质剂、机械振动、摆动或振动电弧等。

在实际钢管焊接过程中，许多方法的应用都受到一定的限制。对于不同母材及焊接材料，变质剂的成分难以确定；采用机械振动和摆动电弧的方法，焊缝成形控制和应用实施难度较大；单独采用超声源发射，将超声导入焊接熔池的方法很难在焊接过程中应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种超声电弧贴合滚压薄壁钢管焊接装置及焊接方法，可以使焊接接头的焊缝获得一定的延展，降低焊缝残余应力、细化焊缝晶粒，大大提高焊接接头的强度及塑性，进而改善焊接接头的拉拔性能，基本可以替代无缝钢管。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种超声电弧贴合滚压薄壁钢管焊接装置，包括超声电弧发生装置和滚压贴合装置；所述滚压贴合装置包括上滚压贴合轮、下滚压贴合轮和连接支架；所述上滚压贴合轮零间隙贴合安装在薄壁钢管外壁面，且所述上滚压贴合轮弧度曲率与薄壁钢管外侧直径相匹配；所述下滚压贴合轮零间隙贴合安装在薄壁钢管内壁面，且所述下滚压贴合轮弧度曲率与薄壁钢管内侧直径相匹配；所述上滚压贴合轮和下滚压贴合轮位置相对应；所述连接支架第一端连接上滚压贴合轮，第二端穿过薄壁钢管内部并支撑连接下滚压贴合轮；

定义所述薄壁钢管的运动方向为由右向左：所述超声电弧装置包括钨极氩弧焊枪，所述钨极氩弧焊枪与所述上滚压贴合轮间隙设置在薄壁钢管外侧，且所述上滚压贴合轮设置在钨极氩弧焊枪的右侧。

本发明超声电弧装置是在钨极氩弧焊电源上耦合叠加一种超声频率的脉冲电源，每个脉冲发出和关闭时瞬间激发超声频率，将超声波通过钨极氩弧焊电弧引入到焊接熔池中；滚压贴合装置通过与薄壁钢管无间隙贴合发生滚压作用，实现滚压贴合装置在刚刚焊接完成的焊缝上完成连续滚压，保证焊缝平整。

进一步地，薄壁钢管的内部设有两个下滚压贴合轮，所述上滚压贴合轮贴合薄壁钢管外侧相对应的内侧壁面上设置两个下滚压贴合轮，所述下滚压贴合轮分别贴合抵接薄壁钢管内侧相对的壁面，且所述两个下滚压贴合轮互不接触。

进一步地，所述滚压贴合轮的直径为d，5mm＜d＜20mm；所述薄壁钢管内径为D，D20mm。

进一步地，所述超声电弧装置还包括焊接电源和超声激励电源，所述的焊接电源和超声激励电源并联耦合后连接钨极氩弧焊枪。

进一步地，所述的超声激励电源是一种超声频率的脉冲电源，每个脉冲发出和关闭时瞬间激发超声频率。

进一步地，所述超声激励电源的波形为交流方形波，脉冲频率10-800kHz，脉冲电流0-60A，电压20-60V。

进一步地，所述钨极氩弧焊枪与上滚压贴合轮中心间距为30-60mm。