一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在許多大型建設(shè)工程中，焊接都是非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。熔化極氣體保護(hù)焊是目前在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常普遍的焊接方法，其中熔滴過渡狀態(tài)對焊縫成形、飛濺大小和焊接過程的穩(wěn)定性等影響很大。在全位置熔化極氣體保護(hù)焊特別是仰焊過程中，熔滴反重力運(yùn)動，過渡困難，焊接熔池金屬容易在重力作用下流淌，不易控制，焊縫成形差，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。另外，由于受到熔滴過渡和熔池金屬流淌問題的限制，目前的全位置焊接特別是仰焊過程大多由手工焊完成，焊接效率低，工人勞動強(qiáng)度大。因此，解決全位置熔化極氣體保護(hù)焊特別是仰焊時的熔滴過渡困難及熔池金屬流淌問題具有重大意義。
[0003]近場超聲懸浮是利用高強(qiáng)度聲場產(chǎn)生的聲輻射壓力來平衡物體的重力，使聲場中的物體懸浮起來。相對于磁、靜電以及氣動懸浮等方法，近場超聲懸浮方法對被懸浮材料無特殊要求，而且結(jié)構(gòu)相對簡單，便于實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，將近場超聲懸浮技術(shù)應(yīng)用于熔化極氣體保護(hù)焊過程，利用聲輻射壓力解決在橫焊、立焊、仰焊等焊接工位金屬熔滴過渡困難和熔池金屬向下流淌的技術(shù)問題，能夠提高焊接效率與焊縫成形率，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量熔化極氣體保護(hù)焊焊接。
[0005 ]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]—種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，包括焊接系統(tǒng)和超聲懸浮系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng)包括熔化極氣體保護(hù)焊焊槍和焊接電源，所述超聲懸浮系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波發(fā)生器電源控制箱，所述超聲波發(fā)生器包括換能器和變幅桿;所述超聲波發(fā)生器用于在所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍對待焊工件進(jìn)行焊接的同時作用于焊接熔池與金屬熔滴，且所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部在除平焊以外的焊接工位時位于焊接熔池下方，使熔池金屬受到的超聲輻射壓力與電弧壓力的合力大于或等于熔池金屬受到的重力，同時使金屬熔滴受到的超聲輻射壓力與電弧壓力的合力大于金屬熔滴受到的重力。
[0007]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部截面積大于焊接熔池表面積。
[0008]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部涂覆有耐高溫涂層。
[0009]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿為非常規(guī)變幅桿，其端部的截面形狀為T形或倒三角形。
[0010]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿軸線與待焊工件表面的經(jīng)過焊接熔池中心的切面之間的角度為30-90度。
[0011]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部與焊接熔池的距離大于所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的焊絲尖端與焊接熔池的距離。
[0012]其中，所述超聲波發(fā)生器與所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的相對位置在焊接過程中保持固定不變。
[0013]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部與焊接熔池之間的距離為lmm-lOmm。
[0014]其中，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿軸線與所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的噴嘴軸線之間的角度為10-80度。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明提供了一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，將近場超聲懸浮技術(shù)與熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)相結(jié)合，并且對超聲懸浮系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)與待焊工件的相對位置包括距離、角度等做出了有效規(guī)范，還對變幅桿的形狀進(jìn)行了合理的優(yōu)化設(shè)計，使電弧力與超聲懸浮力較好的相互配合，使金屬熔滴順利過渡，并防止熔池金屬在重力作用下發(fā)生流淌問題，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)熔化極氣體保護(hù)焊的高效率焊接，并且提高了焊縫的成形性。
【附圖說明】
[0017]圖1是基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是非常規(guī)變幅桿的形狀示意圖，其中(a)為T形端部變幅桿，(b)為倒三角形端部變幅桿。
[0019]圖中:1.待焊工件，2.待焊工件固定裝置，3.熔化極氣體保護(hù)焊焊槍，4.焊槍固定裝置，5.焊接電源，6.可運(yùn)動小車，7.超聲波發(fā)生器，8.超聲波發(fā)生器固定裝置，9.超聲波發(fā)生器電源控制箱。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面以仰焊的焊接工位為例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以下實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，主要包括焊接系統(tǒng)和超聲懸浮系統(tǒng)。焊接系統(tǒng)和超聲懸浮系統(tǒng)相互配合，同步工作，焊接系統(tǒng)對待焊工件I進(jìn)行焊接，電弧熱源不斷熔化待焊工件I形成焊接熔池，同時利用超聲懸浮系統(tǒng)使金屬熔滴在超聲輻射壓力和電弧力共同作用下連續(xù)過渡到熔池中，超聲輻射壓力與電弧力作用于熔池金屬，防止熔池金屬在重力作用下向外流淌，使熔池金屬在焊接熔池內(nèi)正常凝固。
[0022]本實(shí)施例中的待焊工件I為Q345鋼板，厚度為8mm，焊接過程中通過待焊工件固定裝置2保持固定。
[0023]焊接系統(tǒng)包括熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3、焊槍固定裝置4和焊接電源5。熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3連接焊接電源5，并通過焊槍固定裝置4固定在可運(yùn)動小車6上。熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3直徑為10mm，焊絲直徑為1.2mm，電弧長度為1.5mm。熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3以45度的焊接角度對待焊工件I進(jìn)行仰焊。
[0024]超聲懸浮系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器7、超聲波發(fā)生器固定裝置8和超聲波發(fā)生器電源控制箱9，其中超聲波發(fā)生器7包括換能器和變幅桿，換能器將電能轉(zhuǎn)化為超聲能量，變幅桿將超聲波幅度增大。超聲波發(fā)生器7的功率和振幅應(yīng)保證超聲輻射壓力與電弧壓力的合力大于或等于熔池金屬受到的重力，在具體實(shí)施過程中，超聲波發(fā)生器7的功率和超聲振幅的選擇根據(jù)具體的熔池尺寸選擇即可。超聲波發(fā)生器7連接超聲波發(fā)生器電源控制箱9，并通過超聲波發(fā)生器固定裝置8固定在同一可運(yùn)動小車6上。超聲波發(fā)生器7的功率為900W，超聲振幅為30um，超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部形狀為T形，直徑為10mm。超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部截面積應(yīng)大于焊接熔池表面積，這樣能夠保證熔池內(nèi)部所有液態(tài)金屬都處在超聲波發(fā)生器7發(fā)出的超聲輻射壓力影響范圍之內(nèi)。超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部涂覆有耐高溫涂層，以防止變幅桿端部因?yàn)楹附与娀〉母邷囟刍蛘咦冃巍Ｔ诒緦?shí)施例中，超聲波發(fā)生器7的變幅桿軸線與待焊工件I的夾角為75度，這是為了在不影響熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3工作的情況下提供較大的反重力方向的聲輻射壓力。
[0025]如圖2所示，超聲波發(fā)生器7的變幅桿為非常規(guī)變幅桿，其端部的截面形狀為T形(圖2(a))或倒三角形(圖2(b))，采用非常規(guī)變幅桿可以使超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部與熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3配合更加緊密，以提供更合理的聲輻射壓力。
[0026]可運(yùn)動小車6同時帶動熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3與超聲波發(fā)生器7進(jìn)行運(yùn)動，熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3與超聲波發(fā)生器7的相對位置在焊接過程中保持固定不變，可運(yùn)動小車6在焊接過程中沿圖1中箭頭所示的方向運(yùn)動。
[0027]超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部與焊接熔池的距離大于熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3的焊絲尖端與焊接熔池的距離，這樣就可以保證熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3的焊絲尖端和金屬熔滴的位置能夠同時處于超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部與焊接熔池之間，如此可使金屬熔滴在超聲輻射壓力和電弧壓力的合力作用下順利過渡到焊接熔池中。
[0028]—般地，超聲波發(fā)生器7的變幅桿軸線與熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3的噴嘴軸線之間的角度在10-80度范圍內(nèi)。超聲波發(fā)生器7的變幅桿軸線與待焊工件I表面的經(jīng)過焊接熔池中心的切面之間的角度為30-90度。由于超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部發(fā)出的超聲輻射壓力的較強(qiáng)位置一般在距離超聲波發(fā)生器7端部300um-10mm，而熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3的焊絲尖端與焊接熔池的距離一般大于1mm，所以為了保證超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部與焊接熔池之間的距離大于熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3的焊絲尖端與焊接熔池的距離，本發(fā)明的超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部與焊接熔池之間的距離在Imm-1Omm范圍內(nèi)選擇。以上參數(shù)的具體數(shù)據(jù)選用在實(shí)際工況中根據(jù)熔池尺寸和超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部尺寸進(jìn)行確定。
[0029]超聲波發(fā)生器7在熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3對待焊工件I進(jìn)行焊接的同時作用于焊接熔池和金屬熔滴，電弧力與超聲懸浮力相互疊加，使金屬熔滴所受到的反重力方向的推力大于金屬熔滴所受到的重力，從而使金屬熔滴從焊絲尖端順利過渡到熔池中；同時，使熔池金屬受到的反重力方向的合力大于或等于熔池金屬所受到的重力，防止熔池金屬因重力而流淌。在仰焊、立焊或橫焊的焊接工位時，本發(fā)明的超聲波發(fā)生器7的變幅桿端部應(yīng)位于焊接熔池中心所在水平面的下方。
[0030]本實(shí)施例焊接流程為:將待焊工件I固定在工件固定裝置2上，待焊工件I在焊接過程中保持不動。將熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3與超聲波發(fā)生器7通過焊槍固定裝置4和超聲波發(fā)生器固定裝置8固定于可運(yùn)動小車6上。啟動焊接電源5，電弧產(chǎn)生，同時啟動可運(yùn)動小車6和超聲波發(fā)生器電源控制箱9。隨著熔化極氣體保護(hù)焊焊槍3和超聲波發(fā)生器7沿圖1中箭頭所示方向運(yùn)動，電弧熱源不斷熔化待焊工件I形成新的焊接熔池，超聲輻射壓力和電弧力共同作用下，金屬熔滴連續(xù)過渡到熔池中，超聲輻射壓力與電弧力作用于熔池金屬，防止熔池金屬在重力作用下向外流淌，形成外觀良好的焊縫。直至焊接結(jié)束，停止可運(yùn)動小車6，關(guān)閉焊接電源5和超聲波發(fā)生器電源9。
[0031]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，包括焊接系統(tǒng)和超聲懸浮系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng)包括熔化極氣體保護(hù)焊焊槍和焊接電源，所述超聲懸浮系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波發(fā)生器電源控制箱，所述超聲波發(fā)生器包括換能器和變幅桿;所述超聲波發(fā)生器用于在所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍對待焊工件進(jìn)行焊接的同時作用于焊接熔池與金屬熔滴，且所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部在除平焊以外的焊接工位時位于焊接熔池下方，使熔池金屬受到的超聲輻射壓力與電弧壓力的合力大于或等于熔池金屬受到的重力，同時使金屬熔滴受到的超聲輻射壓力與電弧壓力的合力大于金屬熔滴受到的重力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部截面積大于焊接熔池表面積。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部涂覆有耐高溫涂層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿為非常規(guī)變幅桿，其端部的截面形狀為T形或倒三角形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿軸線與待焊工件表面的經(jīng)過焊接熔池中心的切面之間的角度為30-90度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部與焊接熔池的距離大于所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的焊絲尖端與焊接熔池的距離。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器與所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的相對位置在焊接過程中保持固定不變。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿端部與焊接熔池之間的距離為lmm-lOmm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的變幅桿軸線與所述熔化極氣體保護(hù)焊焊槍的噴嘴軸線之間的角度為10-80度。
【專利摘要】本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于近場超聲懸浮技術(shù)的熔化極氣體保護(hù)焊焊接系統(tǒng)，包括焊接系統(tǒng)和超聲懸浮系統(tǒng)，焊接系統(tǒng)包括熔化極氣體保護(hù)焊焊槍和焊接電源，超聲懸浮系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波發(fā)生器電源控制箱，超聲波發(fā)生器包括換能器和變幅桿；超聲波發(fā)生器用于在熔化極氣體保護(hù)焊焊槍對待焊工件進(jìn)行焊接的同時作用于焊接熔池與金屬熔滴。本發(fā)明將近場超聲懸浮技術(shù)與熔化極氣體保護(hù)焊技術(shù)相結(jié)合，并且對超聲懸浮系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)與待焊工件的相對位置做出了有效規(guī)范，使熔池金屬與金屬熔滴受到的電弧力與超聲懸浮力相互疊加，使金屬熔滴順利過渡，并防止熔池金屬在重力作用下發(fā)生流淌，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率焊接，提高焊縫成形性。
【IPC分類】B23K9/173, B23K37/06
【公開號】CN105710512
【申請?zhí)枴緾N201610119668
【發(fā)明人】羅震, 袁濤, 敖三三, 馮夢楠, 凌展翔, 樊文飛
【申請人】天津大學(xué)