CN104668690B - 超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置与方法，属于焊接中的钎焊(熔钎焊)领域。即在焊接热源(激光或电弧)钎焊或熔钎焊中，借助填丝过程将超声振动导入熔化金属中，利用超声振动的空化效应去除固态母材表面的氧化膜，使液态钎料在固态母材表面有效润湿，提高液态钎料的铺展能力，实现无钎剂钎焊或熔钎焊，同时超声的空化作用可以细化晶粒，改善焊缝成形，提高焊接质量。该设备结构简单，应用灵活，易于实现。

Description

超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置与方法
技术领域
本发明涉及焊接中的钎焊(熔钎焊)领域，具体来说就是借助超声振动的焊丝，通过焊丝传递超声振动到熔化金属中，进而改善钎焊(熔钎焊)过程中液态钎料在固态母材表面润湿铺展性的方法与装置。
背景技术
实际的工业生产中，很多金属的激光(电弧)钎焊(熔钎焊)过程需要借助钎剂或者镀层金属来保证液态钎料的润湿铺展。但是钎剂影响焊缝成形，并且极其容易引起气孔和夹杂等缺陷；采用镀层金属时，焊接接头容易产生气孔等缺陷，且工艺上较为复杂，甚至很难实现。
采用超声振动实现液态金属在固态金属表面无钎剂润湿已经得到国内外的共识。但是，如何将超声振动施加到焊接区域是一个难题。中国专利公开号为CN 101239415A，发明创造名为“一种超声振动与焊丝送进***复合的焊接方法”，公开了一种熔化焊过程中超声振动通过焊丝传递到熔池中，借助超声的空化效应细化接头组织，均匀焊缝成分，提高接头力学性能。其不足之处是该方法仅限于熔化焊过程，焊丝送进过程中无法保证焊丝与送丝嘴的紧密接触，从而影响超声的传递。中国专利公开号为CN 101195183A，发明创造名为“超声波辅助激光钎(熔)焊的方法”，公开了一种激光钎焊镀层金属或激光钎(熔)焊异种金属中借助变幅杆将超声振动传递到即将凝固的焊缝区域，借助超声振动促进熔融钎料的流动从而改善焊缝成形，其不足之处是装置比较复杂，而且对于运动热源的钎焊(熔钎焊)很难保证液态钎料润湿的一致性。经过长时间的研究，人们发现在激光(电弧)钎焊(熔钎焊)中，焊丝端部与液态金属紧密接触时的焊接过程最为稳定。因此本发明提出，将超声施加于焊丝，利用焊丝与液态金属紧密接触这样一个特性将超声导入到液态金属中，从而实现无钎剂激光(电弧)钎焊(熔钎焊)。
发明内容
本发明的目的是为了解决金属钎焊(熔钎焊)过程中熔化钎料在金属表面润湿铺展性和接头成形能力差等问题，提供了一种超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊(熔钎焊)的方法与装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊(熔钎焊)的方法与装置，利用焊接热源(激光或电弧)钎焊或熔钎焊的送丝过程，将超声振动导入熔化金属中，利用超声振动的空化效应去除固态母材表面的氧化膜，使液态钎料在固态母材表面有效润湿，提高液态钎料的铺展能力，实现无钎剂钎焊或熔钎焊，同时超声的空化作用可以细化晶粒，改善焊缝成形，提高焊接质量。该设备结构简单，应用灵活，易于实现。
超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊(熔钎焊)的装置由焊接热源、工件、送丝***、超声***和预紧***组成；焊接热源与工件构成焊接***；送丝***把焊丝通过送丝嘴内部进入到焊接***；超声***包括：将电信号转化为机械振动的超声换能器、放大超声振动振幅的超声变幅杆、与变幅杆一体的送丝嘴组成；超声换能器连接变幅杆，变幅杆与送丝嘴相连；预紧***包括：旋入变幅杆底部的螺栓、螺纹孔、预紧弹簧、与焊丝接触的U形滑块、滑槽组成；U形滑块放入滑槽中，滑块内壁与焊丝接触，预紧弹簧连接U形滑块，螺栓旋入螺纹孔中与预紧弹簧连接。焊接过程中为保证超声振动持续有效的传递到送进的焊丝中，变幅杆底部设置预紧***，该***通过调节螺栓旋进螺纹孔的深度，改变预紧弹簧的压缩力，从而保证焊丝与变幅杆和U形滑块的内壁紧密接触，使超声振动顺利持续的传递到焊丝中。
超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的方法与装置的工艺参数设置为：焊接速度0.5-5m/min，保护气体流量为5-20L/min，焊丝直径Φ0.8-3.2mm，送丝速度1.5-10m/min,超声波工作频率为20-100KHz，超声换能器振幅为1-10μm，超声变幅杆振幅为20-200μm，送丝嘴与工件夹角15-45°。
超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊(熔钎焊)的方法与装置，除具有激光或电弧钎焊(熔钎焊)时的焊接优点外，同时液态钎料在固态金属母材表面润湿铺展性好，控制熔滴平稳向焊缝中过渡，细化焊缝晶粒等优点。该方法可实现普通焊接条件下高质量的焊接，可实现镀层金属钎焊及铝和钢、钛和铝等熔点差别较大的异种金属熔钎焊。
附图说明
图1为超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置示意图。图中，1、焊接热源(激光或电弧)；2、工件；3、螺栓；4、螺纹孔；5、预紧弹簧；6、滑槽；7、U形滑块；8、送丝***；9、焊丝；10、送丝嘴；11、超声换能器；12、变幅杆。
具体实施方式
下面结合示意图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：结合图1所述超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的方法与装置，搭建工作装置，使焊接热源1与工件2构成焊接***；送丝***8把焊丝9通过送丝嘴10内部进入到焊接***；超声换能器11连接变幅杆12，变幅杆12与送丝嘴10相连，U形滑块7放入滑槽6中，滑块内壁与焊丝接触，预紧弹5连接U形滑块7，螺栓3旋入螺纹孔4中与预紧弹簧5连接。
超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的方法工艺参数设置为：焊接速度0.5-5m/min，保护气体流量为5-20L/min，焊丝直径Φ0.8-3.2mm，送丝速度1.5-10m/min,超声波工作频率为20-100KHz，超声换能器振幅为1-10μm，超声变幅杆振幅为20-200μm，送丝嘴与工件夹角15-45°。
实施例2：结合图1，所述超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置，适合于I型、Y型、V型和X型焊缝形式，接头可以为对接、搭接、卷边等结构。焊接过程中，焊丝与液态金属始终保持稳定的紧密接触，保证超声振动连续传递到熔化钎料中。

Claims (3)

1.一种超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置，其特征在于该装置由焊接热源(1)、工件(2)、送丝***(8)、超声***和预紧***组成；焊接热源(1)与工件(2)构成焊接***；送丝***(8)把焊丝(9)通过送丝嘴(10)内部进入到焊接***；超声***由将电信号转化为机械振动的超声换能器(11)、放大超声振动振幅的超声变幅杆(12)、与超声变幅杆一体的送丝嘴(10)组成；超声换能器(11)连接变幅杆(12)，变幅杆(12)与送丝嘴(10)相连；预紧***由旋入超声变幅杆(12)底部的螺栓(3)、螺纹孔(4)、预紧弹簧(5)、与焊丝(9)接触的U形滑块(7)、滑槽(6)组成；U形滑块(7)放入滑槽(6)中，U形滑块内壁与焊丝(9)接触，预紧弹簧(5)连接U形滑块(7)，螺栓(3)旋入螺纹孔(4)中与预紧弹簧(5)连接；
为保证超声振动持续有效的传递到送进的焊丝(9)中，变幅杆(12)底部设置预紧***，预紧***通过调节螺栓(3)旋进螺纹孔(4)的深度，改变预紧弹簧(5)的压缩力，从而保证焊丝(9)与变幅杆(12)和U形滑块(7)的内壁紧密接触，使超声振动顺利持续的传递到焊丝(9)中。
2.根据权利要求1所述的超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊的装置，其特征在于：该装置适合于I型、Y型、V型和X型焊缝形式，接头为对接、搭接或卷边结构；焊接过程中，焊丝与液态金属始终保持稳定的紧密接触，从而保证超声振动连续传递到熔化钎料中。
3.一种采用权利要求1的所述装置的超声振动焊丝辅助无钎剂钎焊方法，其特征在于，工艺参数设置为：焊接速度0.5-5m/min，保护气体流量为5-20L/min，焊丝直径φ0.8-3.2mm，送丝速度1.5-10m/min，超声波工作频率为20-100KHz，超声换能器振幅为1-10μm，超声变幅杆振幅为20-200μm，送丝嘴与工件夹角15-45°。
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