一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统技术方案

本发明专利技术属于焊接技术领域，公开了一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，包括钨极气体保护焊焊枪、焊接电源组成的焊接系统和超声波发生器、超声波发生器电源控制箱组成的超声悬浮系统，超声波发生器包括换能器和变幅杆；超声波发生器用于在钨极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池，超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下方。本发明专利技术将近场超声悬浮技术与钨极气体保护焊技术相结合，并且对超声悬浮系统与焊接系统的相对位置做出规范，使熔池金属受到的电弧力与超声悬浮力相互叠加，与熔池金属受到的重力达到平衡状态，防止熔池金属在重力作用下发生流淌，实现高效率焊接和高焊缝成形率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，具体的说，是涉及一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统。
技术介绍
国际上重大工程建设中的大型结构件，虽然形式与结构千差万别，但是全位置焊接成形技术一直是大型结构件制造的核心及亟需攻克的关键技术。全位置焊接时，在重力场的作用下极易造成熔池金属向下流淌，不能保证焊缝成形的一致性。焊接结构对连接部位提出承载要求，而焊接接头对熔池形状和大小有限制，即小熔池无法满足强度要求，大熔池造成熔池金属流淌，无法满足质量要求。所以，必须提出新的方法解决全位置焊接特别是仰焊、立焊、横焊等焊接工位焊接过程中熔池金属流淌的问题。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，由于受到熔池金属在重力作用下流淌等问题的限制，全位置焊接方法目前存在如下问题：第一，焊接过程中需要适时调整熔池受力受热等，所以目前的全位置焊接主要采用手工焊完成，焊接效率低下，无法满足生产需求；其次，熔池金属向下流淌，很容易出现各种焊接缺陷，焊缝成形性差；第三，为了防止熔池金属向下流淌，熔池尺寸受到限制，只能采用较小的焊接规范，严重影响了大熔池全位置焊接方法的研究和发展。近场超声悬浮是利用高强度声场产生的声辐射压力来平衡物体的重力，使声场中的物体悬浮起来。相对于磁、静电以及气动悬浮等方法，近场超声悬浮方法对被悬浮材料无特殊要求，而且结构相对简单，便于实施。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，将近场超声悬浮技术应用于钨极气体保护焊过程，利用声场悬浮解决在横焊、立焊、仰焊等全位置焊接工位焊接过程中熔池金属向下流淌的技术问题，能够提高焊接效率与焊缝成形率，实现高质量钨极气体保护焊焊接。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，包括焊接系统和超声悬浮系统，所述焊接系统包括钨极气体保护焊焊枪和焊接电源，所述超声悬浮系统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，所述超声波发生器包括换能器和变幅杆；所述超声波发生器用于在所述钨极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池，且所述超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下方，使熔池金属受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于熔池金属受到的重力。其中，所述超声波发生器的变幅杆端部截面积大于焊接熔池表面积。其中，所述超声波发生器的变幅杆端部涂覆有耐高温涂层。其中，所述超声波发生器的变幅杆轴线与所述钨极气体保护焊焊枪的枪嘴轴线之间的角度为10-80度。其中，所述超声波发生器的变幅杆轴线与待焊工件表面的经过焊接熔池中心的切面之间的角度为30-90度。其中，所述超声波发生器与所述钨极气体保护焊焊枪的相对位置在焊接过程中保持固定不变。其中，所述超声波发生器的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离为300um-10mm。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，将近场超声悬浮技术与钨极气体保护焊技术相结合，并且对超声悬浮系统、焊接系统与待焊工件的相对位置包括距离、角度等做出了规范，使电弧力与超声悬浮力较好的相互配合，从而与熔池金属受到的重力达到平衡状态，防止熔池金属在重力作用下发生流淌问题，本专利技术能够实现钨极气体保护焊的全位置高效率焊接，并且提高了焊缝的成形性。附图说明图1是基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统的结构示意图。图中：1.待焊工件，2.待焊工件固定装置，3.钨极气体保护焊焊枪，4.焊枪固定装置，5.焊接电源，6.可运动小车，7.超声波发生器，8.超声波发生器固定装置，9.超声波发生器电源控制箱。具体实施方式下面以横焊的焊接工位为例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。如图1所示，本实施例提供了一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，主要包括焊接系统和超声悬浮系统。焊接系统和超声悬浮系统相互配合，同步工作，焊接系统对待焊工件1进行焊接，电弧热源不断熔化待焊工件1形成焊接熔池，同时利用超声悬浮系统使超声波悬浮力作用于熔池金属，防止熔池金属在重力作用下向外流淌，使熔池金属在焊接熔池内正常凝固。本实施例中的待焊工件1为Q345钢板，厚度为8mm，焊接过程中通过待焊工件固定装置2保持固定。焊接系统包括钨极气体保护焊焊枪3、焊枪固定装置4和焊接电源5。钨极气体保护焊焊枪3连接焊接电源5，并通过焊枪固定装置4固定在可运动小车6上。钨极气体保护焊焊枪3直径为10mm，钨极直径为3.2mm，电弧长度为1.5mm。钨极气体保护焊焊枪3以其喷嘴轴线垂直于待焊工件1表面的角度进行横焊。超声悬浮系统包括超声波发生器7、超声波发生器固定装置8和超声波发生器电源控制箱9，其中超声波发生器7包括换能器和变幅杆，换能器将电能转化为超声能量，变幅杆将超声波幅度增大。超声波发生器7的功率和振幅应保证超声辐射压力与电弧压力的合力大于熔池金属受到的重力，在具体实施过程中，超声波发生器7的功率和超声振幅的选择根据具体的熔池尺寸选择即可。超声波发生器7连接超声波发生器电源控制箱9，并通过超声波发生器固定装置8固定在同一可运动小车6上。超声波发生器7的功率为900W，超声振幅为30um，超声波发生器7的变幅杆端部直径为10mm。超声波发生器7的变幅杆端部截面积应大于焊接熔池表面积，这样能够保证熔池内部所有金属都处在超声波发生器7发出的超声辐射压力影响范围之内。超声波发生器7的变幅杆端部涂覆有耐高温涂层，以防止变幅杆端部因为焊接电弧的高温而熔化或者变形。在本实施例中，超声波发生器7的变幅杆处于焊接熔池下方，而且超声波发生器7的变幅杆轴线与待焊工件1表面之间角度为45度；超声波发生器7的变幅杆端部与焊接熔池之间的距离为10mm，这是因为本实施例中距离变幅杆端部10mm处的超声声辐射压力最大。可运动小车6同时带动钨极气体保护焊焊枪3与超声波发生器7进行运动，钨极气体保护焊焊枪3与超声波发生器7的相对位置在焊接过程中保持固定不变，可运动小车6在焊接过程中沿垂直纸面的方向运动。在本实施例中，超声波发生器7的变幅杆轴线与钨极气体保护焊焊枪3的喷嘴轴线之间的角度为45度。一般地，超声波发生器7的变幅杆轴线与钨极气体保护焊焊枪3的喷嘴轴线之间的角度在10-80度范围内。超声波发生器7的变幅杆轴线与待焊工件1表面的经过焊接熔池中心的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，其特征在于，包括焊接系统和超声悬浮系统，所述焊接系统包括钨极气体保护焊焊枪和焊接电源，所述超声悬浮系统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，所述超声波发生器包括换能器和变幅杆；所述超声波发生器用于在所述钨极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于焊接熔池，且所述超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下方，使熔池金属受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于熔池金属受到的重力。

【技术特征摘要】
1.一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，其特征在于，包括焊接系
统和超声悬浮系统，所述焊接系统包括钨极气体保护焊焊枪和焊接电源，所述超声悬浮系
统包括超声波发生器和超声波发生器电源控制箱，所述超声波发生器包括换能器和变幅
杆；所述超声波发生器用于在所述钨极气体保护焊焊枪对待焊工件进行焊接的同时作用于
焊接熔池，且所述超声波发生器的变幅杆端部在除平焊以外的焊接工位时位于焊接熔池下
方，使熔池金属受到的超声辐射压力与电弧压力的合力大于熔池金属受到的重力。
2.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，其
特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部截面积大于焊接熔池表面积。
3.根据权利要求1所述的一种基于近场超声悬浮技术的钨极气体保护焊焊接系统，其
特征在于，所述超声波发生器的变幅杆端部...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗震，袁涛，敖三三，冯梦楠，凌展翔，樊文飞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12