本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置及其焊接方法。

背景技術(shù)：

目前，鎳基合金可使用的范圍已非常廣泛，幾乎任何一種類型的耐腐蝕場合都能選擇一種鎳基合金材料。鎳基合金復(fù)合管是以鎳基合金作為管道的內(nèi)襯層，以碳鋼作為外部基管，內(nèi)襯層和基管分別具有良好的耐蝕性能和力學(xué)性能，這種新型產(chǎn)品既提高了管道的安全性，又延長了管道的使用壽命，特別在輸送腐蝕性油氣方面，將大大降低使用成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

鎳基合金復(fù)合管因其優(yōu)良的綜合使用性能，已被越來越廣泛的使用；但是鎳基合金復(fù)合管的焊接質(zhì)量難以控制，易對其使用性能造成不良影響，如內(nèi)襯層鎳基合金相對于碳鋼而言的，其熱導(dǎo)率小、粘度大、流動性差易造成焊瘤、成分偏析等缺陷，尤其對于沉淀強(qiáng)化的鎳基合金，其合金元素鈮在焊接過程中的偏析較為嚴(yán)重，生成的Laves相和NbC會嚴(yán)重降低焊縫的理化性能；焊接時，因鎳基合金和碳鋼的線膨脹系數(shù)差別較大，易引起焊接熱裂紋；此外，鎳基合金的焊縫熔池較淺，且對有害氣體、雜質(zhì)元素較為敏感，這對焊縫成型質(zhì)量也是不利的。

目前為止，解決這一問題的辦法是控制焊接熱輸入如焊接速度、焊接電流、焊接電壓等，以及嚴(yán)格清理被焊工件后盡快焊接。但是在實(shí)際焊接過程中仍然存在清理與焊接的不同步，尤其當(dāng)施焊環(huán)境濕度較大時，會導(dǎo)致較大的氣孔形成傾向，另外控制焊接參數(shù)也往往會出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，很難綜合解決問題。

超聲波是頻率高于20kHz的一種機(jī)械振動，在液態(tài)及固液混合介質(zhì)中傳播時會產(chǎn)生空化、聲流、熱和機(jī)械振動等非線性效應(yīng)。焊接過程中，將超聲波引入焊接熔池，利用超聲波的空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)、熱效應(yīng)、振動效應(yīng)可以改變焊縫熔池的結(jié)晶過程，尤其空化作用產(chǎn)生的空化泡在潰縮過程產(chǎn)生大量的高能密度點(diǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)生熱效應(yīng)和物理化學(xué)效應(yīng)，液體中的微小氣泡核在超聲波作用下被激活，表現(xiàn)為氣泡核的振蕩、生長、收縮乃至崩潰等一系列非線性的動力學(xué)過程。在空化泡振蕩的崩潰階段，在極短的時間內(nèi)，在極小的空間里產(chǎn)生5000K以上的高溫和5×107Pa的高壓，溫升速率高達(dá)109 K/s，并伴有高達(dá)400 km/h 的射流，這就為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的物理化學(xué)過程，提供了一種新的非常特殊的物理環(huán)境，超聲空化過程會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，可以打碎初生的粗大晶體和正在長大的枝晶，從而增加形核質(zhì)點(diǎn)，提高形核率，此外，超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的局部高溫、高壓會使局部熔體的熔點(diǎn)上升，有效過冷度增加，亦會提高形核率，這些對晶粒細(xì)化、成分均勻化、降低成分偏析程度是有利的。但是將超聲波引入鎳基合金復(fù)合管的焊接過程還未見報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置及其焊接方法，在不改變原有設(shè)備的前提下，通過添加輔助裝置將超聲波引入焊縫熔池，使得超聲波的空化效應(yīng)、振動效應(yīng)傳遞到熔池，打斷熔池中正在生長的柱狀晶，細(xì)化焊縫晶粒，使得焊縫元素分布更加均勻，改善焊縫成型質(zhì)量，提高焊縫理化性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置，包括超聲波發(fā)生器、換能器、換能器夾具、焊接電源、焊槍、焊槍夾具、焊接擺動器、擺動器支架、送絲軟管、導(dǎo)管、輔助送絲軟管、工件控制裝置；

所述超聲波發(fā)生器與換能器連接，換能器上設(shè)有的探頭；所述焊接擺動器設(shè)置在擺動器支架上，焊接擺動器上還設(shè)有耦合件，所述換能器夾具套在換能器上，且與耦合件連接；所述焊接電源上設(shè)有自動送絲機(jī)構(gòu)，所述焊槍與焊接電源連接，焊槍上均勻設(shè)有多個觸控按鍵，所述焊槍夾具套在焊槍上，且與耦合件連接，所述送絲軟管、導(dǎo)管和輔助送絲軟管依次連接，且送絲軟管的另一端與自動送絲機(jī)構(gòu)連接，所述輔助送絲軟管與焊槍并列設(shè)置，且通過耦合件聯(lián)動；所述導(dǎo)管上還設(shè)有與探頭的端口相匹配的探頭孔，探頭通過探頭孔伸入或貫穿導(dǎo)管，所述探頭位于導(dǎo)管內(nèi)的端口上還設(shè)有圓孔，所述圓孔與導(dǎo)管內(nèi)徑相匹配，用于通過焊絲；所述工件控制裝置包括焊接變位機(jī)和設(shè)置在焊接變位機(jī)上的待焊工件，所述焊接變位機(jī)用于控制待焊工件轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步地，所述換能器與探頭通過螺紋連接；所述導(dǎo)管分別與送絲軟管、輔助送絲軟管螺紋連接；所述耦合件分別與換能器夾具、焊槍夾具螺紋連接。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)管的直徑為4mm；所述觸控按鍵包括電弧控制按鍵和送絲控制按鍵。

進(jìn)一步地，所述探頭靠近導(dǎo)管的端口為圓柱體，所述圓孔設(shè)置在圓柱體上。

進(jìn)一步地，所述探頭為鈦合金耐高溫材料。

進(jìn)一步地，所述輔助送絲軟管上設(shè)有送絲嘴。

進(jìn)一步地，所述焊接擺動器上還設(shè)有插銷。

進(jìn)一步地，所述耦合件為L形板，L形板上設(shè)有凹槽。

上述鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置的焊接方法，包括以下步驟：

S1.將待焊的鎳基復(fù)合管安裝在焊接變位機(jī)上，焊接變位機(jī)帶動鎳基復(fù)合管轉(zhuǎn)動；

S2.將焊槍對準(zhǔn)鎳基復(fù)合管的焊縫的中心，焊接擺動器帶動焊槍擺動；

S3.打開焊接電源、超聲波發(fā)生器，啟動自動送絲機(jī)構(gòu)，輔助送絲軟管噴出焊絲，通過焊槍焊接，完成鎳基復(fù)合管的焊接。

進(jìn)一步地，所述焊接變位機(jī)的轉(zhuǎn)速為0~1000r/min；所述焊接擺動器的擺動幅度為0~200mm，擺動速度為0~50mm/s；所述超聲波發(fā)生器的超聲功率0~1000W，超聲頻率15kHz~50kHz；所述焊接電源的焊接電流65~170A，焊接電壓10~12V。

本發(fā)明的工作原理：超聲波發(fā)生器把AC-220V(50-60Hz)的市電轉(zhuǎn)化為高頻率的(15KHz-100KHz)震蕩信號，提供給換能器；換能器把電能轉(zhuǎn)化為高頻率機(jī)械振動能，并由具有振幅放大功能的探頭把超聲振動通過焊絲傳遞到焊縫熔池，從而實(shí)現(xiàn)將超聲波的空化效應(yīng)、振動效應(yīng)傳遞到熔池，打碎初生的粗大晶體和正在長大的枝晶，從而增加形核質(zhì)點(diǎn)，提高形核率，細(xì)化焊縫晶粒，并使得焊縫成分分布更加均勻，改善焊縫成型質(zhì)量，提高焊縫理化性能。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對傳統(tǒng)焊接方法在鎳基復(fù)合管焊接時的缺陷，自行設(shè)計出振動單元、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、焊接變位器耦合系統(tǒng)，通過將超聲波引入焊縫，利用超聲波的非線性效應(yīng)，改變焊縫金屬的結(jié)晶過程，并最終提高焊縫的力學(xué)性能；

與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊相比，本發(fā)明中超聲振動的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1.施加超聲后，超聲波的高頻振動對焊絲做功，極大的提高了焊絲送入熔池前的溫度，有利于提高焊接效率，其作用相當(dāng)于熱絲TIG焊；

2.施加超聲后，焊絲端部熔滴在超聲的作用下，由于降低了表面張力，更易于向熔池過渡，這也將有利于焊接效率的提高。

3. 施加超聲后，由于超聲的空化效應(yīng)、振動效應(yīng)、熱效應(yīng)作用于熔池，使得焊縫晶粒更加細(xì)小，成分更加均勻，熱裂紋形成傾向和焊接殘余應(yīng)力更小，焊縫力學(xué)性能更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明探頭與導(dǎo)管的連接結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的換能器夾具；

圖4為本發(fā)明的焊槍夾具；

圖5為本發(fā)明的耦合件；

圖中，1-超聲波發(fā)生器，2-換能器，3-探頭，4-耦合件，5-導(dǎo)管，6-換能器夾具，7-焊槍夾具，8-焊槍擺動器，9-擺動器支架，10-插銷，11-焊接電源，12-焊槍，13-電弧控制按鈕，14送絲控制按鈕，15-輔助送絲軟管，16-送絲嘴，17-焊絲，18-焊接變位機(jī)，19-待焊工件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置，包括超聲波發(fā)生器1、換能器2、換能器夾具6、焊接電源11、焊槍12、焊槍夾具7、焊接擺動器8、擺動器支架9、送絲軟管、導(dǎo)管5、輔助送絲軟管15、工件控制裝置；

所述超聲波發(fā)生器1與換能器2連接，換能器2上設(shè)有的探頭3；所述焊接擺動器8設(shè)置在擺動器支架9上，焊接擺動器8上還設(shè)有耦合件4，所述換能器夾具6套在換能器2上，且與耦合件4連接；所述焊接電源11上設(shè)有自動送絲機(jī)構(gòu)，所述焊槍12與焊接電源11連接，焊槍12上均勻設(shè)有多個觸控按鍵，所述焊槍夾具7套在焊槍12上，且與耦合件4連接，所述送絲軟管、導(dǎo)管5和輔助送絲軟管15依次連接，且送絲軟管的另一端與自動送絲機(jī)構(gòu)連接，所述輔助送絲軟管15與焊槍12并列設(shè)置，且通過耦合件4聯(lián)動；所述導(dǎo)管5上還設(shè)有與探頭3的端口相匹配的探頭孔，探頭3通過探頭孔伸入或貫穿導(dǎo)管5，所述探頭3位于導(dǎo)管5內(nèi)的端口上還設(shè)有圓孔，所述圓孔與導(dǎo)管5內(nèi)徑相匹配，用于通過焊絲；所述工件控制裝置包括焊接變位機(jī)18和設(shè)置在焊接變位機(jī)18上的待焊工件19，所述焊接變位機(jī)18用于控制待焊工件19轉(zhuǎn)動。

具體地，所述換能器2與探頭3通過螺紋連接；所述導(dǎo)管5分別與送絲軟管、輔助送絲軟管15螺紋連接；所述耦合件4分別與換能器夾具6、焊槍夾具7螺紋連接。

具體地，所述導(dǎo)管5的直徑為4mm；所述觸控按鍵包括電弧控制按鍵13和送絲控制按鍵14。

具體地，所述探頭3靠近導(dǎo)管5的端口為圓柱體，所述圓孔設(shè)置在圓柱體上。

具體地，所述探頭3為鈦合金耐高溫材料。

具體地，所述輔助送絲軟管15上設(shè)有送絲嘴16。

具體地，所述焊接擺動器8上還設(shè)有插銷10。

具體地，所述耦合件4為L形板，L形板上設(shè)有凹槽。

上述鎳基復(fù)合管的新型焊接裝置的焊接方法，包括以下步驟：

S1.將待焊的鎳基復(fù)合管安裝在焊接變位機(jī)18上，焊接變位機(jī)18帶動鎳基復(fù)合管轉(zhuǎn)動；

S2.將焊槍12對準(zhǔn)鎳基復(fù)合管的焊縫的中心，焊接擺動器8帶動焊槍12擺動；

S3.打開焊接電源11、超聲波發(fā)生器1，啟動自動送絲機(jī)構(gòu)，焊絲17依次通過送絲軟管、導(dǎo)管5、圓孔、輔助送絲軟管15，再由噴絲嘴16噴出焊絲17，通過焊槍12焊接，完成鎳基復(fù)合管的焊接。

具體地，所述焊接變位機(jī)的轉(zhuǎn)速為0~1000r/min；所述焊接擺動器的擺動幅度為0~200mm，擺動速度為0~50mm/s；所述超聲波發(fā)生器的超聲功率0~1000W，超聲頻率15kHz~50kHz；所述焊接電源的焊接電流65~170A，焊接電壓10~12V。

使用時，超聲波發(fā)生器1把AC-220V(50-60Hz)的市電轉(zhuǎn)化為高頻率的(15KHz-100KHz)震蕩信號，提供給換能器2；換能器2把電能轉(zhuǎn)化為高頻率機(jī)械振動能，并由具有振幅放大功能的探頭3把超聲振動通過焊絲17傳遞到焊縫熔池，從而實(shí)現(xiàn)將超聲波的空化效應(yīng)、振動效應(yīng)傳遞到熔池，打碎初生的粗大晶體和正在長大的枝晶，從而增加形核質(zhì)點(diǎn)，提高形核率，細(xì)化焊縫晶粒，并使得焊縫成分分布更加均勻，改善焊縫成型質(zhì)量，提高焊縫理化性能。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。