一種超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接及超聲波技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明特別涉及一種采用超聲波沖擊方法控制焊接熱裂紋的超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁及其合金具有比強度高、比重輕、易成型、耐腐蝕性等諸多優(yōu)良特性，因此被廣泛應(yīng)用于航空、航天、機械制造等重要結(jié)構(gòu)中。新型汽車、火車等民用產(chǎn)品為節(jié)約能源和提高性能，越來越多地采用高強鋁合金材料，尤其一些高強鋁合金薄板焊接結(jié)構(gòu)件更為常見。但是由于鋁合金本身固有的熱、力學(xué)性能，如較寬的脆性溫度區(qū)間、較大的線膨脹系數(shù)、較高的熱導(dǎo)率等特性，使得焊接加工技術(shù)應(yīng)用于鋁合金薄板結(jié)構(gòu)件時，表現(xiàn)出熱裂傾向嚴重，容易產(chǎn)生熱裂紋，從而給焊接結(jié)構(gòu)的使用安全帶來隱患。
[0003]焊接熱裂紋是焊接過程中存在的常見問題，也是焊接構(gòu)件的主要缺陷。焊接熱裂紋主要是指焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)時所產(chǎn)生的裂紋，熱裂紋一般產(chǎn)生在焊縫的結(jié)晶過程中，故又稱結(jié)晶裂紋或凝固裂紋。結(jié)晶裂紋絕大多數(shù)產(chǎn)生在焊縫中心或者焊縫兩側(cè)，一般呈縱向分布于焊縫中心線，或呈弧形分布于中心線兩側(cè)，這些裂紋都是沿一次結(jié)晶的晶界分布，尤其是柱狀晶，結(jié)晶裂紋主要是由結(jié)晶偏析引發(fā)。
[0004]為了防治焊接熱裂紋，一般可以從冶金角度和力學(xué)角度著手。從冶金角度出發(fā)，主要通過借助焊絲調(diào)整焊縫的合金成分和結(jié)晶組織，從而減小脆性溫度區(qū)間范圍或提高材料在脆性溫度區(qū)間的最低塑性值；或者采用諸如加入稀土元素等特殊的工藝措施，改善焊接冶金過程和焊縫凝固條件。從冶金角度可以在一定程度上減小熱裂紋長度，降低材料的熱裂敏感性，但并不能完全消除之。另外，由于結(jié)晶條件的改變，有時伴隨焊縫強度的降低或?qū)⒔Y(jié)晶裂紋轉(zhuǎn)化為更難防治的液化裂紋，而且異質(zhì)焊絲的加入會犧牲焊接接頭部分使用性能，使其在實際應(yīng)用中有一定的局限性。
[0005]從力學(xué)角度出發(fā)，主要是通過改善焊接時的應(yīng)力狀態(tài)來達到控制焊接熱裂紋的目的。在焊接過程中對焊縫中處于脆性溫度區(qū)間的金屬額外施加一定的橫向擠壓應(yīng)變，以抵消焊縫中本身固有的致裂拉伸應(yīng)變，達到控制焊接熱裂紋的目的。
[0006]此外，從力學(xué)角度出發(fā)，還有采用其它一些控制焊接熱裂紋的方法，如隨焊錘擊法、隨焊碾壓法、隨焊沖擊碾壓法、電磁法等，但這幾種方法也都存在各自的不足。如隨焊錘擊法，噪音大、焊件表面成形不良、有不均勻不連續(xù)壓痕存在、機械力度難以調(diào)整。隨焊碾壓法，設(shè)備體積大，碾壓輪易與焊槍打弧，對焊件形狀要求嚴格，很難用于實際生產(chǎn)。隨焊沖擊碾壓法，沖擊力大小、頻率調(diào)節(jié)不便，且仍是接觸式錘擊，工件表面留有沖擊痕跡，接頭的疲勞強度受到影響。電磁法，電弧特性受到電磁干擾，焊接過程不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法及裝置，以實現(xiàn)簡單、高效、節(jié)能環(huán)保且有效地控制焊接熱裂紋。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置包括:機架；工件平臺，設(shè)于所述機架上，用于承載待焊接工件；焊槍，設(shè)于所述機架上，并且與所述工件平臺可相對移動地設(shè)于所述工件平臺上方，用于焊接工件；超聲波沖擊裝置，設(shè)于所述機架上，并位于所述焊槍的后方，保持特定的距離，所述超聲波沖擊裝置的沖擊頭對焊接熔池后方處于脆性溫度區(qū)間的冷凝狀態(tài)的焊縫金屬施加一橫向擠壓應(yīng)變，抵消焊縫固有的致裂拉伸應(yīng)變，從而避免焊接熱裂紋的產(chǎn)生。
[0009]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置中，還包括:平臺行走機構(gòu)，設(shè)于所述機架上，所述工件平臺設(shè)于所述平臺行走機構(gòu)，所述平臺行走機構(gòu)用于驅(qū)動所述工件平臺在水平面內(nèi)前后左右移動，以實現(xiàn)所述工件平臺和所述焊槍之間的相對移動。
[0010]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置中，所述超聲波沖擊裝置包括兩個，兩個所述超聲波沖擊裝置的沖擊頭分別設(shè)置在與焊縫中心截面相垂直方向的兩側(cè)。
[0011 ] 優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置中，所述焊接平臺的中心處設(shè)有用于和待焊接工件的焊縫對應(yīng)的焊縫成型槽，且所述焊縫成型槽的形成材料為紫銅、寬度為4.5?8mm、深度為0.5?1.5mm,半徑為2.5?16mm。
[0012]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置中，所述焊槍、超聲波沖擊裝置均是可調(diào)整地設(shè)于所述機架上，以便于調(diào)整所述焊槍、超聲波沖擊裝置之間及所述焊槍、超聲波沖擊裝置與待焊接工件之間的距離、角度。
[0013]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置中，兩個所述超聲波沖擊裝置的作用位置都位于待焊接工件的焊接熔池中央與脆性溫度區(qū)間的上限溫度和下限溫度對應(yīng)的位置之間。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法包括以下步驟:確定待焊接工件的焊接溫度場；確定待焊接工件材料的脆性溫度區(qū)間；將待焊接工件固定在一工作平臺上；利用焊槍焊接待焊接工件，并在隨著焊縫的延伸，對焊接熔池后方施加橫向功率超聲波，以使得焊縫中心獲得橫向擠壓應(yīng)力。
[0015]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法中，確定待焊接工件焊接溫度場的步驟如下:取一個能夠反映實際待焊接工件溫度場的試驗件；在實際焊接工藝下對該試驗件施焊，測量該試驗件的焊接溫度場；確定試驗件上焊接熔池中央與脆性溫度區(qū)間上限溫度和下限溫度間的距離，從而確定待焊接工件的焊接熔池中央與脆性溫度區(qū)間上限溫度和下限溫度間對應(yīng)的距離。
[0016]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法中，在焊接熔池后方與焊縫中心截面相垂直方向的兩側(cè)均施加功率超聲波。
[0017]優(yōu)選地，在上述超聲波隨焊控制熱裂紋的新方法中，超聲波的作用位置位于待焊接工件的焊接熔池中央與待焊接工件的材料脆性溫度區(qū)間上限溫度和下限溫度對應(yīng)位置間的距離之間。
[0018]本發(fā)明的超聲波隨焊控制焊接熱裂紋裝置設(shè)置有用于控制焊接熱裂紋的超聲波沖擊裝置，并隨著焊接熱源同步移動，其可以對熔池后方處于脆性溫度區(qū)間的冷凝狀態(tài)的焊縫金屬施加一橫向擠壓應(yīng)變，抵消焊縫固有的致裂拉伸應(yīng)變，從而消除焊接熱裂紋的產(chǎn)生，從而滿足了控制焊接熱裂紋的力學(xué)條件。
[0019]同時，本發(fā)明由于采用超聲脈沖振動作用，能夠細化焊縫金屬晶粒，并改變晶粒結(jié)晶的方向性，使組織趨于更加均勻，從冶金結(jié)晶和力學(xué)兩個方面有效地控制了焊接熱裂紋的產(chǎn)生。
[0020]其次，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠、受焊接空間限制小、效率高，超聲振動的大小、調(diào)節(jié)方便，易于實現(xiàn)自動化；作用位置遠離熔池，電弧穩(wěn)定；焊縫屬于自然成形、外觀好；屬于隨焊控制，針對性強；不會引起焊縫金屬組織成分的變化。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為圖1所示實施例的焊縫與超聲波沖擊裝置的相對位置示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的冷卻曲線與常規(guī)焊冷卻曲線對比圖；
[0024]圖4為實施本發(fā)明所形成的焊接溫度場示意圖。
[0025]如圖1至圖4所示，待焊接工件1，焊槍2，超聲波沖擊裝置3、4，平臺行走機構(gòu)5，焊槍夾具6，超聲波沖擊裝置夾具7、8，焊接電源9，氬氣瓶10，循環(huán)水冷裝置11，平臺行走機構(gòu)操作器12，超聲波沖擊裝置發(fā)生器13、14，機架15，工作平臺16，底座17，焊接夾具18，熔池20，焊接完成的焊縫191，尚未焊接形成的焊縫192，脆性溫度區(qū)間200。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體