一种超声振动辅助送丝装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声振动辅助送丝装置，涉及焊接、增材制造辅助设备技术领域，送丝管的一端与送丝机连接，送丝管的另一端与超声振动结构或金属导丝管连接，超声振动结构与金属导丝管连接，金属导丝管与导丝嘴连接，送丝机中的焊丝依次穿过送丝管、金属导丝管和导丝嘴，超声振动结构用于向金属导丝管内的焊丝施加超声振动。本发明专利技术通过焊丝传导超声振动，可避免超声变幅杆与工件或焊缝、沉积层直接接触，避免超声设备由于接触压力过大或过热造成损坏。通过焊丝传导超声至熔池可改善焊丝端部熔滴过渡，主动干预熔池流动，调控熔池能量分布，均匀焊缝和沉积层化学成分、细化晶粒，提高焊接接头和增材制造沉积层综合力学性能。焊接接头和增材制造沉积层综合力学性能。焊接接头和增材制造沉积层综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超声振动辅助送丝装置


[0001]本专利技术属于焊接、增材制造辅助设备
，特别是涉及一种焊接与熔丝增材制造的超声振动辅助送丝装置。

技术介绍

[0002]送丝是焊接和熔丝增材制造过程中非常重要的一个操作环节，焊丝作为一种填充材料常被用于激光、电子束、电弧焊接和熔丝增材制造中，通常采用送丝机连续稳定地送入焊接和增材制造的热源(激光束、电子束、电弧)中进行熔化凝固后进行填充预制的坡口形成焊接接头，或形成三维零件。送丝机按送丝动力方向分为推丝式、拉丝式和推拉丝式三种。这三种送丝方式均可将焊丝连续不断地送入热源中将焊丝熔化形成熔池，凝固后形成焊接接头或三维零件，但是这三种送丝方式将焊丝送进热源熔化形成熔池后无法对熔池进行干扰，进而无法主动干预熔池流动和凝固成形，也无法调控细化焊缝或沉积层的显微组织，以及焊接接头和沉积层的力学性能。
[0003]超声波作为一种机械振动，同时也是能量传递的载体，目前作为辅助能场被广泛地加载在激光焊接、激光电弧复合焊接、激光增材制造、电弧焊接(TIG，MIG)、熔丝电弧增材制造中。超声波在液体中传播时会引起空化效应、声流效应、机械效应以及热效应，这四种效应可以促进焊接和增材制造时液态熔池流动从而使熔池的温度和成分分布更加均匀，从而改善焊缝和沉积层的成分偏析与凝固成形；此外，这四种效应还可以造成熔池凝固时柱状晶的破碎，促进柱状晶向等轴晶转变，从而细化焊缝和沉积层的晶粒，提高焊缝和沉积层的综合力学性能。
[0004]目前国内外传统的超声辅助焊接和增材制造过程通过以下两种方式将超声加载到熔池中使熔池产生振动：1.超声装置中的超声变幅杆直接接触焊接工件或增材制造基板的正面或背面且对工件或增材制造基板施加一定压力，并与焊缝或沉积层保持一定距离，焊接或增材制造过程中超声变幅杆位置保持不变，超声通过超声变幅杆后传导给工件或增材制造基板，经工件或增材制造基板传导至熔池。2.超声装置与热源集成在一起成为超声辅助焊接/增材制造头，超声装置中的超声变幅杆位于热源的后方且与热源保持一定的距离，焊接或增材制造过程中超声辅助焊接/增材制造头与待焊工件或增材制造基板保持相对运动，超声变幅杆头部持续作用于熔池后沿的焊缝两侧或直接作用于已凝固的沉积层，超声通过超声变幅杆传导至工件或已凝固的沉积层，经工件或已凝固的沉积层传导至熔池。这两种方式均是将超声通过工件、增材制造基板或已凝固沉积层间接地传导至熔池，超声经工件、增材制造基板或已凝固沉积层传导时会发生一定程度的损耗，导致最终作用于熔池的超声利用率降低，尤其是方式1，超声振动需要带动整个工件或增材制造基板的振动才能将超声传导至熔池，因此需要安装大功率的超声装置才能保证超声对熔池的有效作用。另外，由于方式1中超声变幅杆在待焊工件或增材制造基板上保持位置不变，而焊接过程中熔池保持移动状态，超声对熔池的作用会随着熔池与超声变幅杆之间的距离增加而减弱，导致超声对整个焊接过程中熔池作用的强弱程度不均匀。相比于方式1，方式2可保持熔
池与超声变幅杆之间的距离不变，超声对整个焊接过程中熔池作用的强弱程度可保持一致，且超声传导至熔池的过程中损耗大大降低。但是方式2在焊接或增材制造过程中需要持续保持超声变幅杆与工件或已凝固沉积层的直接接触，且要与工件或已凝固沉积层保持相对运动，过程中需要调节超声变幅杆与工件或已凝固沉积层之间处于合适的压力。压力过大会使得超声变幅杆与工件或已凝固沉积层之间的摩擦力过大，导致变幅杆行进困难和设备磨损；而当压力过小时，超声无法有效地传导至熔池。此外，超声变幅杆长时间与高温焊缝附近的工件表面或高温沉积层直接接触会导致超声设备过热失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种超声振动辅助送丝装置，通过焊丝传导超声振动，可避免超声变幅杆与工件或焊缝、沉积层直接接触，避免超声设备由于接触压力过大或过热造成损坏。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供了一种超声振动辅助送丝装置，包括送丝管、超声振动结构、金属导丝管和导丝嘴，所述送丝管的一端与送丝机连接，所述送丝管的另一端与所述超声振动结构或所述金属导丝管连接，所述超声振动结构与所述金属导丝管连接，所述金属导丝管与所述导丝嘴连接，送丝机中的焊丝依次穿过所述送丝管、所述金属导丝管和所述导丝嘴，所述超声振动结构用于向所述金属导丝管内的焊丝施加超声振动。
[0008]优选地，所述超声振动结构包括依次连接的超声换能器、超声变幅杆和工具头，所述超声换能器、所述超声变幅杆和所述工具头同轴设置。
[0009]优选地，所述焊丝送进方向与所述超声振动结构的振动方向平行或垂直设置。
[0010]优选地，所述焊丝与所述超声振动结构的振动方向平行设置时，所述送丝管的另一端与所述超声换能器连接，所述金属导丝管的一端与所述工具头连接，所述金属导丝管的另一端与所述导丝嘴连接，焊丝依次穿过所述送丝管、所述超声换能器、所述超声变幅杆、所述工具头、所述金属导丝管和所述导丝嘴。
[0011]优选地，所述焊丝与所述超声振动结构的振动方向垂直设置时，所述送丝管的另一端与所述金属导丝管的一端连接，所述金属导丝管穿过所述工具头，所述金属导丝管的另一端与所述导丝嘴连接，焊丝依次穿过所述送丝管、所述金属导丝管和所述导丝嘴。
[0012]优选地，所述焊丝送进方向为X向，所述超声振动结构的振动方向为Y向。
[0013]优选地，所述焊丝送进方向为X向，所述超声振动结构的振动方向为Z向。
[0014]优选地，所述金属导丝管的内径大于焊丝的直径。
[0015]优选地，所述超声换能器为穿孔式超声换能器。
[0016]优选地，焊接和熔丝增材制造所使用的所述焊丝为实心或药芯焊丝。
[0017]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0018]本专利技术通过焊丝传导超声振动，可避免超声变幅杆与工件或焊缝、沉积层直接接触，避免超声设备由于接触压力过大或过热造成损坏。通过焊丝传导超声至熔池可改善焊丝端部熔滴过渡，主动干预熔池流动，调控熔池能量分布，均匀焊缝和沉积层化学成分、细化晶粒，提高焊接接头和增材制造沉积层综合力学性能。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术的超声振动辅助送丝装置主视图(实施例一，焊丝沿焊丝轴向振动)；
[0021]图2为本专利技术的焊丝穿过超声振动结构示意图(实施例一)；
[0022]图3为本专利技术的超声振动辅助送丝装置主视图(实施例二)；
[0023]图4为本专利技术的超声振动辅助送丝装置主视图(实施例三)；
[0024]图5为本专利技术的超声振动辅助送丝装置侧视图(实施例三)；
[0025]其中：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声振动辅助送丝装置，其特征在于：包括送丝管、超声振动结构、金属导丝管和导丝嘴，所述送丝管的一端与送丝机连接，所述送丝管的另一端与所述超声振动结构或所述金属导丝管连接，所述超声振动结构与所述金属导丝管连接，所述金属导丝管与所述导丝嘴连接，送丝机的焊丝依次穿过所述送丝管、所述金属导丝管和所述导丝嘴，所述超声振动结构用于向所述金属导丝管内的焊丝施加超声振动。2.根据权利要求1所述的超声振动辅助送丝装置，其特征在于：所述超声振动结构包括依次连接的超声换能器、超声变幅杆和工具头，所述超声换能器、所述超声变幅杆和所述工具头同轴设置。3.根据权利要求2所述的超声振动辅助送丝装置，其特征在于：所述焊丝送进方向与所述超声振动结构的振动方向平行或垂直设置。4.根据权利要求3所述的超声振动辅助送丝装置，其特征在于：所述焊丝与所述超声振动结构的振动方向平行设置时，所述送丝管的另一端与所述超声换能器连接，所述金属导丝管的一端与所述工具头连接，所述金属导丝管的另一端与所述导丝嘴连接，焊丝依次穿过所述送丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭维，米高阳，朱政武，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：