一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置制造方法及图纸

一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，属于焊缝优化技术领域。它包括焊接模块、电磁感应加热模块及超声冲击模块；焊接模块包括三轴导轨、焊枪及焊接平台，三轴导轨设置在焊接机械臂上，焊枪设置在三轴导轨上，焊接平台用于放置焊接工件；电磁感应加热模块包括电磁感应加热器，电磁感应加热器与焊接工件对应设置；超声冲击模块包括超声冲击枪，超声冲击枪可调节设置在三轴导轨上。本发明专利技术装置结构简单、生产效率高、生产成本低，其能够解决焊接过程中存在的组织晶粒粗化、焊接残余应力以及焊接缺陷等问题，从而强化焊缝组织和力学性能，延长焊接结构的使用寿命。延长焊接结构的使用寿命。延长焊接结构的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置


[0001]本专利技术属于焊缝优化
，具体涉及一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置。

技术介绍

[0002]焊接具有连接性能优异、刚度较大、构造简单和不破坏构件截面等优点，在实际工程应用中是一种有效、经济的连接方式，城市建设、国防军事、航天航空等工业生产领域已得到广泛的使用。焊接是一个急热急冷的加工过程，焊缝区域组织晶粒会发生严重粗化，内部产生残余拉应力，并且由于主客观因素的影响，焊接过程很容易形成焊接缺陷、应力集中等问题，导致焊缝区域成为整个焊接结构的薄弱部位，在服役过程中很容易发生断裂失效，造成严重的安全事故和经济损失。所以有必要对焊缝区域进行晶粒细化、消除残余应力以及减少焊接缺陷等处理，以此来改善焊缝的组织和力学性能，延长其使用寿命。
[0003]为了能够获得性能优异的焊缝，国内外学者通过研究提出了多种焊缝优化的方法和装置。常见的机械处理设备有随焊碾压设备、随焊锤击设备、随焊冲击碾压设备以及焊后喷丸设备等。然而这些设备在强化焊缝方面也存在弊端，例如：随焊碾压装置制造复杂成本高，而且碾压轮容易与焊枪干涉，产生打弧现象；随焊锤击装置存在锤头偏摆振动较大，锤击位置无法精确控制，工作时还需要增加特定的导向机构；随焊冲击碾压装置虽然能够解决随焊碾压与随焊冲击装置存在的问题，但它仍然采用机械力对试件表面进行直接接触式冲击，其冲击力的大小无法精确的控制，并且随着焊件材料、形状的改变，其冲击碾压轮也需要重新设计。
[0004]超声冲击技术是利用高能量的超声波驱动超声冲击头在极短的时间内高速撞击金属材料表面，一方面使材料表层产生一定厚度的纳米晶；另一方面使材料表层在一定厚度范围内产生塑性变形层，引入残余压应力场，纳米晶和残余压应力均可提高材料的硬度、强度及疲劳寿命等，相较其他的机械处理方法具有设备简单紧凑、无丸粒回收、耗能少、效率高以及不受材料与构件大小、形状以及现场环境限制等优势，是消除焊接残余应力的有效方法。电磁感应加热技术是对线圈通入交变电流，使线圈周围形成交变磁场，处于该交变磁场中的工件内部会产生感应电动势，由于感应电动势的存在会使工件内形成感应电流，进而使工件上产生热量。相较传统热处理工艺，电磁感应加热具有电能利用率高、操作简单、加热速度快以及选择性局部加热等优点，是一种安全性高、节能环保的热处理技术。
[0005]专利CN202011331477.X提出了一种用于板材直线焊缝超声波磁场冲击碾压优化的装置，利用超声波对焊缝进行冲击碾压，该装置虽能解决传统机械冲击存在的问题，但是焊接过程冷却速度快，单一的冲击碾压效果一般，此外该装置还需要设置专门的行走机构，占用空间大且浪费资源。
[0006]专利CN201010255136.9公开了一种电磁感应加热辅助随焊冲击碾压焊缝整形装置，采用对焊缝感应加热和随焊碾压的方式进行焊缝优化，该专利技术提供的设备需要提供冷却系统，整体占用空间大且加热线圈如何随焊行走并未阐明，易与碾压设备产生干涉，此外
碾压设备较为传统，碾压效果一般，整体工作效率低。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种结构简单、生产效率高、成本低以及符合低碳环保理念的随焊超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，能够解决焊接过程中存在的组织晶粒粗化、焊接残余应力以及焊接缺陷等问题，从而强化焊缝组织和力学性能，延长焊接结构的使用寿命。
[0008]本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，包括焊接模块、电磁感应加热模块及超声冲击模块；所述焊接模块包括三轴导轨、焊枪及焊接平台，所述三轴导轨设置在焊接机械臂上，所述焊枪设置在三轴导轨上，所述焊接平台用于放置焊接工件；所述电磁感应加热模块包括电磁感应加热器，所述电磁感应加热器与焊接工件对应设置；所述超声冲击模块包括超声冲击枪，超声冲击枪可调节设置在三轴导轨上。三轴导轨其中一轴上安装伸缩杆，伸缩杆上端与导轨连接，下端连接单轴导轨。
[0010]进一步的，所述三轴导轨中伸缩杆的末端设有单轴导轨，所述电磁感应加热器滑动设置在单轴导轨上；所述电磁感应加热器包括线圈固定器，线圈固定器上设有一组限位柱，一组所述限位柱上绕制有加热线圈；所述加热线圈包括两组相对设置的线圈，所述线圈采用多股细铜丝绞合制成的高频铜线，其中高频铜线的额定准载电流高于工作电流，因此无需再采用另外的强制冷却系统，从而减小整体设备所占体积。所述线圈为组合式线圈，在线圈固定器中绕制成两个半圆，通过铜插头将其连接，避免了整体绕制的复杂和占用空间大的问题。
[0011]线圈与外部的感应加热电源连接，感应加热电源的输出端采用水晶接头，可直接插入线圈固定器末端，通过导电金属片与线圈接收端连接，减少外界对连接处的影响，增强其密封性。
[0012]进一步的，所述线圈绕制在同一个平面上，绕制匝数为3
‑
10匝，线圈的外直径为10
‑
25mm。
[0013]进一步的，所述加热线圈放置在熔合线最高温度点与熔池后方奥氏体转变温度A1点之间的距离L1和熔合线最高温度点与熔池后方马氏体转变温度Ms点之间的距离L2之间，所述加热线圈的上表面与焊接工件上焊缝下表面之间的距离为1
‑
5mm。
[0014]进一步的，所述线圈固定器上设有导电金属片及线槽，所述加热线圈的输入段固定在线槽1404内，防止铜线之间相互交涉，发生短路；加热线圈的前端与导电金属片接触，以增大输出端与输入端连接处的密封性。
[0015]进一步的，所述超声冲击枪包括依次连接的前端盖、压电陶瓷晶片、电极片、变幅杆及超声冲击头；所述变幅杆采用阶梯状一体式结构，变幅杆上开设螺旋槽，以提供纵振振幅和扭振振幅。
[0016]变幅杆704的材质为钛合金，其轴向总长度为钛合金中声波长度的1/2，上圆柱段外直径与压电陶瓷晶片一致，为50mm，中间圆台段与过渡段相连处的直径为40mm，末端外径为20mm。变幅杆的谐振频率为18
‑
20KHz，振幅放大系数为16。
[0017]进一步的，所述前端盖、压电陶瓷晶片及电极片之间的连接处采用环氧树脂密封，
组合形成换能器，所述换能器与变幅杆通过预紧螺杆相连接，所述超声冲击头螺纹紧固安装在变幅杆的端部。
[0018]进一步的，所述超声冲击头下表面为平面结构，其下表面与焊缝上表面直接接触。
[0019]进一步的，所述三轴导轨的长轴上滑动设置有滑块a，超声紧固装置固定设置在滑块a上，超声紧固装置与滑块a之间设有减震橡胶垫；所述超声紧固装置位于压电陶瓷晶片与前端盖接触部位及螺旋槽处。
[0020]进一步的，所述焊接平台中部设有通槽，以防止焊接过程对工件造成金属污染。
[0021]通过采用上述技术，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0022]1)本专利技术结合了超声冲击和电磁感应加热，在焊接过程中外加磁场使焊缝区域内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，其特征在于：包括焊接模块、电磁感应加热模块及超声冲击模块；所述焊接模块包括三轴导轨、焊枪及焊接平台，所述三轴导轨设置在焊接机械臂上，所述焊枪设置在三轴导轨上，所述焊接平台用于放置焊接工件；所述电磁感应加热模块包括电磁感应加热器，所述电磁感应加热器与焊接工件对应设置；所述超声冲击模块包括超声冲击枪，超声冲击枪可调节设置在三轴导轨上。2.根据权利要求1所述的一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，其特征在于所述三轴导轨中伸缩杆的末端设有单轴导轨，所述电磁感应加热器滑动设置在单轴导轨上；所述电磁感应加热器包括线圈固定器，线圈固定器上设有一组限位柱，一组所述限位柱上绕制有加热线圈；所述加热线圈包括两组相对设置的线圈，所述线圈采用组合式绕制方式形成半圆形绕制结构，两组线圈之间通过铜插头相连接。3.根据权利要求2所述的一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，其特征在于所述线圈绕制在同一个平面上，绕制匝数为3
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10匝，线圈的外直径为10
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25mm。4.根据权利要求2所述的一种外加超声冲击与电磁辅热优化焊缝质量的装置，其特征在于所述加热线圈放置在熔合线最高温度点与熔池后方奥氏体转变温度A1点之间的距离L1和熔合线最高温度点与熔池后方马氏体转变温度Ms点之间的距离L2之间，所述加热线圈的上表面与焊接工件上焊缝下表面之间的距离为1
‑
5mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，马宝赟，李华鑫，黄甫，郑文健，贺艳明，任森栋，马英鹤，闾川阳，梅锦辉，王文军，高增梁，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：