本发明属于焊接，具体涉及一种可变焦超声-tig同轴复合焊接装置及焊接方法。
背景技术：
1、核电作为一种可持续供应的清洁能源，成为了我国能源的重要组成部分，随着我国核电的快速发展，690镍基合金焊接材料作为一种新型的耐腐蚀和抗应力腐蚀开裂的焊接材料大量应用在核电设备上。在核电领域生产中，u型传热管的弯管与直管处常采用tig焊进行焊接。tig焊是一种常见的焊接方法，它是一种利用不熔化的钨极在惰性气体保护下产生电弧，对工件进行加热并熔化的焊接方法；tig焊具有焊接质量高，焊接效率高，焊接灵活性高等优点。但tig焊在焊接镍基690合金时，存在热裂纹敏感性大的问题，特别是高温低塑性裂纹（ddc）；微小的高温失塑裂纹易作为裂纹源，扩展成宏观裂纹，使得焊接接头失效，对核设备的安全可靠运行具有重大隐患。
2、有研究提出将超声能量引入tig焊接中，能够增加熔池深度，细化组织，可以获得高性能的焊接接头。目前主流超声辅助tig焊接有以下几种方式，第一种将超声作用于焊丝上，通过焊丝作为介质将超声能量传递进入熔池；第二种将超声振动作用于工作台或直接作用于母材上，使超声能量传递进入熔池；第三种为电弧超声通过高频电流对电弧进行调制并激发电弧产生超声波，从而将超声能量通过电弧导入熔池；第四种为超声与电弧同轴复合，通过超声发射端发射超声能量在改变电弧形态及熔滴过渡的同时，作用于熔池。其中超声电弧同轴复合设备制造简单，限制条件少，调节维护方便，作用效果明显，相对其他方法有较大优势。但目前的超声电弧复合装置存在发热较为严重，长时间作业易烧损换能器，凹球面变幅杆焦距固定，无法适应各种接头形式，对各部位零件同轴度要求高等问题。
3、因此，现急需一种新型的焊接装置来解决发热严重，凹球面变幅杆焦距固定、无法适应各种接头形式、对各部位零件同轴度要求高等问题。
技术实现思路
1、鉴于上述存在的技术问题，本发明提出一种可变焦超声-tig同轴复合焊接装置及焊接方法。解决传统tig焊在焊接镍基690合金过程中所面临的熔池黏度大、导热性差、焊缝晶粒组织粗大、热裂纹敏感性高等问题，并改善现有超声电弧同轴复合装置散热差，易在装置内部积累高温，在长时间作业下易损伤换能器及超声电源，超声能量放大倍数固定，凹球面变幅杆焦距单一等问题。
2、为了解决上述问题，采用以下技术方案。
3、一种可变焦超声-tig同轴复合焊接装置，包括tig焊接系统；所述tig焊接系统上套设超声波振动系统；所述超声波振动系统与下罩5的一端固定连接；所述下罩5的另一端与喷嘴6固定连接；
4、所述tig焊接系统，包括铜棒1；所述铜棒1的一端与上罩盖7螺纹连接；所述上罩盖7上开设有导气孔12；所述铜棒1的另一端设置有钨极夹8；所述钨极夹8与钨极11相连接；所述钨极夹8上靠近铜棒1一侧设置有绝缘垫片9；所述钨极夹8上靠近绝缘垫片9一侧设置有圆环型气体喷嘴10；所述圆环型气体喷嘴10与钨极夹8不接触，通过过盈配合与下罩5固定连接；
5、所述超声波振动系统，包括上罩2，所述上罩2与换能器3固定连接；所述换能器3与分体式变幅杆4固定连接；所述上罩2与所述上罩盖7固定连接；所述超声波振动系统轴心处均开孔用以安装tig焊接系统。
6、进一步地，所述分体式变幅杆4为分体式凹球面变幅杆；包括振动接收端401与能量发射端402，所述振动接收端401与所述能量发射端402通过螺纹固定连接；所述能量发射端402为凹球面端面；所述分体式变幅杆4的节点位置设置有绝缘环403和环形水冷槽404。
7、进一步地，所述绝缘环403的内壁两侧对称开扇形孔；所述绝缘环403为陶瓷材料。
8、进一步地，所述tig焊接系统与所述超声波振动系统的电流回路相互独立。
9、使用所述焊接装置的焊接方法，包括如下步骤：
10、步骤1、工件焊前处理；
11、步骤2、根据待焊工件的材料与焊接接头形式选择变幅杆发射端，调节喷嘴高度；
12、步骤3、开启水冷和气冷，进行普通tig焊接然后进行超声焊接，得到高性能焊接接头。
13、进一步地，所述步骤1具体为：焊前清理充分待焊工件表面毛刺、氧化层、油污，固定待焊工件。
14、进一步地，所述步骤2具体为：调整焊枪在自动行走装置上的位置，根据待焊工件的材料与焊接接头形式选择合适直径与曲率半径的变幅杆发射端，使待焊工件焊接区距变幅杆凹端面距离为声场焦距位置，调节喷嘴高度，使钨极伸出喷嘴外4~6mm。
15、进一步地，所述步骤3具体为：调整并确定焊接电源与超声电源的参数，通焊接保护气，打开水冷阀和气冷阀，进行普通tig焊接，随后打开超声电源进行超声辅助焊接，获得高性能的焊接接头，焊接结束后，先关闭焊接电源，再关闭超声电源。
16、与现有技术相比，本发明具有以下优点。
17、本发明设计了导气孔和环形水冷槽，冷气通过导气孔并通过tig焊接系统中心通孔实现气体流动并达到降温效果。冷水通过环形水冷槽降低在焊接过程中因电弧和熔池热辐射而引起的分体式变幅杆温度升高。这样可以有效控制焊接时装置的温度，更适用于长时间作业。在分体式变幅杆内部节点位置设计一扇形孔绝缘环，一方面可以使气冷过程中氩气均匀通过，与分体式变幅杆外部保护气喷嘴形成双气流保护，另一方面可以固定钨极夹，保证钨极的同轴度，提高焊接的稳定性。设计圆环型保护气喷嘴，可以形成均匀的气体层流，提高气体保护效果，有效防止因气流不稳定而引起的电弧偏移。
18、本发明设计了分体式变幅杆，将传统的凹球面变幅杆的振动接收端与能量发射端分开制作，两者之间通过螺纹连接，制作不同直径与曲率半径的变幅杆能量发射端与振动接收端配合；通过更换不同直径的变幅杆发射端改变超声放大倍数，调节输入能量大小；更换不同曲率半径的变幅杆发射端改变超声能量的焦距，用以匹配不同形式的焊接接头。
1.一种可变焦超声-tig同轴复合焊接装置，其特征在于，包括tig焊接系统；所述tig焊接系统上套设超声波振动系统；所述超声波振动系统与下罩（5）的一端固定连接；所述下罩（5）的另一端与喷嘴（6）固定连接；
2.根据权利要求1所述的可变焦超声-tig同轴复合焊接装置，其特征在于，所述分体式变幅杆（4）为分体式凹球面变幅杆；包括振动接收端（401）与能量发射端（402），所述振动接收端（401）与所述能量发射端（402）通过螺纹固定连接；所述能量发射端（402）为凹球面端面；所述分体式变幅杆（4）的节点位置设置有绝缘环（403）和环形水冷槽（404）。
3.根据权利要求1所述的可变焦超声-tig同轴复合焊接装置，其特征在于，所述绝缘环（403）的内壁两侧对称开扇形孔；所述绝缘环（403）为陶瓷材料。
4.根据权利要求1所述的可变焦超声-tig同轴复合焊接装置，其特征在于，所述tig焊接系统与所述超声波振动系统的电流回路相互独立。
5.一种使用权利要求1~4中任一项所述焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤1具体为：焊前清理充分待焊工件表面毛刺、氧化层、油污，固定待焊工件。
7.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤2具体为：调整焊枪在自动行走装置上的位置，根据待焊工件的材料与焊接接头形式选择合适直径与曲率半径的变幅杆发射端，使待焊工件焊接区距变幅杆凹端面距离为声场焦距位置，调节喷嘴高度，使钨极伸出喷嘴外4~6mm。
8.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤3具体为：调整并确定焊接电源与超声电源的参数，通焊接保护气，打开水冷阀和气冷阀，进行普通tig焊接，随后打开超声电源进行超声辅助焊接，获得高性能的焊接接头，焊接结束后，先关闭焊接电源，再关闭超声电源。
