一种气电立焊装置和方法与流程

1.本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种气电立焊装置和方法。


背景技术：

2.气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法，其焊接效率及焊接质量均较高，主要应用于船舶的外壳板的中厚板焊接，也可应用于相应尺寸的桥梁箱式梁腹板及大型储罐侧板的中厚板的焊接。
3.相关技术中，在对钢板进行焊接处理时，两块待焊接钢板之间存在缝隙，通过焊丝释放电弧产生的高温，使焊丝前端和缝隙周边的部分钢板熔融，熔融的焊丝和钢板融合并将缝隙填充，冷却后完成焊接。为了防止熔融的钢水流动，在上述缝隙的一侧设置有垫板，在缝隙的另一侧设置有滑块，如此设置，缝隙的四周被两块钢板、垫板和滑块封闭，缝隙中形成的熔融钢水被限制定型，使钢水冷却后形状规则，无水滴状瑕疵，其中，滑块为水冷滑块，跟随夹持焊丝的焊枪移动，使熔融的钢水快速冷却定型。但是，由于垫板和滑块的温度不同，与二者接触的钢水的降温速度不同，因此，靠近衬垫一侧的钢水冷却后形成晶体细小的等轴晶，滑块一侧的钢水冷却后形成较大的柱状冷却组织，晶界有明显的边界铁素体析出，这种结构导致了焊缝的性质、强度不均衡。
4.因此，目前急需提供一种气电立焊装置和方法，能够得到具有均匀等轴晶的钢板。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种气电立焊装置和方法，能够得到具有均匀等轴晶的钢板。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种气电立焊装置，包括：垫板、焊枪、水冷滑块和超声波换能器；所述垫板与两个待焊接钢板的一面相贴；其中，两个所述待焊接钢板之间具有缝隙；所述焊枪用于夹持焊丝并为所述焊丝供电，以使所述焊丝和所述待焊接钢板之间形成电弧；其中，所述电弧用于使所述焊丝和所述待焊接钢板位于所述缝隙两侧的部分熔融后形成钢水；所述水冷滑块与两个所述待焊接钢板的另一面相贴并跨过所述缝隙；所述超声波换能器与所述水冷滑块远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，所述超声波换能器用于通过所述水冷滑块向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒。
7.优选地，所述水冷滑块采用金属陶瓷材料制成。
8.优选地，所述水冷滑块包括中心部分和边缘部分，所述中心部分为所述水冷滑块与所述钢水接触的部分，所述边缘部分为所述水冷滑块与两个所述待焊接钢板接触的部分，所述超声波换能器固定于所述中心部分上，所述超声波换能器用于通过所述中心部分
对钢水施加超声波。
9.优选地，所述超声波换能器通过超声波变幅杆固定于所述水冷滑块上。
10.优选地，所述超声波换能器所发出的超声波的频率为预设频率，所述预设频率用于使钢水形成声空化效应和声流效应。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种气电立焊方法，基于上述第一方面中任一项所述的气电立焊装置，包括：将两个所述待焊接钢板的一面与所述垫板相贴，两个所述待焊接钢板之间具有缝隙；将两个所述待焊接钢板的另一面与所述水冷滑块相贴；利用所述焊枪夹持所述焊丝并为所述焊丝通电，以使所述焊丝和所述钢板之间形成电弧；利用所述电弧使所述焊丝和所述待焊接钢板位于所述缝隙两侧的部分熔融后形成所述钢水；利用所述水冷滑块冷却所述钢水；所述超声波换能器与所述水冷滑块远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，利用所述超声波换能器通过所述水冷滑块向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒。
12.优选地，所述水冷滑块采用金属陶瓷材料制成。
13.优选地，所述超声波换能器与所述水冷滑块远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，利用所述超声波换能器通过所述水冷滑块向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒，包括：所述水冷滑块包括中心部分和边缘部分，所述中心部分为所述水冷滑块与所述钢水接触的部分，所述边缘部分为所述水冷滑块与两个所述待焊接钢板接触的部分，所述超声波换能器固定于所述中心部分上，利用所述超声波换能器通过所述中心部分对钢水施加超声波。
14.优选地，所述超声波换能器与所述水冷滑块远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，包括：所述超声波换能器通过超声波变幅杆固定于所述水冷滑块上。
15.优选地，所述利用所述超声波换能器通过所述水冷滑块向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，包括：利用所述超声波换能器对所述钢水施加超声波，所述超声波换能器所发出的超声波的频率为预设频率，利用所述预设频率使钢水形成声空化效应和声流效应。
16.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：在本发明的实施例中，两个待焊接钢板之间具有缝隙，缝隙的一侧为与两个待焊接钢板一面相贴的垫板，缝隙的另一侧为与两个待焊接钢板另一面相贴的水冷滑块，如此，缝隙的四周被两个待焊接钢板厚度方向的面、垫板和水冷滑块封闭，焊枪夹持焊丝并在焊丝和待焊接钢板之间形成电弧，电弧加热焊丝和缝隙两侧的待焊接钢板部分使其熔融形成钢水，钢水的四周被封闭，因此不会向四周流淌，水冷滑块使钢水快速冷凝。在冷凝的过程中利用超声波换能器对钢水施加超声波，通过声空化效应和声流效应影响钢水凝固的形核
和晶粒长大，利用超声振动可以使钢水承受拉压交替的应力，从而在钢水内部形成一种强大的冲击波，冲击波提供足够的能量打断正在成长的晶粒，这样就可以增多结晶中心，改变结晶形态，使凝固后的焊缝金属得到更多细化的等轴晶粒，减小柱状晶占比，达到对成形产品最终组织与性能的改善和控制。
17.在本发明的实施例中，超声波换能器与水冷滑块远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置。超声波换能器固定在水冷滑块上，以水冷滑块为传播超声波的介质，能够将超声波在能量损耗较小的情况下传播给钢水，若是超声波换能器以空气为传播介质传播超声波，超声波在空气传播的过程中阻碍大，能量消耗大，导致到达钢水的超声波强度弱，无法取得破坏晶粒成长，增加结晶中心的效果。此外，超声波换能器沿垂直于待焊接钢板的方向设置，能够将钢水全面覆盖在超声波范围内，由于超声波方向性好，能量集中，若是超声波换能器不沿垂直于待焊接钢板的方向设置，则局部钢水冷却过程无法接收到超声波，进而会形成较大晶粒，导致钢板焊接后性能差。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
19.图1是本发明实施例提供的一种气电立焊装置的结构的示意图；图2是本发明实施例提供的一种气电立焊方法的流程示意图；图3是本发明实施例提供的一种超声波处理的200μm比例尺金相照片；图4是本发明实施例提供的一种未经超声波处理的200μm比例尺金相照片；图中：1-垫板；2-焊枪；3-水冷滑块；4-超声波换能器；5-变幅杆；10-焊缝。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施例中的具体含义。
22.本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连
接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
23.如图1所示，本发明实施例提供了一种气电立焊装置，包括：垫板1、焊枪2、水冷滑块3和超声波换能器4；垫板1与两个待焊接钢板的一面相贴；其中，两个待焊接钢板之间具有缝隙；焊枪2用于夹持焊丝并为焊丝供电，以使焊丝和待焊接钢板之间形成电弧；其中，电弧用于使焊丝和待焊接钢板位于缝隙两侧的部分熔融后形成钢水；水冷滑块3与两个待焊接钢板的另一面相贴并跨过缝隙；超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于待焊接钢板的方向设置，超声波换能器4用于通过水冷滑块3向在缝隙处形成的钢水施加超声波，以使钢水冷却后形成等轴晶粒。
24.在本发明的实施例中，两个待焊接钢板之间具有缝隙，缝隙的一侧为与两个待焊接钢板一面相贴的垫板1，缝隙的另一侧为与两个待焊接钢板另一面相贴的水冷滑块3，如此，缝隙的四周被两个待焊接钢板厚度方向的面、垫板1和水冷滑块3封闭，焊枪2夹持焊丝并在焊丝和待焊接钢板之间形成电弧，电弧加热焊丝和缝隙两侧的待焊接钢板部分使其熔融形成钢水，钢水的四周被封闭，因此不会向四周流淌，水冷滑块3使钢水快速冷凝。在冷凝的过程中利用超声波换能器4对钢水施加超声波，通过声空化效应和声流效应影响钢水凝固的形核和晶粒长大，利用超声振动可以使钢水承受拉压交替的应力，从而在钢水内部形成一种强大的冲击波，冲击波提供足够的能量打断正在成长的晶粒，这样就可以增多结晶中心，改变结晶形态，使凝固后的焊缝10金属得到更多细化的等轴晶粒，减小柱状晶占比，达到对成形产品最终组织与性能的改善和控制。
25.相关技术中，公开号cn103143848公开了一种应用于立焊焊接的施加超声波与电弧复合的立焊方法，具体公开了超声波发射面与立焊熔池隔开8-20mm距离，聚焦声场主要用来抵消立焊时的熔池熔滴由于重力作用造成的向下流淌问题。
26.然而本发明实施例提供的技术方案与该相关技术完全不同，具体体现在：在该相关技术中，超声波发射面与立焊熔池（钢水）之间存在8-20mm的间隔，超声波并未直接施加在钢水上，并且超声波发射面在立焊熔池的斜下方，在超声波发射面和立焊熔池之间设置间隔能够扩大施加到立焊熔池的超声波的范围，从立焊熔池斜下方释放超声波的目的是为了利用超声波使立焊熔池中的熔滴受到向上的力，如此设置的目的是防止熔池熔滴向下流淌。而本发明实施例提供的技术方案为利用超声波换能器4通过水冷滑块3直接对钢水施加高强度的超声波，并且超声波换能器4沿垂直于待焊接钢板的方向设置，超声波换能器4通过水冷滑块3直接对钢水施加超声波能够减少超声波在传播过程中产生能量损耗，因为超声波在固体中传播能量损耗少，超声波换能器4沿垂直于待焊接钢板的方向设置能够使超声波将钢水全面覆盖，全面将钢水覆盖的高能量超声波能够提供足够的能量打断正在成长的晶粒，增多钢水的结晶中心，改变结晶形态，使凝固后的焊缝10得到更多细化的等轴晶粒。
27.在本发明的实施例中，超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置。超声波换能器4固定在水冷滑块3上，以水冷滑块3为传播超声波的介质，能够将超声波在能量损耗较小的情况下传播给钢水，若是超声波换能
器4以空气为传播介质传播超声波，超声波在空气传播的过程中阻碍大，能量消耗大，导致到达钢水的超声波强度弱，无法取得破坏晶粒成长，增加结晶中心的效果。此外，超声波换能器4沿垂直于待焊接钢板的方向设置，能够将钢水全面覆盖在超声波范围内，由于超声波方向性好，能量集中，若是超声波换能器4不沿垂直于待焊接钢板的方向设置，则局部钢水冷却过程无法接收到超声波，进而会形成较大晶粒，导致钢板焊接后性能差。
28.此外，碱度高的焊丝粘度高、流动性差、下渣困难，导致焊接长度短，焊接一段时间后需要停弧清渣。在本发明的实施例中，超声波换能器4还可以对熔渣进行超声处理，可在不同程度上使熔渣中聚合程度较高的结构单元分解成聚合程度较低的结构单元，使烙渣整体聚合程度降低，从而在熔渣成分温度不改变的情况下降低熔渣粘度。
29.根据一些优选的实施方式，水冷滑块3采用金属陶瓷材料制成。
30.在本发明的实施例中，水冷滑块3采用金属陶瓷材料制成，金属陶瓷具有高硬度，高硬度材料能够减少波在其中传播造成的损耗，采用金属陶瓷材料制备水冷滑块3，能够减少超声波在其中传播的损耗，使施加到钢水的超声波保持高能量。此外，金属陶瓷还具备较好的导热性，在传播超声波的同时，还能使钢水快速降温。
31.具体地，可以采用钴基碳化钨、镍铬碳化铬等金属陶瓷材料来制备水冷滑块3。
32.根据一些优选的实施方式，水冷滑块3包括中心部分和边缘部分，中心部分为水冷滑块3与钢水接触的部分，边缘部分为水冷滑块3与两个待焊接钢板接触的部分，超声波换能器4固定于中心部分上，超声波换能器4用于通过中心部分对钢水施加超声波。
33.在本发明的实施例中，水冷滑块3包括中心部分和边缘部分，中心部分为水冷滑块3与钢水接触的部分，边缘部分为水冷滑块3与两个待焊接钢板接触的部分，超声波换能器4固定于中心部分上。水冷滑块3为组合式分体结构，中心部分与边缘部分组合成水冷滑块3，但固定在中心部分的超声波换能器4发出的超声波只能进入中心部分，不会进入边缘部分，如此设置，避免了超声波进入整个水冷滑块3后，部分超声波通过部分水冷滑块3与待焊接钢板接触的水冷滑块3部分进入待焊接钢板，进而造成超声波能量的浪费。
34.根据一些优选的实施方式，超声波换能器4通过超声波变幅杆5固定于水冷滑块3上。
35.在本发明的实施例中，变幅杆5用来将超声波换能器4的微小振动进行放大，以增大破坏钢水结晶过程中形成的较大晶粒的超声波能量。
36.根据一些优选的实施方式，超声波换能器4所发出的超声波的频率为预设频率，预设频率用于使钢水形成声空化效应和声流效应。
37.在本发明的实施例中，调节超声波的频率为预设频率，预设频率使钢水形成显著声空化效应和声流效应有利于破坏较大晶体形成更多细小等轴晶粒。
38.需要说明的是，为超声波换能器4供电的电源为大功率超声波电源，输出最大功率为4200w，大小可调，输出的电信号为15khz-100khz。
39.如图2所示，本发明实施例还提供了一种气电立焊方法，基于上述中任一项的气电立焊装置，该方法包括：100，将两个待焊接钢板的一面与垫板1相贴，两个待焊接钢板之间具有缝隙；102，将两个待焊接钢板的另一面与水冷滑块3相贴；104，利用焊枪2夹持焊丝并为焊丝通电，以使焊丝和钢板之间形成电弧；
106，利用电弧使焊丝和待焊接钢板位于缝隙两侧的部分熔融后形成钢水；108，利用水冷滑块3冷却钢水；110，超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于待焊接钢板的方向设置，利用超声波换能器4通过水冷滑块3向在缝隙处形成的钢水施加超声波，以使钢水冷却后形成等轴晶粒。
40.在本发明的实施例中，两个待焊接钢板之间具有缝隙，缝隙的一侧为与两个待焊接钢板一面相贴的垫板1，缝隙的另一侧为与两个待焊接钢板另一面相贴的水冷滑块3，如此，缝隙的四周被两个待焊接钢板厚度方向的面、垫板1和水冷滑块3封闭，焊枪2夹持焊丝并在焊丝和待焊接钢板之间形成电弧，电弧加热焊丝和缝隙两侧的待焊接钢板部分使其熔融形成钢水，钢水的四周被封闭，因此不会向四周流淌，水冷滑块3使钢水快速冷凝。在冷凝的过程中利用超声波换能器4对钢水施加超声波，通过声空化效应和声流效应影响钢水凝固的形核和晶粒长大，利用超声振动可以使钢水承受拉压交替的应力，从而在钢水内部形成一种强大的冲击波，冲击波提供足够的能量打断正在成长的晶粒，这样就可以增多结晶中心，改变结晶形态，使凝固后的焊缝10金属得到更多细化的等轴晶粒，减小柱状晶占比，达到对成形产品最终组织与性能的改善和控制。
41.在本发明的实施例中，超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置。超声波换能器4固定在水冷滑块3上，以水冷滑块3为传播超声波的介质，能够将超声波在能量损耗较小的情况下传播给钢水，若是超声波换能器4以空气为传播介质传播超声波，超声波在空气传播的过程中阻碍大，能量消耗大，导致到达钢水的超声波强度弱，无法取得破坏晶粒成长，增加结晶中心的效果。此外，超声波换能器4沿垂直于待焊接钢板的方向设置，能够将钢水全面覆盖在超声波范围内，由于超声波方向性好，能量集中，若是超声波换能器4不沿垂直于待焊接钢板的方向设置，则局部钢水冷却过程无法接收到超声波，进而会形成较大晶粒，导致钢板焊接后性能差。
42.此外，碱度高的焊丝粘度高、流动性差、下渣困难，导致焊接长度短，焊接一段时间后需要停弧清渣。在本发明的实施例中，超声波换能器4还可以对熔渣进行超声处理，可在不同程度上使熔渣中聚合程度较高的结构单元分解成聚合程度较低的结构单元，烙渣整体聚合程度降低，从而在熔渣成分、温度不改变的情况下降低熔渣粘度。
43.根据一些优选的实施方式，水冷滑块3采用金属陶瓷材料制成。
44.在本发明的实施例中，水冷滑块3采用金属陶瓷材料制成，金属陶瓷具有高硬度，高硬度材料能够减少波在其中传播造成的损耗，采用金属陶瓷材料制备水冷滑块3，能够减少超声波在其中传播的损耗，使施加到钢水的超声波保持高能量。此外，金属陶瓷还具备较好的导热性，在传播超声波的同时，还能使钢水快速降温。
45.具体地，可以采用钴基碳化钨、镍铬碳化铬等金属陶瓷材料来制备水冷滑块3。
46.根据一些优选的实施方式，超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于待焊接钢板的方向设置，利用超声波换能器4通过水冷滑块3向在缝隙处形成的钢水施加超声波，以使钢水冷却后形成等轴晶粒，包括：水冷滑块3包括中心部分和边缘部分，中心部分为水冷滑块3与钢水接触的部分，边缘部分为水冷滑块3与两个待焊接钢板接触的部分，超声波换能器4固定于中心部分上，利用超声波换能器4通过中心部分对钢水施加超声波。
47.在本发明的实施例中，水冷滑块3包括中心部分和边缘部分，中心部分为水冷滑块3与钢水接触的部分，边缘部分为水冷滑块3与两个待焊接钢板接触的部分，超声波换能器4固定于中心部分上。水冷滑块3为组合式分体结构，中心部分与边缘部分组合成水冷滑块3，但固定在中心部分的超声波换能器4发出的超声波只能进入中心部分，不会进入边缘部分，如此设置，避免了超声波进入整个水冷滑块3，部分超声波通过部分水冷滑块3与待焊接钢板接触的水冷滑块3部分进入待焊接钢板，进而造成超声波能量的浪费。
48.根据一些优选的实施方式，超声波换能器4与水冷滑块3远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于待焊接钢板的方向设置，包括：超声波换能器4通过超声波变幅杆5固定于水冷滑块3上。
49.在本发明的实施例中，变幅杆5用来将超声波换能器4的微小振动进行放大，以增大破坏钢水结晶过程中形成的较大晶粒的超声波能量。
50.根据一些优选的实施方式，利用超声波换能器4通过水冷滑块3向在缝隙处形成的钢水施加超声波，包括：利用超声波换能器4对钢水施加超声波，超声波换能器4所发出的超声波的频率为预设频率，利用预设频率使钢水形成声空化效应和声流效应。
51.在本发明的实施例中，调节超声波的频率为预设频率，预设频率使钢水形成显著声空化效应和声流效应有利于破坏较大晶体形成更多细小等轴晶粒。
52.实施例：待焊接钢板的厚度为40mm，焊丝保护气体为二氧化碳，保护气体流量为2.2m3/h，焊枪电压37.5v，焊接电流390a，焊接速度0.5mm/s，焊枪摆动速度3mm/s，焊枪摆动距离18mm，停留时间前0.5s，后0.5s，送丝速度为15m/min；施加超声波频率为18hz，超声振幅为约为150μm，功率3200w，完成焊接后得到包含焊缝的钢板。
53.对比例：待焊接钢板的厚度为40mm，焊丝保护气体为二氧化碳，保护气体流量为2.2m3/h，焊枪电压37.5v，焊接电流390a，焊接速度0.5mm/s，焊枪摆动速度3mm/s，焊枪摆动距离18mm，停留时间前0.5s，后0.5s，送丝速度为15m/min，完成焊接后得到包含焊缝的钢板。
54.如图3所示，实施例得到的钢板焊缝焊接过程中施加超声波后，钢板焊缝的组织变为等轴晶组织，组织也得到了明显的细化。
55.如图4所示，对比例得到的焊接钢板可以看出，未经超声波处理的钢板焊缝的一次晶晶粒较为粗大，边界有白色条状铁素体析出，为明显的柱状晶组织。
56.对实施例和对比例得到的焊接钢板进行力学性能测试，结果如下：实施例：屈服强度600mpa，抗拉强度735mpa，-40℃冲击性能，122.99j ，123.84j，129.43j。
57.对比例：屈服强度590mpa，抗拉强度730mpa，-40℃冲击性能，60.49j ，82.37j，101.43j。
58.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。

技术特征：
1.一种气电立焊装置，其特征在于，包括：垫板（1）、焊枪（2）、水冷滑块（3）和超声波换能器（4）；所述垫板（1）与两个待焊接钢板的一面相贴；其中，两个所述待焊接钢板之间具有缝隙；所述焊枪（2）用于夹持焊丝并为所述焊丝供电，以使所述焊丝和所述待焊接钢板之间形成电弧；其中，所述电弧用于使所述焊丝和所述待焊接钢板位于所述缝隙两侧的部分熔融后形成钢水；所述水冷滑块（3）与两个所述待焊接钢板的另一面相贴并跨过所述缝隙；所述超声波换能器（4）与所述水冷滑块（3）远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，所述超声波换能器（4）用于通过所述水冷滑块（3）向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒。2.根据权利要求1所述的气电立焊装置，其特征在于，所述水冷滑块（3）采用金属陶瓷材料制成。3.根据权利要求1所述的气电立焊装置，其特征在于，所述水冷滑块（3）包括中心部分和边缘部分，所述中心部分为所述水冷滑块（3）与所述钢水接触的部分，所述边缘部分为所述水冷滑块（3）与两个所述待焊接钢板接触的部分，所述超声波换能器（4）固定于所述中心部分上，所述超声波换能器（4）用于通过所述中心部分对钢水施加超声波。4.根据权利要求1所述的气电立焊装置，其特征在于，所述超声波换能器（4）通过超声波变幅杆（5）固定于所述水冷滑块（3）上。5.根据权利要求1所述的气电立焊装置，其特征在于，所述超声波换能器（4）所发出的超声波的频率为预设频率，所述预设频率用于使钢水形成声空化效应和声流效应。6.一种气电立焊方法，基于权利要求1-5中任一项所述的气电立焊装置，其特征在于，包括：将两个所述待焊接钢板的一面与所述垫板（1）相贴，两个所述待焊接钢板之间具有缝隙；将两个所述待焊接钢板的另一面与所述水冷滑块（3）相贴；利用所述焊枪（2）夹持所述焊丝并为所述焊丝通电，以使所述焊丝和所述钢板之间形成电弧；利用所述电弧使所述焊丝和所述待焊接钢板位于所述缝隙两侧的部分熔融后形成所述钢水；利用所述水冷滑块（3）冷却所述钢水；所述超声波换能器（4）与所述水冷滑块（3）远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，利用所述超声波换能器（4）通过所述水冷滑块（3）向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述水冷滑块（3）采用金属陶瓷材料制成。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声波换能器（4）与所述水冷滑块（3）远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，利用所述超声波换能器（4）通过所述水冷滑块（3）向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，以使所述钢水冷却后形成等轴晶粒，包括：
所述水冷滑块（3）包括中心部分和边缘部分，所述中心部分为所述水冷滑块（3）与所述钢水接触的部分，所述边缘部分为所述水冷滑块（3）与两个所述待焊接钢板接触的部分，所述超声波换能器（4）固定于所述中心部分上，利用所述超声波换能器（4）通过所述中心部分对钢水施加超声波。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声波换能器（4）与所述水冷滑块（3）远离所述待焊接钢板的表面固定并沿垂直于所述待焊接钢板的方向设置，包括：所述超声波换能器（4）通过超声波变幅杆（5）固定于所述水冷滑块（3）上。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用所述超声波换能器（4）通过所述水冷滑块（3）向在所述缝隙处形成的钢水施加超声波，包括：利用所述超声波换能器（4）对所述钢水施加超声波，所述超声波换能器（4）所发出的超声波的频率为预设频率，利用所述预设频率使钢水形成声空化效应和声流效应。

技术总结
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种气电立焊装置和方法。该装置包括垫板、焊枪、水冷滑块和超声波换能器；垫板与两个待焊接钢板的一面相贴；其中，两个待焊接钢板之间具有缝隙；焊枪用于夹持焊丝并为焊丝供电，以使焊丝和待焊接钢板之间形成电弧；其中，电弧用于使焊丝和待焊接钢板位于缝隙两侧的部分熔融后形成钢水；水冷滑块与两个待焊接钢板的另一面相贴并跨过缝隙；超声波换能器与水冷滑块远离待焊接钢板的表面固定并沿垂直于待焊接钢板的方向设置，超声波换能器用于通过水冷滑块向在缝隙处形成的钢水施加超声波，以使钢水冷却后形成等轴晶粒。本发明提供的气电立焊装置和方法，能够得到具有均匀等轴晶的焊缝组织。能够得到具有均匀等轴晶的焊缝组织。能够得到具有均匀等轴晶的焊缝组织。


技术研发人员：王存 郑云星 孙连发
受保护的技术使用者：奥邦新材料唐山有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25