本發(fā)明涉及一種微弧堆焊系統(tǒng),屬于再生制造領(lǐng)域中的精密修復(fù)和表面強化技術(shù)。

背景技術(shù)：

微弧堆焊技術(shù)的工作原理是：當(dāng)電極與工件接觸時，電源輸出高能放電脈沖，在電極和工件接觸點的小區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生極大的電流密度而使接觸點處的電極和工件材料瞬間熔化及氣化，引發(fā)微弧放電，電極熔化的材料通過微弧過渡到工件表面形成堆焊層。該技術(shù)是基于電火花放電過程的電蝕現(xiàn)象和陽極材料在微弧放電時向陰極轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象而建立的。由于微弧堆焊的放電過程在瞬間完成，工件不會產(chǎn)生熱擴散和熱變形，具有熱輸入量小、工件基體不發(fā)熱等優(yōu)點，所以廣泛應(yīng)用在模具、電機主軸等設(shè)備的缺陷和小面積破損的精密修復(fù)中，還可應(yīng)用到零件的表面強化和改性處理中。

為防止電極與工件焊接在一起，在堆焊過程中常采用旋轉(zhuǎn)電極。常用微弧堆焊電源的電極轉(zhuǎn)速一般為3000r/min左右，即50r/s，則電極每微秒旋轉(zhuǎn)角度為通常電源輸出的高能脈沖的脈寬為10μs，當(dāng)電極半徑為2.5mm時，在一個放電脈沖時間內(nèi)電極旋轉(zhuǎn)的角度為0.18°，電極旋轉(zhuǎn)的弧長為也就是說，在脈沖放電過程中，電極與工件之間的相對位移很小，相當(dāng)于在靜止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生短路接觸放電。所以，微弧放電的規(guī)范參數(shù)(微弧電流密度、電壓、弧長等)與電極與工件的接觸狀態(tài)、電極與工件的表面形貌等密切相關(guān)。

在實際操作時，由于人工操作旋轉(zhuǎn)電極與工件接觸進行堆焊，電極與工件之間的接觸狀態(tài)很難保證一致：當(dāng)接觸力較大或電極與工件表面光滑時，電極與工件之間的接觸面積較大，脈沖電流密度小，甚至無法產(chǎn)生微??；當(dāng)接觸力較小或電極與工件表面粗糙時，電極與工件之間的接觸面積很小，短路電流密度較大，容易產(chǎn)生飛濺，形成較大弧坑。所以，在堆焊過程中，微弧規(guī)范很難確保穩(wěn)定，從而影響堆焊層的質(zhì)量和表面成形，容易產(chǎn)生局部高點或未熔合等缺陷，常常需要對堆焊表面進行人工加工后才能重新進行堆焊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于調(diào)整旋轉(zhuǎn)電極與工件接觸狀態(tài)以提高微弧堆焊質(zhì)量的微弧堆焊系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的微弧堆焊系統(tǒng)的技術(shù)方案是：一種微弧堆焊系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)電極和用于固定設(shè)置工件的工作臺，所述工作臺支撐設(shè)置在振動方向沿上下方向延伸的輔助振動裝置上。

所述輔助振動裝置為超聲輔助振動裝置，超聲輔助振動裝置包括豎向的變幅桿，該變幅桿由超聲波發(fā)生器通過超聲波換能器驅(qū)動振動。

所述超聲波發(fā)生器為振幅和/或振動頻率可調(diào)的可調(diào)超聲波發(fā)生器。

所述可調(diào)超聲波發(fā)生器的振幅和振動頻率均可調(diào)，振幅調(diào)整范圍為2μm-10μm，振動頻率調(diào)整范圍為500kHz-1000kHz。

微弧堆焊系統(tǒng)包括微弧堆焊電源，微弧堆焊電源的正極與旋轉(zhuǎn)電極導(dǎo)電連接、負(fù)極與所述工件導(dǎo)電連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所提供的微弧堆焊系統(tǒng)中，工作臺支撐設(shè)置在輔助振動裝置上，由輔助振動裝置通過工作臺驅(qū)動工件在豎向上進行振動，從而調(diào)整工件與旋轉(zhuǎn)電極的間距。在旋轉(zhuǎn)電極與工件接觸進行微弧堆焊時，旋轉(zhuǎn)電極與工件之間由于輔助振動裝置的驅(qū)動作用而發(fā)生多次的接觸和斷開，從而由原來一個脈沖微弧變?yōu)槎鄠€脈沖微弧，這種施加振動的微弧堆焊方法有以下優(yōu)點：振動產(chǎn)生拉弧，減小短路電流，降低飛濺，增加了微弧時間，有利于微弧過渡，提高堆焊效率，形成均勻致密的堆焊層，有效調(diào)整旋轉(zhuǎn)電極與工件接觸狀態(tài)以提高微弧堆焊質(zhì)量。

進一步地，輔助振動裝置采用超聲輔助振動裝置，振動頻率高，結(jié)構(gòu)相對簡單，這種超聲輔助有以下優(yōu)點：增加了微弧時間，有利于微弧過渡，提高堆焊效率，形成均勻致密的堆焊層；超聲振動使電極與工件接觸狀態(tài)相對穩(wěn)定，微弧規(guī)范也穩(wěn)定，確保了堆焊層的質(zhì)量；產(chǎn)生的細(xì)小微弧降低了堆焊表面層的粗糙度，改善了表面成形；超聲振動對堆焊層有一定的擠壓作用，改善了堆焊層的應(yīng)力分布，有利于防止堆焊層的微裂紋，提高堆焊層的質(zhì)量和厚度。

進一步地，超聲波發(fā)生器的幅值和頻率可調(diào)，這樣有利于適應(yīng)不同要求下的堆焊工藝，獲得最佳的堆焊層質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的微弧堆焊系統(tǒng)的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖(豎向箭頭表示豎向振動，弧形箭頭表示旋轉(zhuǎn)電極轉(zhuǎn)動方向)；

圖2為圖1所示堆焊裝置中的超聲振動原理圖；

圖3為圖1中微弧堆焊電源的輸出電壓波形；

圖4為對應(yīng)圖3所示輸出電壓波形的堆焊過程中的微弧電壓波形；

圖5為超聲振動時旋轉(zhuǎn)電極與工件的間隙隨時間的變化圖；

圖6為施加超聲振動后一個正脈沖輸出過程中的微弧電壓波形。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地說明。

本發(fā)明的微弧堆焊系統(tǒng)的具體實施例，如圖1至圖6所示，該實施例中的微弧堆焊系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)電極2和用于固定設(shè)置工件的工作臺4，此處的旋轉(zhuǎn)電極2設(shè)置于旋轉(zhuǎn)焊槍1的端部，旋轉(zhuǎn)電極2在使用時位于工作臺4上方，工作臺4支撐設(shè)置在振動方向沿上下方向延伸的輔助振動裝置，此處的輔助振動裝置為超聲輔助振動裝置，超聲輔助振動裝置包括豎向延伸的變幅桿6，該變幅桿6由超聲波發(fā)生器8通過超聲波換能器7驅(qū)動在豎向上進行振動，而且，此處的超聲波發(fā)生器8為振幅和頻率均可調(diào)的可調(diào)超聲波發(fā)生器。

需要說明的是，本實施例中的微弧堆焊系統(tǒng)包括微弧堆焊電源5，微弧堆焊電源5的正極與旋轉(zhuǎn)電極2導(dǎo)電連接、負(fù)極與工件3導(dǎo)電連接。

使用時，將待加工的工件3固定放置在工作臺4上，旋轉(zhuǎn)焊槍1帶動旋轉(zhuǎn)電極2旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)電極2接微弧堆焊電源5的正極，工件3接微弧堆焊電源5的負(fù)極。工作臺4在超聲輔助振動裝置的作用下可產(chǎn)生豎向上的超聲振動，其頻率和振幅可進行調(diào)整。超聲振動的幅值為2μm-10μm，振動頻率確保在微弧堆焊電源輸出正脈沖的時間內(nèi)產(chǎn)生5-10次的振動。在旋轉(zhuǎn)電極2與工件3接觸進行微弧堆焊以形成堆焊層9時，旋轉(zhuǎn)電極與工件之間不斷進行著超聲振動。在微弧堆焊電源輸出一個正脈沖時，旋轉(zhuǎn)電極與工件之間由于超聲振動發(fā)生了多次的接觸和斷開，從而由原來產(chǎn)生的一個脈沖微弧變?yōu)楫a(chǎn)生出多個脈沖微弧。

如果超聲輔助振動裝置不工作，微弧堆焊電源具體可選用HMT-09型電火花堆焊修復(fù)機，輸入電壓AC220V，輸出電壓范圍20-100V，脈沖頻率調(diào)節(jié)范圍50-500Hz，脈沖寬度調(diào)節(jié)范圍10-100μs。旋轉(zhuǎn)電極接電源輸出的正極，工件接電源輸出的負(fù)極。在脈沖頻率為500Hz，正脈沖寬度為10μs時其電源輸出電壓波形如圖3所示，在堆焊過程中旋轉(zhuǎn)電極與工件之間產(chǎn)生的微弧電壓波形如圖4所示。受到旋轉(zhuǎn)電極與工件的接觸狀態(tài)的影響，其產(chǎn)生的微弧規(guī)范很不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生飛濺，影響堆焊效率和質(zhì)量。

當(dāng)超聲輔助裝置工作時，工作臺在超聲輔助振動裝置的作用下可產(chǎn)生豎向向上的超聲振動，其振動頻率和振動幅值可進行調(diào)整。超聲振動的幅值調(diào)節(jié)范圍2μm-10μm，超聲振動頻率的調(diào)節(jié)范圍是500kHz-1000kHz，在10μs的正脈沖過程可以使工件與電極之間產(chǎn)生5-10次的振動。當(dāng)超聲振動頻率為1000kHz時電極與工件之間的間隙隨時間的變化曲線如圖5所示，工件與電極之間產(chǎn)生10次振動，施加超聲振動后一個正脈沖輸出過程(即10μs)中的電極與工件之間的微弧電壓波形如圖6所示。此時電極與工件的接觸狀態(tài)比較穩(wěn)定，產(chǎn)生的多個微弧規(guī)范比較穩(wěn)定，確保了堆焊的效率和質(zhì)量，同時提高了表面成形，降低了堆焊層的內(nèi)應(yīng)力。

上述實施例中，輔助振動裝置采用超聲輔助振動裝置，在其他實施例中，輔助振動裝置也可采用凸輪振動裝置或其他結(jié)構(gòu)的振動裝置，只要可以在相應(yīng)方向上驅(qū)動工作臺帶著工件進行振動而改善工件與旋轉(zhuǎn)電極的接觸狀況即可。

上述實施例中，超聲波發(fā)生器的振幅和頻率均可調(diào)，在其他實施例中，也可僅使超聲波發(fā)生器的振幅或頻率可調(diào)。