Устройство для передачи ультразвуковых колебаний на плавящийся электрод

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ПЛАВЯЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОД(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(72) Авторы Кураш Вячеслав Владимирович Ивашко Виктор Сергеевич Кудина Анна Вячеславовна Минченя Владимир Тимофеевич Хроленок Валерий Васильевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный аграрный технический университет(57) Устройство для передачи ультразвуковых колебаний на плавящийся электрод, содержащее ультразвуковой преобразователь с волноводом-концентратором и наплавочную головку с токосъемником, отличающееся тем, что токосъемник выполнен с направляющей трубкой с наконечником, встроенным в волновод-концентратор, а соосно с наконечником с диаметрально противоположной стороны установлена подпружиненная масса, выбранная с возможностью обеспечения регулирования амплитуды поперечных колебаний электрода. 10655 1 2008.06.30 Изобретение относится к устройствам механизированной электродуговой наплавки(сварки) металлоповерхностей в среде защитных газов, в частности к устройствам, вызывающим ультразвуковые колебания в плавящемся электроде и сварочной ванне. Известны устройства для ультразвуковой обработки расплавов при производстве и восстановления деталей машин 1, которые состоят из механизма подачи электродной проволоки, механизма подачи волноводной проволоки с ультразвуковым преобразователем, прикрепленным к механизму подачи волноводной проволоки, которая подается в винтовой канал внутри волновода и за счет постоянного акустического контакта проволоки с волноводом в ней возбуждаются устойчивые колебания, которые передаются в расплав металла сварочной ванны. Недостатком устройств является возбуждение колебаний в расплаве сварочной ванны, а не на электроде, что не вызывает диспергирование капель электродного металла измельчение структуры наплавочного валика (сварного шва) происходит на завершающей стадии кристаллизации металла, а не на начальной, когда формируются центры кристаллизации отсутствует источник получения дополнительных центров кристаллизации которыми являются частицы диспергированной электродной капли. Известны устройства 2, в которых ультразвуковые колебания передаются на электроды от магнитострикционного преобразователя. Однако эти устройства применимы только для электроконтактной точечной сварки с неплавящимся электродом. Для сварки плавящимся электродом в среде защитных газов с наложением ультразвука применяются узлы, в которых горелка на основе акустического газоструйного излучателя обеспечивает преобразования стационарного давления газа в акустические колебания газового потока и передачи его в зону сварки 2. В таких устройствах колебания воздействуют, в основном,на формирование защитного газового факела и слабо влияют на процесс диспергирования и каплепереноса расплавленного электродного металла. Известно устройство электродуговой наплавки металла в среде защитных газов с применением ультразвука 3, в котором посредством волновода от ультразвукового преобразователя колебания подаются на токосъемник оригинальной конструкции наплавочной головки и возбуждают в нем поперечные ультразвуковые колебания, передаваемые электродной проволоке. Недостатками указанного устройства являются постоянство амплитуды поперечных колебаний электрода, что не позволяет управлять процессами диспергирования и каплепереноса при наплавке (сварке) примененяется токосъемник оригинальной конструкции, что снижает степень унификации наплавочной (сварочной) головки и исключает быструю замену токосъемника, который является быстроизнашивающейся деталью. Техническая задача, решаемая изобретением - получение поперечных ультразвуковых колебаний с регулируемой амплитудой на плавящемся электроде для диспергирования образующихся капель расплавленного металла на мелкие частицы, которые в сварочной ванне становятся дополнительными центрами кристаллизации. Техническая задача достигается тем, что в устройстве для передачи ультразвуковых колебаний на плавящийся электрод, содержащем ультразвуковой преобразователь с волноводом-концентратором и наплавочную головку с токосъемником, выполнены токосъемник с направляющей трубкой и наконечником, встроенным в волновод-концентратор, а соосно с наконечником, с диаметрально противоположной стороны устанавливается подпружиненная масса, которые передают продольные колебания направляющей трубке с токосъемником, возбуждая в них и на плавящемся электроде поперечные колебания, причем подпружиненная масса позволяет регулировать амплитуду поперечных колебаний на электроде. На фигуре изображено предлагаемое устройство. 10655 1 2008.06.30 Устройство состоит из ультразвукового преобразователя с пакетом пьезокерамических пластин 1, волновода-концентратора 2, наконечника 3 направляющей трубки 4 с токосъемником 5 и подпружиненной массы 9. Масса устанавливается в отверстие шпильки 7 соосно с пружиной 8 и наконечником ультразвукового преобразователя 3 для обеспечения силового замыкания акустической системы, а само устройство монтируется на наплавочной (сварочной) головке 10. Устройство работает следующим образом. Ультразвуковой преобразователь с пакетом пьезокерамических пластин 1 передает через волновод-концентратор 2 и наконечник 3 продольные ультразвуковые волны направляющей трубке 4 с токосъемником 5, установленным в наплавочной (сварочной) головке 10. В направляющей трубке возбуждаются поперечные колебания, которые передаются токосъемнику и наплавочной (сварочной) проволоке 6. Колебания электродной проволоки вызывают диспергирование капель расплава электрода на мелкие частицы, которые, получив колебательные движения попадают в сварочную ванну и, став дополнительными центрами кристаллизации, способствуют образованию мелкой однородной структуры. Необходимая статическая нагрузка на рабочую часть ультразвукового преобразователя и амплитуда поперечных колебаний электрода регулируются подпружиненной массой 9, пружиной 8 и шпилькой с контргайкой 7. Пружина и масса подбираются таким образом, чтобы обеспечить виброударный режим работы ультразвуковой системы. Регулирование амплитуды поперечных колебаний электрода позволяет управлять процессами диспергирования и каплепереноса электродного металла в сварочную ванну. Конструкция предлагаемого устройства применяется при отработке технологических режимов электродуговой наплавки для технологии восстановления изношенных поверхностей деталей. При использовании предлагаемого устройства передача УЗК на электрод осуществляется непрерывно, диспергирование и каплеперенос электродного металла в расплав сварочной ванны протекает стабильно, структура наплавленных валиков получается однородной, мелкозернистой, без видимых дефектов. Микротвердость наплавленных поверхностей получается в 1,21,3 раза выше, чем при наплавке без применения УЗК. Источники информации 1. Шиляев А.С. Ультразвуковая обработка расплавов при производстве и восстановлении деталей машин. - Мн. Навукатэхнка, 1992. - 176 с. 2. Пархимович Э.М., Сагалевич В.М., Сотников В.И. Сварка в ультразвуковом поле. Мн. Навукатэхнка, 1994. - 223 с. 3. Патент 7022, МПК В 23 К 9/04, 2005. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3