CN101332530B - 磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置。本方法是通过外加磁场控制焊接电弧；并在直流焊接过程中施加交变磁场，而在交流焊接过程中施加直流静磁场，产生电磁振荡；同时通过磁透镜装置对焊接电弧进行有效控制。磁透镜装置有安置在焊缝上方的双极靴磁透镜装置和安装在焊缝正下方的单极靴磁透镜装置。本发明施加电磁振荡，焊缝晶粒组织由原粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，使用磁透镜装置，其极靴附近磁场强度可提高一倍，能更有效控制电弧。本发明提供的磁透镜装置，设计合理，结构简单紧凑，易于实现，便于操作。

Description

磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置

技术领域

本发明涉及一种磁场控制焊接方法及其磁场发生装置，特别是一种磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置。

背景技术

随着材料科学和工程技术的发展，现代结构材料对焊接质量的要求越来越高。研究表明，焊接接头的内部晶粒结构显著影响焊缝金属的强度等性能，细小的等轴晶能减少结晶裂纹、提高力学性能(如强度、韧性、疲劳寿命)。因此，控制焊接接头内部晶粒形态、尺寸成为人们研究的热点。磁场控制焊接技术是通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，进而影响焊接过程，改善焊接工艺。国内外现有的用于焊接技术的磁场形式主要有横向磁场、纵向磁场，尖角磁场和旋转磁场等，通过大量实验证明，这几种磁场形式都可以对电弧实现调节，其主要是通过调节励磁电流实现对磁场的调节，从而影响电弧形态，改善焊缝成形。

尽管现有的磁场形式通过调节励磁电流实现对磁场大小的调节，进而实现对电弧形态、熔滴过渡、熔池状态的影响，改善焊接过程，但是这种仅仅通过对励磁电流的调节，实现对焊接过程影响的装置并不完美。一方面它只能调节磁场的大小，不能调节磁场的分布；另一方面其对磁场强度的调节范围较小，若要实现大的磁场强度就需要一个大的线圈或大电流，这对于实际工程应用都具有不小的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有磁场装置的缺陷，提供了一种磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置，利用控制磁路的原理来实现对磁场强度和分布进行控制，通过调节极靴间隙来实现对磁场大小和磁场分布的调节，进而实现电弧的收缩、分散、旋转运动，控制焊接过程，改善焊缝成形。

磁透镜工作原理

图2磁透镜的聚焦原理示意图。通电的线圈就是一个简单的电磁透镜，它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。磁力线围绕导线呈环状，磁力线上任意一点的磁感应强度B都可以分解成平行于透镜主轴的分量Bz和垂直于主轴的分量Br(图2-1a)，速度为V的平行电子束进入透镜的磁场时，位于A电的电子将受到Br分量的作用。根据右手法则，电子所受的切向力Ft(如图2-1b)。Ft使电子获得一个切向速度 Vt。Vt随即和Bz分量叉乘，形成另一个向透镜主轴靠近的径向力Fr使电子向主轴偏转(聚焦)。当电子穿过线圈走到B点位置时，Br的方向改变了180度，Ft随之反向只能使Vt变小，但不能改变Vt的方向，因此穿过线圈的电子仍然趋向于向主轴靠近，结果使电子作圆锥螺旋近轴运动，终将汇聚于主轴上一点(如图2-1c)，即焦点，这与光学凸透镜对平行光的聚焦十分相似，故叫磁透镜。

本发明的原理如下：

在直流焊接的过程中施加交变磁场、交流焊接的过程中施加直流静磁场，通过电流和磁场的相互作用产生电磁振荡；同时通过磁透镜原理对焊接电弧进行有效控制，控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝组织。

根据上述原理，为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种磁透镜作用下振荡焊接方法，通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，从而影响焊接过程，改善焊接工艺，其特征在于：

(1)在直流焊接的过程中施加交变磁场，而在交流焊接的过程中施加直流静磁场，通过电流和磁场的相互作用产生电磁振荡；

(2)同时通过磁透镜装置对焊接电弧进行有效控制，从而有效控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝组织。

在上述的焊接方法中，在焊缝的上方设置双极靴磁透镜装置控制焊接过程。

上上述的焊接方法中，在焊缝的下方设置单极靴磁透镜装置控制焊接过程。

一种双极靴磁透镜装置，应用于上述焊接方法，包括位于焊缝正上方的焊枪和线圈，其特征在于所述焊枪位于一个内圆筒内；有一个连接胶木，其内螺纹与焊枪旋接，外螺纹与内圆筒旋接；所述线圈安置在一个外盒内，外盒上端开口处有法兰与一个磁头顶盖通过螺栓固定连接，所述磁头顶盖内凸缘通过螺栓与所述内圆简固定连接；所述内圆筒的下端口与所述外盒的下端口构成双极靴，双极靴之间的间隙通过旋转所述连接胶木实现调节。

一种单极靴磁透镜装置，应用于上述焊接方法，包括位于焊缝正上方的焊枪和线圈，其特征在于所述线圈安置在一个位于焊缝正下方的磁场底板上，外围有一个环状磁场侧板，在所述线圈中心有一个尖锥形极靴，其采锥对准焊缝，而下端与所述磁场底板连接成一体。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实出实质性特点和显著优点：

本发明采用电磁振荡和磁透镜原理有效控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝 组织，提高焊接质量。通过实验证明，使用磁透镜，通过测量可知其极靴附近磁场强度可提高一倍，能更有效控制电弧；施加电磁振荡，焊缝晶粒组织由原粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶。本发明提供的磁透镜装置，设计合理，结构简单紧凑，易于实现，便于操作。

附图说明

图1是本发明的双极靴磁透镜装置的结构示意图。

图2是磁透镜聚焦的原理示意图。

图3是本发明的单极靴磁透镜装置的结构示意图。

图4是有无电磁振荡下焊接焊缝组织对比全相图(图中图a为无电磁振荡，图b为有电磁振荡)。

具体实施方式

实施例一：本磁透镜作用下振荡焊接方法是通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，从而影响焊接过程，改善焊接工艺。其特点是：采用交流TIG焊接，其磁场是由永磁体产生的静磁场，使用双极靴磁透镜，有效控制焊接过程，改善焊接成形。其焊接效果见图4，由图4可看出，施加电磁振荡，晶粒组织由原粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶。

本例中采用的双极靴磁透镜装如图1所示，它包括位于焊缝11正上方的焊枪8和线圈3，焊枪8位于一个内圆筒9内；有一个连接胶木7，其内螺纹与焊枪8旋接，外螺纹与内圆筒9旋接；线圈3安置在一个外盒10内，外盒10上端开口处有法兰与一个磁头顶盖4通过螺栓6固定连接，磁头顶盖4内凸缘通过螺栓5与内圆筒9固定连接；内圆简9的下端口2与外盒10的下端口1构成双极靴，双极靴之间的间隙通过旋转连接胶木7实现调节。

实施例二：本实施例基本上与上述实施例相同，所不同之处是：采用直流焊接，施负交变磁场，使用单极靴磁透镜装置。

本实施例中采用的单极靴磁透镜装置如图3所示，它包括位于焊缝11正上方的焊枪8和线圈3，线圈3安置在一个位于焊缝11正下方的磁场底板13上，外围有一个环状磁场侧板14，在线圈3中心有一个尖锥形极靴12，其尖锥对准焊缝11，而下端与磁场底板连接成一体。

Claims (1)

1.一种磁透镜作用下振荡焊接方法，通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，从而影响焊接过程，改善焊接工艺，其特征在于：

a.在直流焊接的过程中施加交变磁场，而在交流焊接的过程中施加直流静磁场，通过电流和磁场的相互作用产生电磁振荡；

b.同时通过磁透镜装置对焊接电弧进行有效控制，从而有效控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝组织；

所述的磁透镜装置为双极靴磁透镜装置，该双极靴磁透镜装置设置在焊缝的上方，包括线圈(3)和位于焊缝(11)正上方的焊枪(8)，所述焊枪(8)位于一个内圆筒(9)内；有一个连接胶木(7)，其内螺纹与焊枪(8)旋接，外螺纹与内圆筒(9)旋接；所述线圈(3)安置在一个外盒(10)内，外盒(10)上端开口处有法兰与一个磁头顶盖(4)通过螺栓(6)固定连接，所述磁头顶盖(4)内凸缘通过螺栓(5)与所述内圆筒(9)固定连接；所述内圆筒(9)的下端口(2)与所述外盒(10)的下端口(1)构成双极靴，双极靴之间的间隙通过旋转所述连接胶木(7)实现调节。

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