CN102632325A - Tig焊接方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TIG焊接方法及其装置，能够得到更高的长宽比的焊接部剖面形状，并且，能够防止永久磁铁由于焊接电弧的辐射热而过热。一种TIG焊接方法，在被接合物（5）和焊炬（3）的电极（4）之间进行电弧放电，产生焊接电弧（8），利用永久磁铁（7）在焊接电弧（8）的周围产生磁场，使利用磁场和电流的电磁相互作用所产生的电磁力作用到被接合物（5）的熔融部（17）进行接合，其特征在于，在焊炬（3）的电极（4）周围排列永久磁铁（7），使永久磁铁（7）移动从而使磁场发生变动，由此，使施加到熔融部（17）的对流驱动力发生变化来进行焊接。

Description

TIG焊接方法及其装置

技术领域

本发明涉及TIG焊接方法及其装置。更详细地说，涉及如下的TIG焊接方法及其装置：在被接合物和焊炬的电极之间进行电弧放电，产生焊接电弧，利用永久磁铁在焊接电弧的周围产生磁场，使由磁场和电流的电磁相互作用所产生的电磁力作用到被接合物的熔融部来进行接合。

背景技术

作为如下的TIG焊接方法及其装置，存在专利文献1中所记载的方法等：在被接合物和焊炬的电极之间进行电弧放电，产生焊接电弧，利用永久磁铁在焊接电弧的周围产生磁场，使该磁场与在所述焊接电弧中流过的电弧电流的电磁相互作用所生成的电磁力作用到所述焊接电弧，利用焊接电弧使被接合物熔融来进行接合。

专利文献1：日本特开2008-105056号公报。

但是，在使用了专利文献1的焊接方法的情况下，不能够得到更高的长宽比（aspect ratio）的焊接部剖面形状。长宽比是指熔深H和平均熔融宽度W之比。此外，如专利文献1的实施例2（图2）所示，也存在如下问题：在焊炬的电极的周围排列了永久磁铁的情况下，存在由于焊接电弧的辐射热而使永久磁铁过热的情况。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种TIG焊接方法及其装置，能够得到更高的长宽比的焊接部剖面形状，并且，能够防止永久磁铁由于焊接电弧的辐射热而过热的情况。

根据本发明的第一方式，提供一种TIG焊接方法，在被接合物（5）和焊炬（3）的电极（4）之间进行电弧放电，产生焊接电弧（8），利用永久磁铁（7）在所述焊接电弧（8）的周围产生磁场，使利用该磁场和电流的电磁相互作用所产生的电磁力作用到被接合物（5）的熔融部（17）来进行接合，其特征在于，将所述永久磁铁（7）排列在所述焊炬（3）的所述电极（4）的周围，移动所述永久磁铁（7），使所述磁场发生变动，由此，进行焊接。

将永久磁铁排列在焊炬的电极的周围，移动永久磁铁使磁场发生变动，由此，产生电动势，产生涡电流。通过产生该涡电流，从而熔融部的洛伦兹力增加，向内的对流驱动力增加。通过这样的作用，能够得到高的长宽比的焊接部剖面形状。并且，永久磁铁进行移动，由此，热传递在周围的空气和永久磁铁之间被加速，能够防止永久磁铁由于焊接电弧的辐射热而过热。

根据本发明的第二方式，TIG焊接方法的特征在于，使所述永久磁铁（7）在所述焊炬（3）的所述电极（4）的轴方向周期性地往复运动，由此，使所述磁场发生变动。该方式示出了永久磁铁的移动方式之一。

根据本发明的第三方式，提供一种TIG焊接装置（100），在被接合物（5）与焊炬（3）的电极（4）之间进行电弧放电，产生焊接电弧（8），利用所述焊接电弧（8）使所述被接合物（5）熔融进行接合，其特征在于，具有：

所述焊炬（3）的所述电极（4）；

永久磁铁（7），配置在所述焊炬（3）的所述电极（4）的周围；以及

永久磁铁移动单元（11～15），使该永久磁铁（7）相对于所述焊炬（3）的所述电极（4）移动。

将永久磁铁排列在焊炬的电极的周围，移动永久磁铁使磁场发生变动，由此，产生电动势，产生涡电流。通过产生该涡电流，从而熔融部的洛伦兹力增加，向内的对流驱动力增加。通过这样的作用，能够得到高的长宽比的焊接部剖面形状。并且，永久磁铁进行移动，由此，热传递在周围的空气和永久磁铁之间加速，能够防止永久磁铁由于焊接电弧的辐射热而过热。

根据本发明的第四方式，提供一种TIG焊接装置，其特征在于，使所述永久磁铁（7）在所述焊炬（3）的所述电极（4）的轴方向周期性地往复运动，由此，使所述磁场发生变动。该方式示出了永久磁铁的移动方式之一。

附图说明

图1是本发明的TIG焊接装置的概观图。

图2是图1的焊接电弧产生部的示意图。

图3是图2的焊接电弧产生部的A-A剖面图。

图4是示出焊接电弧由于永久磁铁而发生了变形的状态的图。

图5（a）是从上侧施加到永久磁铁上的气压、（b）是从下侧施加到永久磁铁上的气压。

图6是本发明的TIG焊接方法的焊接剖面部的照片。

图7是现有的TIG焊接方法的焊接剖面部的照片。

具体实施方式

（第一实施方式）

图1示出设置有在电极4和被接合物5之间产生磁场的永久磁铁7的本发明的TIG焊接装置100的概观图。如图1所示，TIG焊接装置100配设有：设置在焊接机主体1上并且连接有TIG焊接电源2的负极的焊炬3的电极4；与被接合物5（工件）连接并且作为正极的电极6。从保护气体容器9向电极4的外周部16（参照图2）供给惰性（非活性）气体。并且，未图示的惰性气体从后述的磁铁壳体11与电极4之间喷出，覆盖焊接电弧8的表面，防止焊接部氧化。此外，使焊炬3的电极4的中心轴与被接合物5的被接合部（焊接线部）10一致。并且，在焊接执行中，使工件5在Y方向（焊接线方向）以例如10mm/s的速度移动。由此，在焊接线部10形成焊道（weld bead）部。

在图2中示出图1的焊接电弧产生部的示意图，在图3中示出图2的焊接电弧产生部的A-A剖面图。电极4的前端与被接合物5之间的距离x为例如1mm，后述的磁铁壳体11的下端面与电极4的前端之间的距离y为例如0.5mm。如图2所示，在从电极4的中心轴起离开预定的距离的位置配置永久磁铁7，以影响在电极4和被接合物5之间产生的焊接电弧8。

如图2以及图3所示，永久磁铁7是具有长方形的剖面的柱状的（长方体的）单一磁铁，在第一实施方式中，四个永久磁铁7在电极4的周围等间隔地并且在从电极4的中心轴起隔开相等的距离的位置排列在磁铁壳体11内。并且，永久磁铁7的磁极（S磁极和N磁极）设置在柱的两端面，如图3所示，在俯视图中，四个永久磁铁7以同一磁极彼此对置的方式配置。并且，在一个永久磁铁7的旁边，配置有具有与一个永久磁铁7的磁极相反的磁极的其他的永久磁铁7。并且，使磁场的磁力线大量地通过焊接电弧8，这在得到所希望的效果方面是重要的，因此，优选永久磁铁7采用磁通量密度较大的稀土类磁铁。由此，得到紧凑并且强力的磁场。

TIG焊接方法是利用焊接电弧8使被接合物5熔融而进行接合的方法。焊接电弧8是在电极4和与电极6导通的被接合部10之间流过的电弧放电，是成为高温的等离子体状的带电粒子的流。电弧放电基本上在电极4与被接合部10的最短距离的空间产生，产生在电极4的中心轴上，具有吊钟状的形状。电弧放电自身是成为等离子体状的带电粒子的流，即，电流流过，由此，在电弧放电的周围，由该电流即电弧电流产生（与由永久磁铁7引起的磁场不同的）磁场。

由永久磁铁产生的磁场作用到熔融部。与焊接电弧同样地，熔融部也流过电流，产生磁力，所以，洛伦兹力进行作用。其作为熔融部的对流驱动力之一，被称为电磁力，是在熔融部剖面观察的情况下从外向内作用的力，当其变大时，能够得到深的焊接熔深形状。使该焊接熔深放大的方法是使磁铁移动。即，通过使磁铁移动，从而产生电动势，产生涡电流。与不使磁铁移动的情况相比，除了永久磁铁引起的磁力线之外，涡电流产生也引起洛伦兹力增加。由此，在熔融部，向内的对流增加，能够得到高的长宽比的熔融部剖面形状。

并且，如图4所示，根据图3所示的永久磁铁7的配置，产生磁场，在永久磁铁7a、7b、7c、7d彼此之间产生磁力线21。并且，焊接电弧8由于由磁场与电弧电流（在电极4和工件5之间产生）的电磁相互作用所产生的洛伦兹力而发生偏向。使该焊接电弧8的偏向方向与焊接线方向Y一致。由此，能够使焊接电弧8在偏向方向即焊接线方向Y较强地产生电弧放电具有的能量的焊接线方向分量。该作用能够有利于平均熔融宽度窄并且焊接部的焊接熔深变深，并且，与焊接电弧8的剖面形状的周期性变动相结合，能够得到高的长宽比的焊接部剖面形状。

如图2、3所示，磁铁壳体11作成圆筒形，具有以滑动自由的方式容纳四个永久磁铁7的孔11a、11b、11c、11d。一个永久磁铁7a以上下滑动自由的方式容纳在磁铁壳体11的容纳孔11a内。容纳孔11a的空间被永久磁铁7a分离，在永久磁铁7a的上侧具有空间11aa、在其下侧具有空间11ab。容纳孔11b、11c、11d也是与容纳孔11a同样的结构。并且，四个永久磁铁7的上侧空间11aa、11ba、11ca、11da利用预定的通道（未图示）连接，其下侧空间11ab、11bb、11cb、11db也利用其他通道（未图示）连接。并且，在下侧空间，例如在11ab的下端连接有空气通道12，在上侧空间，例如在11aa的上端连接有空气通道13。根据该结构，四个永久磁铁7a、7b、7c、7d能够同步地上下移动。

利用气压控制单元（未图示）向空气通道13施加图5（a）所示那样的在大气压和1MPa之间周期性地变动的脉动气压（脉冲气压）15，向空气通道12施加图5（b）所示那样的比大气压高且比1MPa低的固定的气压14。上述脉动气压的周期例如为15Hz。利用该脉动气压，一个永久磁铁7a在焊炬3的电极4的轴方向周期性地往复运动。并且，由于磁铁壳体11的四个孔11a、11b、11c、11d为上述那样的结构，所以，其他的永久磁铁7b、7c、7d也进行与永久磁铁7a的动作同步的动作。并且，永久磁铁7往复运动的距离为例如0.5mm。

利用该永久磁铁7的周期性往复运动，在熔融部17产生电动势并产生涡电流。通过产生该涡电流，熔融部的洛伦兹力增加，向内的对流驱动力增加。并且，施加到焊接部的电弧放电引起的等离子体周期性地变动，在焊接部产生非稳态的热流，能够得到焊接熔深充分深的良好的焊接部，能够得到高的长宽比的焊接部剖面形状。并且，永久磁铁进行移动，由此，热传递在周围的空气和永久磁铁之间被加速，能够防止永久磁铁由于焊接电弧的辐射热而过热。

图6是本发明的TIG焊接方法的焊接剖面部的照片，图7是以往的(永久磁铁固定式的)TIG焊接方法的焊接剖面部的照片。可知利用本发明的TIG焊接方法得到的焊接剖面部与以往的方法相比，熔融部明显变深。

（其他的实施方式）

在第一实施方式中，利用气压控制实施了永久磁铁7的周期性往复运动，但是，也可以不利用气压控制而是利用例如使用了电动机的凸轮驱动来实施周期性往复运动。即，为了实现永久磁铁7的周期性往复运动，本领域技术人员容易想到也可以使用气动、油压、机械驱动等任一个方法。

此外，在第一实施方式中使用了永久磁铁7的周期性往复运动，但是，也可以非周期地随机地（不规则地）往复运动，此外，也可以不是往复运动而是通过例如使磁铁壳体11以电极4为中心进行旋转来使永久磁铁旋转（公转）。

此外，在第一实施方式中，等间隔地规则地配置了四个永久磁铁7，但是，也可以不规则地配置。

附图标记的说明：

100 本发明的TIG焊接装置

3 焊炬

4 焊炬的电极

5 工件（被接合物）

7 永久磁铁

8 焊接电弧

11 磁铁壳体

17 熔融部。

Claims (4)

1.一种TIG焊接方法，在被接合物（5）和焊炬（3）的电极（4）之间进行电弧放电，产生焊接电弧（8），利用永久磁铁（7）在所述焊接电弧（8）的周围产生磁场，使利用该磁场和电流的电磁相互作用所产生的电磁力作用到所述被接合物（5）的熔融部（17）进行接合，其特征在于，

将所述永久磁铁（7）排列在所述焊炬（3）的所述电极（4）的周围，移动所述永久磁铁（7），使所述磁场发生变动，由此，使施加到熔融部（17）上的洛伦兹力发生变化进行焊接。

2.如权利要求1所述的TIG焊接方法，其特征在于，

使所述永久磁铁（7）在所述焊炬（3）的所述电极（4）的轴方向周期性地往复运动，由此，使所述磁场发生变动。

3.一种TIG焊接装置（100），在被接合物（5）和焊炬（3）的电极（4）之间进行电弧放电，产生焊接电弧（8），利用所述焊接电弧（8）使所述被接合物（5）熔融来进行焊接，其特征在于，具有：

所述焊炬（3）的所述电极（4）；

永久磁铁（7），配置在所述焊炬（3）的所述电极（4）的周围；以及

永久磁铁移动单元（11～15），使该永久磁铁（7）相对于所述焊炬（3）的所述电极（4）移动。

4.如权利要求3所述的TIG焊接装置（100），其特征在于，

使所述永久磁铁（7）在所述焊炬（3）的所述电极（4）的轴方向周期性地往复运动，由此，使所述磁场发生变动。

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