CN104816079A - 焊接用旋转磁场发生装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种焊接用旋转磁场发生装置，其特征在于：包括线圈支架(2)，所述线圈支架的中心通过焊枪固定支架(6)固定设置焊枪固定夹(7)，焊枪固定夹(7)上装有焊枪(1)；线圈支架(2)上固定设置两组高度相同的线圈，两组线圈相隔90°；将上述两组线圈分别通过波形变位器连接在励磁电源上，调节使两组线圈分别接通同步的正弦交流电和余弦交流电，所述正弦交流电和余弦交流电的相位差为90°；通电后，每组线圈中间产生平行线圈轴线的磁场，此磁场随着电流的变化也呈正余弦变化，磁场方向做圆周运动，大小不变，使得焊接电弧也随着磁场做圆周运动，当焊枪向前移动，电弧发生螺旋前进，完成焊接。

Description

焊接用旋转磁场发生装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种焊接磁场发生装置，具体的说是励磁装置，通过产生连续横向旋转磁场，利用电弧在磁场中的旋转运动，调整焊接电弧形态完成焊接。
背景技术
焊接技术是机械制造工业中的关键技术之一。在熔池凝固过程中，在焊缝的熔化边界，由于温度梯度大，结晶速度较小，所以成分过冷接近为零，所以平面晶得到发展。随着原理熔化边界向焊缝中心过渡时，温度梯度逐渐变小，而结晶速度增大，所以结晶形态逐渐向等轴晶发展。由于一般熔池凝固速度很快，容易形成成分偏析，并在焊缝的边界处熔合区出现更明显的成分偏析，常成为焊接接头的薄弱地带。
现有技术针对这一问题采用三对电极，产生旋转磁场，从而使焊料在焊接时随旋转磁场旋转，最终形成螺线形的焊接轨迹。但是现有技术所产生的旋转磁场是不均匀的，导致热量分布不均匀，焊缝的边界处熔合区仍然会出现明显的成分偏析，焊接质量不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题提供一种磁场发生装置，可以产生横向的恒定大小的低频匀速旋转磁场，来控制焊接电弧运动轨迹完成焊接，使得热量一定程度重新分布，降低熔化边界的温度梯度，减小成分偏析，改善焊缝成形。
对焊接电弧和熔池施加旋转磁场后，磁场旋转会对熔池的金属进行切割，从而产生感应电流，此时液态金属相当于载流导体，在旋转磁场中必然受到电磁力的作用，进而随着旋转磁场的旋转而转动。这种转动作用加强了熔池液态金属与母材和周围环境的热交换，降低凝固前沿液态金属的温度梯度，使得凝固前沿的成分过冷度增大，抑制柱状晶的形成，从而细化晶粒。
本发明采取以下技术方案：
一种焊接用旋转磁场发生装置，包括线圈支架2，所述线圈支架的中心通过焊枪固定支架6固定设置焊枪固定夹7，焊枪固定夹7上装有焊枪1；线圈支架2上固定设置两组高度相同的线圈，两组线圈相隔90°；将上述两组线圈分别通过波形变位器连接在励磁电源上，调节使两组线圈分别接通同步的正弦交流电和余弦交流电，所述正弦交流电和余弦交流电的相位差为90°；通电后，每组线圈中间产生平行线圈轴线的磁场，此磁场随着电流的变化也呈正余弦变化，磁场方向做圆周运动，大小不变，使得焊接电弧也随着磁场做圆周运动；当焊枪向前移动，电弧发生螺旋前进，完成焊接。
进一步的，所述线圈支架2呈圆台筒状，小底朝下，并在底部圆心十字对称的位置各留四个支架，用于固定线圈；四个线圈等高，并且中轴线正对圆心，分别以正对两个为一组分为两组。
更进一步的，在线圈支架2大端上侧部分安装两根对称支架，中间圆心部分用于将其固定在焊枪上。
一种焊接用旋转磁场发生装置的工作方法，将焊接用旋转磁场发生装置安装在焊枪上，打开保护气体，打开焊机和励磁电源后，调节波形变位器，使得两组线圈分别输入正余弦电流，励磁线圈在待焊处产生恒定大小，做圆周运动稳定连续旋转的磁场，待电弧在磁场中旋转稳定后，开始焊接。
进一步的，使用高斯计测量焊接点处的磁场强度，随之调整线圈通电电流大小，进而调节焊接点处的磁场强度。
本发明的有益效果是：电弧的圆周运动，改善焊接热量的分布，降低枝晶臂间距。在电弧旋转过程中，当热源一旦离开液态金属时，液态金属就会快速过冷到熔点以下，旋转的磁场对熔池金属进行搅拌，增强了融化的熔池金属与周围母材和环境的热交换，降低熔池凝固前沿液态金属的温度梯度，增大凝固前沿的成分过冷度，抑制柱状晶的形成，进而使得表面形核和晶粒细化。旋转的电弧还对焊接移动过程中熔池前方和后方的金属分别形成预热和焊后热处理的作用，并且一定程度上纠正磁偏吹。在焊接过程中，可以控制电流的大小来改变电弧的偏转程度，获得熔深浅、熔宽大的焊缝，又能获得熔深浅、熔宽小的焊缝，这在薄板焊接和角焊缝等场合非常有利；通过正弦交流和余弦交流电的电源设置，可以产生横向的恒定大小的低频匀速旋转磁场，来控制焊接电弧运动轨迹完成焊接，使得热量一定程度重新分布，降低熔化边界的温度梯度，减小成分偏析，改善焊缝成形；线圈支架。线圈及焊枪的结构布置合理，优化。
附图说明
图1为发明焊接用旋转磁场发生装置结构原理示意图。
图2是励磁装置线路示意图。
图3为励磁装置结构简图。
图4是为两组线圈电流波形图。
其中，1、焊枪，2、线圈支架，3、两组线圈，4、工件，5、焊接电弧；3(1)、3(2)、3(3)、3(4)为四个相同线圈，6、焊枪固定支架，7、焊枪固定夹，8、9、10、11为线圈在支架脚部固定点；i1为正弦交流电，i2为余弦交流电。
具体实施方式
参见图1-图4，制作适当尺寸的圆台状桶壁，上下无底，小底朝下，并在底部圆心十字对称的位置各留四个适当宽支架，用于固定励磁线圈。四个线圈等高，并且中轴线正对圆心，分别以正对两个为一组分为两组。在桶壁大头端上侧部分安装两根对称支架，中间圆心部分用于将其固定在焊枪上。将上述两组线圈分别通过波形变位器连接在励磁电源上，调节使两组线圈分别接通同步的正弦交流电和余弦交流电。通电后，每组线圈中间产生平行线圈轴线的磁场，此磁场随着电流的变化也呈正余弦变化，因B1＝Asinωt，B2＝Acosωt，故所得叠加磁场B＝A，磁场方向做圆周运动，但是大小不变，使得焊接电弧也随着磁场做圆周运动，频率可随着需要调节。
在应用时，主要动作流程为：将励磁装置按上述所述安装在焊枪上，打开保护气体，打开焊机和励磁电源后，调节波形变位器，使得两组线圈分别输入正余弦电流，励磁线圈在待焊处产生恒定大小，做圆周运动稳定连续旋转的磁场，待电弧在磁场中旋转稳定后，开始焊接。可以使用高斯计快速测量焊接点处的磁场强度，结合实际情况调整线圈通电电流大小，进而调节焊接点处的磁场强度。
图1中，焊枪1通过焊枪固定夹固定在支架2的中心位置，图2中的线圈3(1)和3(3)通过波形变位器通正弦交流电，线圈3(2)和3(4)通余弦交流电，两电流波形关系如图4所示。旋转磁场由这四个对称分布的线圈产生。
该装置工作时，由于焊接电弧位于四个线圈正交分布中心，利用磁场叠加原理，在电弧部位产生恒定大小，旋转周期与电流周期相同的旋转磁场，进而使得电弧随着磁场的旋转而发生旋转。当焊枪向前移动，电弧发生螺旋前进，完成焊接。
本发明的有益效果是：电弧的圆周运动，改善焊接热量的分布，降低枝晶臂间距。在电弧旋转过程中，当热源一旦离开液态金属时，液态金属就会快速过冷到熔点以下，旋转的磁场对熔池金属进行搅拌，增强了融化的熔池金属与周围母材和环境的热交换，降低熔池凝固前沿液态金属的温度梯度，增大凝固前沿的成分过冷度，抑制柱状晶的形成，进而使得表面形核和晶粒细化。旋转的电弧还对焊接移动过程中熔池前方和后方的金属分别形成预热和焊后热处理的作用，并且一定程度上纠正磁偏吹。在焊接过程中，可以控制电流的大小来改变电弧的偏转程度，获得熔深浅、熔宽大的焊缝，又能获得熔深浅、熔宽小的焊缝，这在薄板焊接和角焊缝等场合非常有利。

Claims (5)

1.一种焊接用旋转磁场发生装置，其特征在于：
包括线圈支架(2)，所述线圈支架的中心通过焊枪固定支架(6)固定设置焊枪固定夹(7)，焊枪固定夹(7)上装有焊枪(1)；
线圈支架(2)上固定设置两组高度相同的线圈，两组线圈相隔90°；
将上述两组线圈分别通过波形变位器连接在励磁电源上，调节使两组线圈分别接通同步的正弦交流电和余弦交流电，所述正弦交流电和余弦交流电的相位差为90°；
通电后，每组线圈中间产生平行线圈轴线的磁场，此磁场随着电流的变化也呈正余弦变化，磁场方向做圆周运动，大小不变，使得焊接电弧也随着磁场做圆周运动；
当焊枪向前移动，电弧发生螺旋前进，完成焊接。
2.如权利要求1所述的焊接用旋转磁场发生装置，其特征在于：所述线圈支架(2)呈圆台筒状，小底朝下，并在底部圆心十字对称的位置各留四个支架，用于固定线圈；四个线圈等高，并且中轴线正对圆心，分别以正对两个为一组分为两组。
3.如权利要求2所述的焊接用旋转磁场发生装置，其特征在于：在线圈支架(2)大端上侧部分安装两根对称支架，中间圆心部分用于将其固定在焊枪上。
4.一种权利要求1所述的焊接用旋转磁场发生装置的工作方法，其特征在于：将焊接用旋转磁场发生装置安装在焊枪上，打开保护气体，打开焊机和励磁电源后，调节波形变位器，使得两组线圈分别输入正余弦电流，励磁线圈在待焊处产生恒定大小，做圆周运动稳定连续旋转的磁场，待电弧在磁场中旋转稳定后，开始焊接。
5.如权利要求4所述的工作方法，其特征在于：使用高斯计测量焊接点处的磁场强度，随之调整线圈通电电流大小，进而调节焊接点处的磁场强度。
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