CN109848616A - 一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，包括线圈、电源和集磁器，所述线圈缠绕在集磁器外部，线圈通过导线与电源连接；集磁器外部呈柱体，其截面为上下相对的梯形，分别为上端和下端，其上端与下端为高度不同的倒梯形；在较高一端的上边处，设置了若干凹槽，线圈绕制至该端时，嵌设在凹槽内，使得其与集磁器的接触面加大，提高集磁器与线圈之间磁场能量的转换。

Description

一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置

技术领域

本发明涉及电磁脉冲焊接用集磁器技术领域，特别是涉及一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置。

背景技术

磁脉冲成形技术具有加工能量易于精确控制、成形速度快、成形工件精度高、模具简单和设备通用性强等优点，且整个成型过程无污染，已被应用于机械、电子、汽车等诸多领域。磁脉冲成形技术的基本原理是电磁感应定律，脉冲磁场穿过工件并在工件上产生感应电流，感应电流产生的磁场与初始的磁场相互作用昌盛幅值巨大的脉冲磁压力。当此压力幅值显著高于工件材料的屈服强度时，工件将发生塑性变形。

磁脉冲成形技术在应用于焊接工作时，会用到集磁器以提高焊接技术。一般，集磁器是带有纵向窄缝的金属厚壁圆筒，根据具体要求，其纵截面可为梯形或L型等。但由于集磁器材料和结构的限制，集磁器通常仅应用在管件或者板状等对称工件上的焊接，但在焊接领域，待焊接工件往往还存在很多非对称的焊接需求，这使得集磁器的利用率非常低，中国专利文件201310128142.1提出了一种用于特殊形状管件的磁脉冲非对称集磁装置，其采用圆柱连接伞形的结构以对非对称的特殊形状的管件进行焊接，但此种结构的集磁器侧端面与轴线夹角均小于90°，采用这种结构的集磁器虽然能够对特殊形状的管件进行加工焊接，但其磁场能向管件变形或连接所需机械能的转化效率低，集磁器仅能起到保护线圈1、加强线圈1结构强度的作用，在局部成型时集磁器存在很大的能量损失。中国专利文件201010239963.9提出了一种磁脉冲成形用集磁器结构，其集磁器的纵截面呈“工”字型，集磁器的侧端面与轴线的夹角取值为90°-180°之间，该结构能显著提高磁脉冲成形放电过程中的磁场能量，从而提高集磁器的能量转化效率，进而提高线圈1和集磁器寿命。采用这样的结构虽然提高了集磁器的能量转化率，但因其工作区6集中在高电压下，对于特殊形状的管件来说，在集磁器的高度对称下会造成刚度失稳的情况，即发生焊接过度，超出了焊接要求，最后导致工件的不合格。所以提出一种在提高能量转化效率的同时也能保证工件的准确焊接的集磁器是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服上述缺陷，提出一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置以在提高集磁器能量转化效率的同时也能保证工件的准确焊接。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，包括线圈、电源和集磁器，所述线圈缠绕在集磁器外部，线圈通过导线与电源连接；集磁器外部呈柱体，其截面为上下相对的梯形，分别为上端和下端，其上端与下端为高度不同的倒梯形；在较高一端的上边处，设置了若干凹槽，线圈绕制至该端时，嵌设在凹槽内，使得其与集磁器的接触面加大，提高集磁器与线圈之间磁场能量的转换。

进一步地，所述凹槽的尺寸与组成线圈导线的截面尺寸相近，即线圈与凹槽内的三侧均紧靠。

进一步地，所述集磁器上端与下端之间沿其轴向开设有供待焊接工件焊接的工作区。

进一步地，所述上端侧边与工作区轴线的夹角为α，下端侧边与工作区轴线的夹角为β，α与β均大于90°，且α<β。

由于采用了上述方案，本发明的有益效果在于：本发明提出一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，其好处是：

（1）本发明结构简单，采用两个非对称倒梯形组成集磁器，其侧边与工作区的轴线夹角均大于90°，提高了集磁器的能量转化率和焊接效率。

（2）本发明采用单端线圈1嵌设的方式，在提高集磁器能量转化率的同时，能够有效避免因为工作区电压太高而造成的待焊接工件焊接过度的问题。

附图说明

图1是本发明所述集磁器的剖视图。

图2是对于不同夹角的集磁器与集磁器自身电感之间的影响的测试结果。

图3是集磁器的单边高度与工件径向方向的变形量的测试结果。

附图标记：1-线圈，2-电源，3-上端，4-下端，5-凹槽，6-工作区。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

如图1所示， 一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，集磁器外部连接有通用线圈1，线圈1通过导线与外部电磁脉冲电源2连接，使得电磁脉冲电源2在放电的时候，线圈1由于电流的变化产生感应磁场，同时其内部的集磁器中产生感应电流，从而形成感应磁场。在焊接区域，磁场力最为集中，由于电流密度最大，因此其电磁力也最大，巨大的电磁力使得焊接区域发生冶金变化，进而实现工件的焊接。

现有技术中的集磁器在焊接使用时，采用“工”字型结构，这种结构虽然提高集磁器的能量转化率，但其工作区6集中在高电压下，在集磁器高度对称的情况下会造成待焊接工件刚度失稳的情况，即工件焊接过度，超出了焊接要求，最后导致工件的不合格。

本发明提出的非对称集磁器，在提高能量转化率的同时，通过其结构的特殊性，可有效避免待焊接工件出现刚度失稳的情况。

具体地说，本实施例中的集磁器截面为上下相对的梯形，分别为上端3和下端4，每个梯形有其相应的上边与下边。且沿其轴向开设有供待焊接工件焊接的工作区6。如图1所示，与现有技术中使用的高度对称集磁器相对而言，本发明的集磁器为非对称结构，具体地说，其上端3与下端4为两个下边长度相同，高度不一样的倒梯形，设上端3的竖直高度为a，下端4的竖直高度为b，则a>b；设上端3侧边与工作区6轴线的夹角为α，下端4侧边与工作区6轴线的夹角为β，α与β均大于90°，且α<β。由于集磁器的侧端面与轴线的夹角会影响其能量转化率，本发明对不同夹角的集磁器与集磁器自身电感之间的影响做了实验测试，测试结果如图2所示，可看出，当该夹角处于120°-150°的时候，集磁器电感较高，且在这个范围内，电感处于稳定值，夹角度数超过150°时，电感再次上升，虽然上升后的电感值更大，但这样的值将会导致工作区的电压过大，造成工件的过度焊接。所以本发明的集磁器侧端面与轴线的夹角设置在120°-150°之间，以保证焊接的准确性。

进一步地，本发明还对集磁器的单边高度与工件径向方向的变形量做了实验测试，结果如图3所示，可看出，随着集磁器高度的增加，工件径向方向的变形量逐渐减少，针对需要不同径向变化量的特殊形状管件的焊接，可采用高度不同的集磁器以对工件进行焊接。使两个非对称的倒梯形的结构，得待焊接工件两端受力不一样，满足了对特殊形状管件的焊接，并且该集磁器在焊接时，提高了磁场能量传递和集中的效率，随着磁脉冲成形放电过程中的磁场能量的提高，进而提高了集磁器的能量转化率，降低了焊接过程中能量的损耗。

进一步地，因为随着侧边与工作区6轴线之间夹角的增大，该部分电磁力也随之增大，但因为加大高度的原因，电磁力会有部分削弱，两端集磁器之间的电磁量相差太大，会造成集磁器自身的损坏，所以，本发明在上端4缠绕线圈1的上边处，设置了凹槽5。现有技术中，线圈1均直接对称的缠绕在集磁器表面，但在开始成形工作时，线圈1整体所受的洛伦兹力较大，即使有集磁器的存在，线圈1也很容易发生断裂，使得整体工装的使用寿命较短，且直接整体对称缠绕的方式降低了线圈1与集磁器之间的能量转化。所以本实施例中，在集磁器上端3绕制线圈1的地方设置了凹槽5，凹槽5的尺寸与组成线圈1导线的截面尺寸相匹配，使得线圈1与凹槽5中的其余三侧紧靠。线圈1在缠绕至上端3时，嵌设在凹槽5内而非直接缠绕在其表面，如此线圈1与集磁器的接触面加大，提高了集磁器与线圈1之间磁场能量的转化。采用单端设置凹槽5的方式，可有效避免因为上端3与下端4采用非对称的原因而造成的集磁器内部电磁量相差太大对集磁器带来的损伤。既保证了工作区6的工件的准确焊接也提升了集磁器的能量转化率，降低集磁器损坏的弊端。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，包括线圈（1）、电源（2）和集磁器，其特征在于：所述线圈（1）缠绕在集磁器外部，线圈（1）通过导线与电源（2）连接；集磁器外部呈柱体，其截面为上下相对的梯形，分别为上端（3）和下端（4），其上端（3）与下端（4）为高度不同的倒梯形；在较高一端的上边处，设置了若干凹槽（5），线圈（1）绕制至该端时，嵌设在凹槽（5）内，使得其与集磁器的接触面加大，提高集磁器与线圈（1）之间磁场能量的转换。

2.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，其特征在于：所述凹槽（5）的尺寸与组成线圈（1）导线的截面尺寸相近，即线圈（1）与凹槽（5）内的三侧均紧靠。

3.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，其特征在于：所述集磁器上端（3）与下端（4）之间沿其轴向开设有供待焊接工件焊接的工作区（6）。

4.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲焊接用非对称集磁装置，其特征在于：所述上端（3）侧边与工作区（6）轴线的夹角为α，下端（4）侧边与工作区（6）轴线的夹角为β，α与β均大于90°，且α<β。