CN111168198B - 一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 - Google Patents
一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111168198B CN111168198B CN202010007879.8A CN202010007879A CN111168198B CN 111168198 B CN111168198 B CN 111168198B CN 202010007879 A CN202010007879 A CN 202010007879A CN 111168198 B CN111168198 B CN 111168198B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tungsten
- magnetic field
- welding
- arc
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
- B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
- B23K9/1276—Using non-contact, electric or magnetic means, e.g. inductive means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
- B23K9/1675—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode making use of several electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geometry (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，该传感器包括磁场激励电源、霍尔传感器、焊接电源、磁感线圈等部分组成。该传感器主要由焊接电源、磁场激励电源、产生磁场的磁感线圈、聚磁的硅套筒和两个钨极组成。磁感线圈缠绕在支撑套筒上，激励电源使磁感线圈产生与电弧成一定夹角的横向磁场，通过改变电流的方向从而改变磁场的方向，使得电弧在洛伦兹力的牵引下左右偏移扫描焊缝，经霍尔传感器提取电弧信息，再通过焊缝跟踪实时调节机构判断焊缝跟踪偏差，进而调节焊接路径和焊接参数，从而实施对焊缝的自动跟踪。
Description
技术领域
本文发明一种利用交变的磁场作用于TIG焊接的电弧上，实现对焊缝跟踪的目的，具体的说，是一种利用磁场控制电弧偏转的焊缝跟踪传感器。
技术背景
电磁作用焊接技术是近年来逐渐完善起来的一种新的焊接技术，随着研究的不断深入，研究范围日益扩大，磁控焊接技术得到了快速发展，并逐步形成了相关的理论，同时，已有部分技术在生产实践中得以应用。
由于TIG焊的电弧的弧柱是包含了大量的电子、正离子等带电粒子和中性粒子等聚合在一起的气体状态，所以在磁场的作用下，弧柱间的带电粒子受到洛伦兹力的作用做相关的运动使电弧的形态发生改变和位置发生变动。目前常用施加的磁场的方式有：施加纵向的磁场，如果电弧中带电质点运动方向与外磁场磁力线不平行，这些质点受磁场作用，将产生螺旋运动。可以使电弧聚焦，并且搅拌熔池使组织的晶粒细化，提高焊接质量；施加横向磁场，可以控制电弧的摆动和改善焊缝成型；施加尖角磁场，可以改变电弧的形状，根据焊接工艺的需要，对电弧进行对应的拓宽和压缩，弧柱能量密度和电弧电场强度提高。
潘继民等针对AZ31+1％Ce+l％Sb镁合金进行交流纵向磁场控制下的自动TIG焊试验结。果表明：交流纵向磁场可促使焊接电弧周期性旋转，有利于焊缝成形。磁场的电磁搅拌作用使得焊缝组织均匀细化，接头的焊缝区和热影响区显微硬度均高于母材，抗拉强度较无磁场时明显提高。
刘政军等采用外加交流纵向磁场控制对AZ3l镁合金进行TIG焊试验。指出，电磁搅拌使之从熔体温度场均匀化、机械作用、溶质均匀化、抑制初生áMg各向异性生长四个方面影响晶粒的形核及长大过程。在电磁场的作用下，焊缝晶粒细化，进而改善焊接接头的抗拉强度和硬度等性能。同时，使合金中的杂质球化并弥散分布，促进气泡上浮，减少焊缝气孔，降低焊接接头热裂敏感性。系统地解释了外加对镁合金焊缝组织性能的提高。
罗键等人则采用脉冲纵向磁场控制TIG焊工艺对Az3lB镁合金进行试验，结果显示，受磁场的影响，镁合金焊缝的熔深减小，熔宽增大，晶粒细化，焊接接头的热裂敏感性明显降低，结晶裂纹和液化裂纹均得到有效的抑制。
在国外，lofinaov P.A等学者将埋弧自动焊焊接进行中施加外加磁场，观察且分析外加磁场对焊丝熔化速率的作用规律。日本方面，在双丝TIG焊接阶段里采取外加磁场控制，影响了焊缝金属的冶金反应。Manage等人分析了磁场对焊接电弧以及焊缝金属地作用规律。综上所述，国内外学者大多是将磁场运用在焊接组织，焊接接头性能，对熔滴过度的影响等，也有一些将磁场运用到焊缝跟踪传感器上，但如何使电弧在偏移过程中稳定燃烧是一个亟待解决的问题，更没有一种通过磁场控制电弧偏移又可以控制电弧聚焦的电弧传感器
发明内容
针对现有的技术缺陷，本发明的目的在于提出一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，该传感器通过外加稳定的磁场，并通过改变两个钨极上的磁感线圈的电流方向，从而牵引电弧摆动扫描焊缝。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：该装置包括磁场激励电源、霍尔传感器、焊接电源、磁感线圈、数据分析系统等部分组成，磁场激励电源向两个磁感线圈输出特定的直流电流产生磁场，由于两个钨极上的磁感线圈通电电流方向不同，从而导致钨极尖端的磁场极性不同，在空间上生成闭合的磁场线，在钨极尖端形成一定角度的横向磁场，然后有规律的改变两个钨极上的磁感线圈的电流方向，牵引电弧有规律的摆动，并且由于磁感线圈缠绕在硅环套筒上，可以达到聚磁的作用，可以使电弧摆动的角度加大。霍尔传感器接收到焊接时电弧参数的变化得到相应的数据，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊接参数，将这些参数反馈到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊接路径和焊接参数进行调整，实现焊缝自动跟踪。
本发明所述的支持套筒最下端有一层支撑面，将合适大小的硅套筒装配到支撑套筒上，而支持套筒最上端有一个进水口和一个出水口，在套筒最外层和内层之间有一个环形储水槽。本发明磁控电弧传感器内的水冷装置采用循环水冷却，进水口接进水管，出水口接出水管。当进水速率等于出水速率，以保证冷却水循环的顺畅。磁感线圈紧紧缠绕在硅套筒外壁，这种方式可以使励磁线圈温度一直磁线圈温度一直控制在一定温度点以下，以保证焊接过程中励磁正常进行。
本发明的磁场发生装置是依靠磁场激励电源给缠绕在支撑套筒上的磁感线圈通电产生纵向的磁场。
本发明所述的磁场激励电源为直流电源，可以根据焊缝状况来调节输出电流的大小从而改变磁场的大小，进而改变电弧的摆动角度大小。
本发明的工作原理及作用如下：
图3为两个钨极在与垂直轴线对称时，磁感线圈没有电流通过，钨极起弧后，两个钨极的电弧的电流都是相同流向，所以两道电弧会相互吸引汇聚成一道电弧。图4为当磁感线圈开始通电后，汇聚后的电弧在洛伦兹力的牵引下，向焊缝的一边发生偏移，图5为改变磁感线圈的电流流向，从而改变磁场的方向，同样汇聚后的电弧在洛伦兹力的牵引下，向焊缝的另一边发生偏移。
本发明具有如下的有益效果：一般单钨极的热输出能量小，形成的焊缝熔深比较浅，利用双钨极的热输出可以加大焊缝熔深提高生产率，同时钨极采用的直流正接法，电弧能够稳定的燃烧，在具有一定夹角的横向磁场的约束下，电弧不会因为惯性而发散，而达到电弧偏移的效果，从而有效的提取电弧的信息进行电弧跟踪。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的支撑套筒整体结构图
图3图4和图5为本发明工作时传感器和相对应焊接工件的焊缝位置图
图6为本发明的磁场脉冲电流的波形图
图中1-进水口，2-出水口，3-支撑套筒，4-喷嘴，5-钨极，6-硅环套筒，7-导线，8-磁感线圈，9-磁场激励电源，10-工件，11-电弧，12-磁场线
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明
参见图1，本实施例通过改变磁场方向对电弧的运动进行控制，进行自动扫描跟踪的装置包括：磁场激励电源、磁感线圈、硅套筒、支撑套筒等。两根钨极对称分布在中心线两侧，并与中心线呈现5°-10°的夹角，钨极的尖端均在同一个水平面上，保证钨极电弧稳定燃烧，磁场激励电源向磁感线圈输出特定的直流电产生磁场，并通过计算机控制磁感线圈的电流方向使磁场方向发生周期性的变化，牵引电弧有规律的进行焊缝扫描运动，霍尔传感器接收到电弧运动时焊接电流的变化得到相应的数据，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊缝位置参数，这些参数输入到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊枪的位置进行调节，实现焊缝自动跟踪。电弧进行自动扫描所需要的理论公式如下：
上式中R为电子在磁场中做圆周运动的半径，m为电子的质量，v为电子的纵向速度，q为电子所带的电荷量，B为感应磁场的大小。
参见图2，在支撑套筒下面有一个端面，选择合适大小的硅套筒装配，将磁感线圈缠绕在硅套筒上面，在支撑套筒外壁和内壁之间形成一个储水槽对磁感线圈进行冷却，并且在关于套筒中心对称的套筒顶部有一个进水口和一个出水口，方便对冷却水进行交换。
实施案例，参见图3、图4、图5，是磁控电弧跟踪的传感器相对应焊接工件的焊缝位置图，图3为磁感线圈没有电流时，两个钨极起弧后的电弧在焊缝的位置和形态，两根钨极电弧稳定燃烧时，由于是两根钨极是同一极性，所以两根钨极的电弧会相互吸引，汇聚成一道电弧，然后分别通过调整电弧的电流大小和磁感线圈的电流大小来改变电弧偏移的最大距离，通过改变磁场方向变化的频率来改变电弧扫描焊缝的频率。
图4为两根钨极上的磁感线圈同时通方向相反的电流，使两个钨极尖端分别形成N极和S极组成一个闭合的磁感线圈。在横向磁场的作用下，电弧会受洛伦兹力的作用，牵引电弧向左偏移，扫描焊件左边的焊缝。同时改变磁感线圈电流大小，可以改变电弧偏移的角度和距离，图5为改变磁感线圈电流的方向，导致产生的磁场方向也会发生改变，同样在洛伦兹力的牵引下，电弧会向右，扫描焊件右边的焊缝。
电弧发生偏转的方向是通过控制磁感线圈电流的方向来进行控制，电弧发生偏移的时间与计算机控制磁场激励电源输出脉冲电流的时间一致。
电弧在磁场的作用下来回扫描焊缝时，相关的电弧参数被霍尔元件传感器提取，并且每一个焊缝位置都会有一个对应的焊接参数与之对应，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊接参数，将这些参数反馈到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊接路径和焊接参数进行调整，从而实现对焊缝精密的自动跟踪。
Claims (3)
1.一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，该传感器主要由焊接电源、磁场激励电源、产生磁场的磁感线圈、聚磁的硅套筒和两个钨极组成，其特征在于：焊枪的钨极不发生移动，两根钨极对称分布在中心线两侧，并与中心线呈现5°-10°的夹角，钨极的尖端均在同一个水平面上，保证钨极电弧稳定燃烧，并且给两个钨极套筒的磁感线圈通电，使两个套筒上的磁感线圈产生方向相反的磁场，然后改变磁感线圈的电流方向，从而改变磁场方向，在每一个周期内，在磁场产生的洛伦兹力的牵引下，电弧的方向将会发生改变，扫描焊缝，得到焊缝空间位置，实现自动焊缝跟踪。
2.根据权利要求1所述一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，其特征在于：给两根钨极编号1、2，并使两根钨极与焊缝中心在同一个平面，同时引弧，然后两根钨极上的磁感线圈同时通方向相反的电流，使两个钨极尖端分别形成N极和S极组成一个闭合的磁感线圈，使电弧在洛伦兹力的牵引下发生偏移，然后在一定的周期内，改变电流的方向，使电弧偏移到另一个方向。
3.根据权利要求1、2所述的一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，其特征在于：两根钨极电弧稳定燃烧时，由于是两根钨极是同一极性，所以两根钨极的电弧会相互吸引，汇聚成一道电弧，然后分别通过调整电弧的电流大小和磁感线圈的电流大小来改变电弧偏移的最大距离，通过改变磁场方向变化的频率来改变电弧扫描焊缝的频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010007879.8A CN111168198B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010007879.8A CN111168198B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111168198A CN111168198A (zh) | 2020-05-19 |
| CN111168198B true CN111168198B (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=70618661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010007879.8A Active CN111168198B (zh) | 2020-01-08 | 2020-01-08 | 一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111168198B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112222584B (zh) * | 2020-09-08 | 2022-05-10 | 湘潭大学 | 一种用于超薄壁管焊接的双横向磁场磁控微束等离子弧焊缝跟踪方法 |
| CN113042868B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-06-28 | 湘潭大学 | 一种磁控等离子弧熔丝增材制造层宽自适应控制方法 |
| CN114273756B (zh) * | 2022-01-05 | 2023-05-23 | 湘潭大学 | 一种用于氩弧焊焊缝跟踪的t型集磁电弧传感器 |
| CN114393280B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-04-25 | 湘潭大学 | 基于非对称纵向磁场传感的大曲率焊缝偏差识别方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202527829U (zh) * | 2012-03-06 | 2012-11-14 | 南昌航空大学 | 一种外加纵向磁场控制tig焊接残余应力装置 |
| CN205496755U (zh) * | 2016-02-25 | 2016-08-24 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种阴极强制冷却与磁控压缩联合作用式小孔tig焊接装置 |
| DE102017000083A1 (de) * | 2017-01-07 | 2018-07-12 | MIKA Schweißtechnik GmbH | WIG-Schweißvorrichtung und WIG- Schweißverfahren |
| CN108555421B (zh) * | 2018-04-03 | 2020-06-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于脉冲协调双钨极氩弧焊的熔滴过渡控制装置及其控制方法 |
| CN109530864B (zh) * | 2019-01-03 | 2021-03-26 | 湘潭大学 | 一种用磁场控制tig电弧的焊缝跟踪传感器 |
| CN110625226B (zh) * | 2019-10-08 | 2021-05-18 | 华南理工大学 | 一种复合磁场作用下的k-tig深熔焊焊接控制系统及方法 |
-
2020
- 2020-01-08 CN CN202010007879.8A patent/CN111168198B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111168198A (zh) | 2020-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111168198B (zh) | 一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器 | |
| CN109530864B (zh) | 一种用磁场控制tig电弧的焊缝跟踪传感器 | |
| CN101767246B (zh) | 一种提高tig焊接速度的装置和方法 | |
| CN103741138B (zh) | 静态磁场‑激光同轴复合熔覆方法及装置 | |
| CN110625226B (zh) | 一种复合磁场作用下的k-tig深熔焊焊接控制系统及方法 | |
| Wang et al. | Keyhole welding of AA2219 aluminum alloy with double-pulsed variable polarity gas tungsten arc welding | |
| CN102848058A (zh) | 焊接过程中使用脉冲磁场细化焊缝组织的方法和设备 | |
| CN102933344A (zh) | 电弧焊接方法、电弧焊接装置及电弧焊接的磁场强度调整方法 | |
| Wang et al. | Effect of pulse frequency on droplet transfer and weld formation in local dry underwater welding | |
| Ma et al. | Effect of main arc voltage on arc behavior and droplet transfer in tri-arc twin wire welding | |
| Zhu et al. | Modification of droplet morphology and arc oscillation by magnetic field in laser-MIG hybrid welding | |
| CN110238487A (zh) | 一种基于视觉传感的中厚板铝合金深熔焊系统及控制方法 | |
| CN103781582A (zh) | 以变总体磁场角焊接部件至工件表面的螺柱焊方法和装置 | |
| Wu et al. | The study of high-speed MIG welding assisted by compound external magnetic fields for 6N01-T6 aluminum alloy | |
| Zhao et al. | Droplet transfer and weld geometry in laser welding with filling wire | |
| Wu et al. | Influence of external magnetic field on twin-wire indirect arc surfacing stainless steel layer | |
| Yang et al. | The mechanisms of arc coupling and rotation in cable-type welding wire CO2 welding | |
| Ghosh et al. | Characteristics of a pulsed-current, vertical-up gas metal arc weld in steel | |
| Qi et al. | Effect of microstructure homogeneity on the impact fracture mechanism of X100 pipeline steel laser–MAG hybrid welds with an alternating magnetic field | |
| CN114346381A (zh) | 一种基于多极尖角磁场的磁控电弧控制方法及装置 | |
| Henri et al. | Laser cladding with coaxial wire feeding | |
| Gong et al. | Study on stability and microstructure properties of oscillating laser welded 5A06 alloy with narrow gap | |
| JP6961814B2 (ja) | 真空アーク再溶解システム用コンパクトコイルアセンブリ | |
| Belous | Conditions for formation of defect-free welds in narrow-gap magnetically controlled arc welding of low titanium alloys | |
| RU2433024C1 (ru) | Способ электронно-лучевой сварки немагнитных металлов и сплавов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |