CN111515519B - 一种异种板对焊电磁定量搅拌装置 - Google Patents

一种异种板对焊电磁定量搅拌装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，包括设置在焊缝工装上的板A和板B的Y型坡口上的电磁搅拌装置和靠磁导航装置带动电磁搅拌装置向熔池方向运动的牵引小车，所述电磁搅拌装置包括行走小车、设置于行走小车内部的电磁装置和调节电磁装置与熔池之间的间隙进而控制搅拌强度的升降装置，本发明的装置利用电磁搅拌对焊缝熔合线附近区域进行定量搅拌，促进焊缝熔融金属向母材熔合界面的扩散，同时增加焊缝凝固过程中的形核率，有效提高异种板对焊焊接强度，获得接头性能优良的异种金属焊接件。

Description

一种异种板对焊电磁定量搅拌装置
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别涉及一种异种板对焊电磁定量搅拌装置。
背景技术
随着现代工业的发展，对结构和材料的要求越来越高，单独使用一种材料很难满足使用要求，在这种场合下，应用异种金属焊接结构往往比较合理。
异种金属材料焊接是指两种以上的不同金属在一定的焊接工艺条件下进行焊接的连接。从接头形式来看，异种金属材料焊接包括三种，即两种不同金属母材的焊接，母材金属相同而采用不同的焊缝金属焊接，以及复合金属板的焊接。异种金属材料之间除了在合金成分上有差别外，在冶金、物理、化学以及焊接工艺上也有一定差别，所以焊接异种金属材料通常比焊接同种金属困难得多，一般焊接方法很难获得优良的焊接接头。
把两种不同的金属焊接在一起时，必定会产生一层性能和组织与母材不同的过渡层，而过渡层组织性能的好坏很大程度决定着整个焊接接头的性能。异种金属材料焊接时，由于异种金属材料的物理性能相差很大，焊缝和母材金属难以达到等强的要求，接头熔合区和热影响区的力学性能较差，特别是塑韧性的明显下降，由于塑韧性的下降、焊接应力的存在以及金属间化合物的存在，接头容易产生裂纹，尤其是热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂；其次，焊缝金属在焊接过程中易被氧化，而异种金属焊接晶粒界面的氧化物会降低晶粒的结合力，严重的会阻碍两种金属的结合，使接头机械性能下降，给焊件质量带来不良后果。
总之，现有的焊接方法很难满足异种金属材料尤其是异种金属板材之间焊接质量要求的需要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，利用电磁搅拌对焊缝熔合线附近区域进行定量搅拌，促进焊缝熔融金属向母材熔合界面的扩散，增加焊缝凝固过程中的形核率，减小焊缝和热影响区的组织性能差异，有效提高异种板对焊焊接强度，获得接头性能优良的异种金属焊接件。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括设置在焊缝工装上的板A和板B的Y型坡口上的电磁搅拌装置和靠磁导航装置带动电磁搅拌装置向熔池方向运动的牵引小车，所述电磁搅拌装置包括行走小车、设置于行走小车内部的电磁装置和调节电磁装置与熔池之间的间隙进而控制搅拌强度的升降装置。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述电磁装置包括由硅钢片垒叠制成的“山”型磁轭和“山”型磁轭上绕有的、表面采用喷涂有绝缘层的空心铜管绕制而成的线圈。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述升降装置包括设置于行走小车顶部底面的升降导轨、套在升降导轨上且与“山”型磁轭固定连接的连接架，所述行走小车的腹部设置有伺服电机及与伺服电机通过键连接的绞轮,所述升降导轨外侧面开有凹槽且凹槽内绕有呈“∞”型的钢绳，所述钢绳呈“∞”型的两端通过焊接连接在连接架上且钢绳的首尾焊接在绞轮的凹槽中，通过控制伺服电机的正反转控制钢绳运动并带动连接架在升降导轨上升降。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述升降导轨内侧上下间隔10-30mm处各设有一个限位销。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述磁导航装置包括与焊缝工装平行的磁条和通过悬臂支架安装于牵引小车上的磁导航传感器，所述磁导航传感器沿磁条带动牵引小车运动。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述电磁搅拌装置可以设置为多个且远离熔池的方向电流密度依次变小、电流频率依次变大。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述电磁装置设置有两组且两组电磁装置的电流方向相反、相位相同。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述牵引小车和电磁搅拌装置顶部分别设置有连接器A和连接器B且通过连接梁连接。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述连接器B上设置有用于调节牵引小车和电磁搅拌装置及各电磁搅拌装置之间距离的锁紧螺母。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述牵引小车沿焊丝焊接的方向运动且与焊接速度相同，所述牵引小车与焊丝的距离为3-7mm。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明的装置利用电磁搅拌对焊缝熔合线附近区域进行定量搅拌，促进焊缝熔融金属向母材熔合界面的扩散，同时增加焊缝凝固过程中的形核率，有效提高异种板对焊焊接强度，获得接头性能优良的异种金属焊接件。
2、本发明的装置中线圈通电产生的交变磁场激发涡流，涡流的热效应可以减缓熔池冷却速度，使得搅拌效果最大化，同时涡流的热效应可以促进热影响区粗晶晶粒再结晶的机械效应和热效应，进而得到更加细小的晶粒，提高焊接接头的质量。
3、本发明的装置中通过设置两组电磁装置对焊缝熔合区进行定量电磁搅拌，使得搅拌范围大、效率高，通过调节电参数以及电磁装置和熔池的间隙可以改变搅拌强度，方便控制搅拌强度。
附图说明
图1是本发明装置的原理示意图；
图2是本发明装置的俯视图；
图3是本发明装置的侧视图；
图4是本发明装置的电磁搅拌装置结构示意图；
图5是图4中部分零件的局部放大图；
图6是本发明装置的线圈结构示意图。
其中，1、板A；2、板B；3、熔池；4、磁导航传感器；5、牵引小车；6、连接器A；7、连接梁；8、连接器B；9、电磁搅拌装置； 10、磁条；11、行走小车；12、升降导轨；13、伺服电机；14、绞轮；15、钢绳；16、限位销；17、连接架；18、“山”型磁轭；19、线圈；20、焊丝。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图6所示，一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，包括设置在焊缝工装上的板A1和板B2的Y型坡口上的电磁搅拌装置9和靠磁导航装置带动电磁搅拌装置9向熔池3方向运动的牵引小车5，所述板A1和板B2对焊时采用埋弧焊或氩弧焊焊接，焊缝金属与母材金属不同，焊接时熔池3外表面在焊渣或保护气体的作用迅速凝固，极大避免了搅拌过程中熔融态金属被氧化。所述牵引小车5沿焊丝20焊接的方向运动且焊接速度相同，牵引小车5与焊丝20的距离为3-7mm。
所述电磁装置包括由硅钢片垒叠制成的“山”型磁轭18和“山”型磁轭18上绕有的、表面采用喷涂有绝缘层的空心铜管绕制而成的线圈19，绕制方式如图6所述。通过控制所述“山”型磁轭18上绕有的线圈19的绕向实现 “山”型磁轭18中间脚的磁性与两侧脚的磁性相反且在线圈19通电后产生两个交变磁场，所述交变磁场渗透到熔池3内与熔融态金属作用产生涡流并与交变磁场相互作用产生电磁力作用在熔融金属晶粒，从而推动粗晶运动，获得晶粒细小且均匀的凝固组织，对熔池3两侧熔合线附近区域进行定量电磁搅拌，促进焊缝熔融金属向母材熔合界面的扩散，同时增加焊缝凝固过程中的形核率，有效提高异种板对焊焊接强度，进而获得优良的异种板对焊焊接件上，同时涡流的热效应可以减缓熔池冷却速度，使得搅拌效果最大化，同时涡流的热效应可以促进热影响区粗晶晶粒再结晶的机械效应和热效应，进而得到更加细小的晶粒，提高焊接接头的质量。
所述升降装置包括通过螺栓固定设置于行走小车11顶部底面的升降导轨12、套在升降导轨12上且与“山”型磁轭18固定连接的连接架17，所述行走小车11的腹部设置有伺服电机13及与伺服电机13通过键连接的绞轮14,所述升降导轨12外侧面开有凹槽且凹槽内绕有呈“∞”型的钢绳15，所述钢绳15呈“∞”型的两端通过焊接连接在连接架17上且钢绳15的首尾焊接在绞轮14的凹槽中，通过控制伺服电机13的正反转控制钢绳15运动并带动连接架17在升降导轨12上升降。所述升降导轨12内侧上下间隔10-30mm处各设有一个限位销16，即电磁装置与熔池3的间隙范围为10-30mm
所述磁导航装置包括与焊缝工装平行的磁条10和通过悬臂支架安装于牵引小车5上的磁导航传感器4，所述磁导航传感器4沿磁条10带动牵引小车5运动。所述牵引小车5和电磁搅拌装置9顶部分别设置有连接器A6和连接器B8且通过连接梁7连接。所述连接器B8上设置有用于调节牵引小车5和电磁搅拌装置9及各电磁搅拌装置9之间距离的锁紧螺母。
所述电磁搅拌装置9可以设置为多个且远离熔池3的方向电流密度依次变小、电流频率依次变大。所述电磁装置设置有两组，且两组所述电磁装置的电流方向相反、相位相同。通过设置两组电磁装置对焊缝熔合区进行定量电磁搅拌，使得搅拌范围大、效率高，通过调节电参数以及电磁装置和熔池的间隙可以改变搅拌强度，方便控制搅拌强度。
实施例1：
一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，焊接前板A1和板B2加工出Y型坡口，焊接时安装在焊接工装上，焊接采用四丝埋弧焊，焊接速度为400mm/min，焊接时所述熔池3外表面在焊渣或保护气体的作用迅速凝固，极大避免了搅拌过程中熔融态金属被氧化，所述磁导航传感器4引导所述牵引小车5沿熔池3向前运动，牵引小车5的速度与焊接速度一致，焊缝金属与母材金属不同，牵引小车5与焊丝22的距离为5mm，牵引小车5长为55mm。所述电磁搅拌装置9设置3个，所述牵引小车5顶部中间设置的连接器A6和电磁搅拌装置9顶部中间设置的连接器B通过连接梁7依次连接，调节3个连接器B8的锁紧螺母调节牵引小车5和电磁搅拌装置9及各电磁搅拌装置9之间的距离。
所述各电磁搅拌装置9内部的行走小车11顶部底面通过螺栓固定的升降导轨12内侧上下间隔20mm处各设有一个限位销16，即电磁装置与熔池3的间隙最大为20mm。通过控制所述伺服电机13正反转可以控制所述电磁装置升降，调节所述电磁装置与所述熔池3的间隙，进而调整搅拌强度。
3个所述电磁搅拌装置9均包括两组电磁装置，从而增大搅拌范围，提高搅拌效率，且通电参数不同，3个电磁搅拌装置9按靠近牵引小车5的远近来说，距离牵引小车5从近到远的方向的电磁搅拌装置9依次对所述熔池3内部A3B3、A2B2和A1B1进行定量电磁搅拌，且电流密度依次变小、电流频率依次变大、两组电磁装置的电流方向相反但相位相同。电磁装置与熔池3的间隙：3个电磁搅拌装置9中的电磁装置与熔池3的间隙开始时设为一致，根据工作效果进行调整。

Claims (8)

1.一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：包括设置在焊缝工装上的板A（1）和板B（2）Y型坡口上的电磁搅拌装置（9）和靠磁导航装置带动电磁搅拌装置（9）向熔池（3）方向运动的牵引小车（5），所述电磁搅拌装置（9）设置为多个且远离熔池（3）的方向电流密度依次变小、电流频率依次变大，所述电磁搅拌装置（9）包括行走小车（11）、设置于行走小车（11）内部的电磁装置和调节电磁装置与熔池（3）之间的间隙进而控制搅拌强度的升降装置，电磁装置设置有两组且两组电磁装置的电流方向相反、相位相同。
2.根据权利要求1所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：
所述电磁装置包括由硅钢片垒叠制成的“山”型磁轭（18）和“山”型磁轭（18）上绕有的、表面采用喷涂有绝缘层的空心铜管绕制而成的线圈（19）。
3.根据权利要求2所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述升降装置包括设置于行走小车（11）顶部底面的升降导轨（12）、套在升降导轨（12）上且与“山”型磁轭（18）固定连接的连接架（17），所述行走小车（11）的腹部设置有伺服电机（13）及与伺服电机（13）通过键连接的绞轮（14）,所述升降导轨（12）外侧面开有凹槽且凹槽内绕有呈“∞”型的钢绳（15），所述钢绳（15）呈“∞”型的两端通过焊接连接在连接架（17）上且钢绳（15）的首尾焊接在绞轮（14）的凹槽中，通过控制伺服电机（13）的正反转控制钢绳（15）运动并带动连接架（17）在升降导轨（12）上升降。
4.根据权利要求3所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述升降导轨（12）内侧上下间隔10-30mm处各设有一个限位销（16）。
5.根据权利要求1所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述磁导航装置包括与焊缝工装平行的磁条（10）和通过悬臂支架安装于牵引小车（5）上的磁导航传感器（4），所述磁导航传感器（4）沿磁条（10）带动牵引小车（5）运动。
6.根据权利要求1所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述牵引小车（5）顶部中间设置有连接器A（6），所述电磁搅拌装置（9）顶部中间设置有连接器B（8），所述连接器A（6）和连接器B（8）通过连接梁（7）连接。
7.根据权利要求6所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述连接器B（8）上设置有用于调节牵引小车（5）和电磁搅拌装置（9）及各电磁搅拌装置（9）之间距离的锁紧螺母。
8.根据权利要求1所述的一种异种板对焊电磁定量搅拌装置，其特征在于：所述牵引小车（5）沿焊丝（20）焊接的方向运动且与焊接速度相同，所述牵引小车（5）与焊丝（20）的距离为3-7mm。
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