CN112536521B - 一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置，所述装置包含一个励磁电源，一个控制电路和8个电磁线圈，按图示进行连接安装。8个电磁线圈平分成两个线圈组，由控制电路并联连接，各个线圈以环形等夹角形式交替布置；励磁电源对两组线圈进行周期式电流输入，一个周期分为4个环节，每个环节通过波形变位器对指定线圈组输入电流，以此实现磁极的高速转变，进而完成多极旋转尖角磁场的建立。因此，本发明装置能够通过建立多极旋转尖角磁场实现对等离子弧的全径向再压缩。

Description

一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置

技术领域

本发明属于等离子弧焊接和切割技术领域，具体涉及一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置的设计方案。

背景技术

等离子弧焊接技术是指以等离子电弧作为热源的一种熔焊技术，等离子弧切割技术是指利用等离子电弧加热熔化被切材料从而进行切割的一种技术。二者都是通过在喷嘴内对自由电弧进行压缩强化后获得等离子弧，并利用等离子弧高温、高速和高能等特性对工件进行焊接或切割加工。

与自由电弧不同，等离子电弧由于在喷嘴内完成了机械压缩、热压缩和电磁压缩的一轮压缩作用，所以具有熔透能力强、加工速度快、温度高、能量密度集中、稳定性好和成型表面美观等优点，能够满足航天、航空、核能、电子等工业部门中诸多高水平的技术需求。

现今诸多实践表明，通过改进喷嘴结构或改善冷却条件来提高等离子弧的压缩强化效果已经基本触及瓶颈。若要进一步扩大等离子弧焊接和切割技术的应用范围，提高其技术水平与生产水平，就需要有其他更好的技术方法来对等离子弧进行进一步的压缩强化，以提高其能量密度和稳定性等性能。因此，对等离子弧进行进一步压缩强化的技术具备有重大的研究意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置的设计方案，实现对焊接和切割用的等离子弧进行再压缩，进而提高相关技术的水平与工艺性能。

本发明提供的设计方案如下：

一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置，包括一个励磁电源，一个控制电路和8个电磁线圈。各组成部分的安装方案如下：首先，将8个电磁线圈平分为两个线圈组，每组的4个电磁线圈以环形等夹角分布，即4个电磁线圈均以90°夹角进行环形分布；其次，控制电路中连接有波形变位器，连接励磁电源，同时并联两个线圈组；最后，两个线圈组以同心圆的形式安装，各个线圈交替排布，夹角均为45°。

通过上述安装方案，新型多极旋转尖角磁场的形成原理如下：励磁电源对两组线圈的电流输入为周期性输入，一个周期内分为4个环节。在环节1，励磁电源对一组线圈输入正电流，各线圈在靠近圆心的一端将形成N-S-N-S交替分布的磁极，在线圈组的中央区域将建立一个具有位向的尖角磁场；在环节2，励磁电源对另一组线圈输入正电流，该组线圈同样地会形成磁极、产生尖角磁场，由于本组线圈的排布方向与环节1通电线圈组的方向成45°夹角，所以所产生尖角磁场位向与环节1的尖角磁场位向相差45°，环节1与2连续进行，相当于尖角磁场发生了45°的旋转；环节3与4则分别类似于环节1与2。本发明经过一个周期的运行，所产生尖角磁场将发生一个周期的旋转；经过多个周期的连续运行，便形成本发明所述的新型多极旋转尖角磁场。

本发明装置能够对等离子弧进行全径向的再压缩，其机理如下：4磁极线圈所产生的尖角磁场能对等离子弧产生影响，其影响效果为在一个方向挤压而在挤压方向的法方向拉伸；本发明通过周期性电流配合两组线圈，在形成尖角磁场的同时，能够实现尖角磁场的超高速周期性旋转；因此，尖角磁场对等离子弧的单一方向压缩效果能够旋转成为全径向压缩效果，实现对等离子弧的全径向再压缩。

本发明装置具有全径向压缩等离子弧的明显优势，能够辅助现有等离子弧相关技术，提高其等离子弧的能量密度和稳定性等关键性能，扩大了等离子弧焊接和切割技术的应用，改善其工艺质量，具有很大的应用价值。

附图说明

图1为本发明装置的8极线圈位置分布示意图。

图2为本发明装置的控制电路连接示意图。

图3为4极线圈对等离子弧的影响机理示意图。

图4为本发明装置的等离子弧再压缩机理示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明装置包含一个励磁电源，一个控制电路和8个电磁线圈，按照图示进行连接安装。其原理是通过建立多极旋转尖角磁场，从而实现对等离子弧全径向的再压缩。因此，技术实现的关键在于该多极旋转尖角磁场的建立。

建立多极旋转尖角磁场的具体实施方式如下：8个电磁线圈平分为A、B两组，如图2所示；各线圈的环形交替排布方式如图1所示；励磁电源通过波形变位器对两组线圈进行周期性的电流输入，每个周期T分为4个环节：t1、t2、t3、t4，如图4所示。假设等离子弧垂直纸面向里从各线圈中心通过；在t1环节，励磁电源对A线圈组输入正电流，该组各线圈的内环一端将形成磁极，成N-S-N-S的环形交替分布，在A线圈组中心将形成尖角磁场，该磁场对等离子弧具有一定电磁力挤压作用，如图3所示；在t2环节，励磁电源对B线圈组输入正电流，同样地，该组各线圈的内环一端会形成环形交替分布的N-S-N-S磁极，线圈组中心会形成尖角磁场，对等离子弧产生不同于t1的电磁力作用，t2产生的电磁力相对于t1的电磁力旋转了45°；t3环节的电流输入类似于t1环节，t4环节的电流输入类似于t2环节，所产生的磁极和磁场同样类似，但其对等离子弧的电磁力作用可视为发生了顺时针方向的45°旋转。因此，在一个周期T中，磁场电磁力对等离子弧的挤压作用是旋转的单径向作用，而励磁电源配合波形变位器能够实现电流传输的超高速变换，所以尖角磁场能够发生超高速的旋转，进而该磁场对等离子弧的单径向挤压作用能够同样地超高速旋转，实现对通过的等离子弧进行全径向的压缩作用。

Claims (2)

1.一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置，其特征在于：(1)具备两组电磁线圈组，每组4个，共8个电磁线圈；(2)一个励磁电源，用于能源的提供；(3)一个控制电路，用于实现对两组电磁线圈组的控制与调节；

每组的4个电磁线圈以环形等夹角分布，即4个电磁线圈均以90°夹角进行环形分布，且两组电磁线圈组以同心圆的形式进行安装，各个电磁线圈以45°夹角交替排布；

励磁电源串联波形变位器，将两组电磁线圈组并联于控制电路中；所述波形变位器用以形成方波控制电路，所述励磁电源经装置中的波形变位器在一个周期中的各个环节对指定电磁线圈组进行电流输入，使两组电磁线圈组高速且交替地产生尖角磁场，形成多极旋转尖角磁场，从而使尖角磁场对等离子弧的径向压缩作用发生超高速旋转，以此来实现对等离子弧的全径向压缩作用。

2.如权利要求1所述的一种新型多极旋转尖角磁场再压缩等离子弧装置，两组电磁线圈组进行周期性的方波电流输入，每个周期分为4个环节，每个环节对指定的电磁线圈组输入电流，以此来形成尖角压缩磁场，从而对等离子弧产生压缩作用。

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