CN112589239B - 一种磁场发生装置和一种焊枪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁场发生装置，包括连接件、电源、接线切换装置与控制装置，连接件设有用于容置焊枪头部的通孔，连接件外设有至少2个外围铁芯组，每个外围铁芯组均包括2个以连接件为中心对称设置的外围铁芯，至少2个外围铁芯组的外围铁芯环形阵列布置于连接件外周，外围铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，每个外围铁芯均缠有线圈，每个外围铁芯的线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路，接线切换装置用于切换线圈之间的连接方式，以使电路形成横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场，控制装置分别与电源和接线切换装置连接，控制接线切换装置的切换动作以及电源的切换。本发明还涉及一种焊枪。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种磁场发生装置和一种焊枪。
背景技术
单面焊双面成形是一种先进的焊接工艺方法，单面焊双面成形可以极大的提高焊接生产效率并降低生产成本，利于焊缝的气孔和夹杂析出。单面焊双面成形技术一次焊接即可获得双面成形焊缝，单面焊双面成形技术是焊接完一面后，翻转焊件，对焊件背面进行清根处理后再实施焊接的过程。
锁孔效应钨极氩弧焊(也称K-TIG焊)是可以不开坡口、无需填充焊材、单面焊双面成形的一种新型焊接方法。“锁孔效应”是K-TIG焊实现大熔深焊接，确保焊接接头质量的关键。锁孔被液态金属所包围，其内部充满气体。焊接过程中，锁孔会穿过熔化金属随焊枪或工件的移动而移动，而熔池则围绕锁孔边缘而移动到锁孔尾部凝固成焊缝。与激光焊和等离子弧焊中“锁孔效应”不同，K-TIG焊接过程中的锁孔必须保持开放，使等离子体射流通过锁孔排出，以免影响焊接过程的稳定性，形成气孔等焊接缺陷。与传统的TIG焊相比较，K-TIG焊利用300A以上焊接电流产生能量密度大、穿透力强和挺度高的焊接电弧，从而可以实现中厚板材的高效深熔焊，具有广阔的应用前景。但K-TIG焊也存在一些缺陷，由于焊接速度较快，熔池降温较快，熔融金属还未充分流动，导致出现咬边、驼峰、焊缝组织晶粒粗大等问题。
在全位置焊接的不同位置施焊，熔池液态金属所受电弧力、表面张力及重力等多种力的合力不同。焊接过程中，影响熔池形态最显著的力是重力。为了获得良好的焊缝成形，需克服重力对熔池液态金属的影响。
经过诸多学者研究表明，在外加磁场的焊接过程中，磁场会对焊接电弧产生作用，使得焊接电弧在外加磁场的作用下发生形态和运动的变化，从而影响了热量的分布，进而影响母材的加热熔化和焊缝成形。外加磁场也会对熔池中的熔融金属产生作用，磁力线使熔融金属在熔池流动的过程不断搅拌，细化焊缝组织晶粒，改善焊缝质量。
现有技术中有采用励磁装置来形成横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场、尖角磁场或纵向磁场以对焊接电弧产生作用，但目前的励磁装置结构复杂、磁场类型单一、功能单一，缺少一种可以产生多种磁场且磁场参数(方向、强度和频率)可调的磁场发生装置。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种磁场发生装置，通过切换线圈之间的连接方式可以形成多种对焊接电弧产生作用的磁场，能够有效改善焊缝质量。
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种焊枪，能够形成多种对焊接电弧产生作用的磁场，有效改善焊缝质量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磁场发生装置，包括连接件、电源、接线切换装置与控制装置，连接件设有用于容置焊枪头部的通孔，连接件外设有至少2个外围铁芯组，每个外围铁芯组均包括2个以连接件为中心对称设置的外围铁芯，至少2个外围铁芯组的外围铁芯环形阵列布置于连接件外周，外围铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，每个外围铁芯均缠有线圈，每个外围铁芯的线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路，接线切换装置用于切换线圈之间的连接方式，以使电路形成横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场，控制装置分别与电源和接线切换装置连接，控制接线切换装置的切换动作以及电源的切换。
进一步，外围铁芯组数量为2个，2个外围铁芯组包括第一外围铁芯、第二外围铁芯、第三外围铁芯与第四外围铁芯，第一外围铁芯与第三外围铁芯以连接件为中心对称设置，第二外围铁芯与第四外围铁芯以连接件为中心对称设置，线圈包括第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈，第一线圈缠于第一外围铁芯，第二线圈缠于第二外围铁芯，第三线圈缠于第三外围铁芯，第四线圈缠于第四外围铁芯，第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路。
进一步，接线切换装置包括第一开关、第二开关、第十七开关、第十九开关、第十二开关、第十五开关、第四开关与第七开关，第一线圈一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈一端连接，第二线圈另一端依次与第十九开关、第十二开关和第三线圈一端连接，第三线圈另一端依次与第十五开关、第四开关和第四线圈另一端连接，第四线圈一端通过第七开关与电源一端连接，电源另一端通过第一开关与第一线圈另一端连接。
进一步，电源为直流电源或正弦交流电源。
进一步，电源包括第一正弦交流电源和第二正弦交流电源，接线切换装置包括第一开关、第三开关、第十开关、第十三开关、第十八开关、第十六开关、第九开关和第六开关，第一正弦交流电源一端通过第一开关和第一线圈另一端连接，第一线圈一端依次与第三开关、第十开关和第三线圈一端连接，第三线圈另一端依次与第十三开关和第一正弦交流电源另一端连接；第二正弦交流电源一端依次与第十八开关和第二线圈另一端连接，第二线圈一端依次与第十六开关、第九开关和第四线圈一端连接，第四线圈另一端通过第六开关和第二正弦交流电源另一端连接。
进一步，接线切换装置包括第一开关、第二开关、第十七开关、第十九开关、第十四开关、第十一开关、第八开关、第五开关，电源一端通过第一开关与第一线圈另一端连接，第一线圈一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈一端连接，第二线圈另一端依次与第十九开关、第十四开关和第三线圈另一端连接，第三线圈一端依次与第十一开关、第八开关和第四线圈一端连接，第四线圈另一端通过第五开关和电源另一端连接。
进一步，接线切换装置包括第二十开关，连接件为中部铁芯，用于容置焊枪头部的通孔位于中部铁芯中部，中部铁芯外壁缠有中部线圈，中部线圈通过第二十开关与电源连接。
进一步，电源为直流电源或正弦交流电源。
进一步，外围铁芯包括长铁芯与短铁芯，长铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，长铁芯一端与短铁芯一端固接，短铁芯另一端与连接件通孔对应，线圈缠于长铁芯。
一种焊枪，包括磁场发生装置。
总的说来，本发明具有如下优点：
通过切换线圈之间的连接方式可以形成多种对焊接电弧产生作用的横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场、尖角磁场等多种磁场，磁场的方向、强度和频率可调，能够有效改善焊缝质量。
附图说明
图1为磁场发生装置的立体结构示意图。
图2为磁场发生装置的内部结构示意图。
图3为磁场发生装置的剖视示意图。
图4为横向偏转磁场、横向摆动磁场接线图。
图5为横向偏转磁场励磁电流示意图。
图6为横向偏转磁场励磁原理图。
图7为横向摆动磁场励磁电流示意图。
图8为横向摆动磁场励磁原理图。
图9为横向旋转磁场接线图。
图10为横向旋转磁场双正弦励磁电流示意图。
图11为横向旋转磁场励磁原理图。
图12为尖角磁场接线图。
图13为直流尖角磁场电流示意图。
图14为交流尖角磁场电流示意图。
图15为尖角磁场励磁原理图。
图16为纵向磁场接线图。
图17为直流纵向磁场电流示意图。
图18为交流纵向磁场电流示意图。
图19为纵向磁场励磁原理图。
图20为外接横向磁场的受力示意图一。
图21为外接横向磁场的受力示意图二。
图22为外接尖角磁场前后的受力对比图。
图23为外接尖角磁场的受力示意图。
图24为外接纵向磁场的受力示意图一。
图25为外接纵向磁场的受力示意图二。
图26为接线切换装置的电路图(未包含纵向磁场)。
附图标记说明：
10-中部铁芯、11-第一外围铁芯、12-第二外围铁芯、13-第三外围铁芯、14-第四外围铁芯、20-中部线圈、21-第一线圈、22-第二线圈、23-第三线圈、24-第四线圈、30-端盖、40-紧固锥套、50-连接螺栓、60-连接螺钉、70-冷却管、71-进水口、72-出水口、80-外壳、90-绝缘垫、100-绝缘套、110-紧固环，120-母材。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
如图1-图3所示，一种磁场发生装置，包括连接件、电源、接线切换装置与控制装置，连接件设有用于容置焊枪头部的通孔，连接件外设有至少2个外围铁芯组，每个外围铁芯组均包括2个以连接件为中心对称设置的外围铁芯，至少2个外围铁芯组的外围铁芯环形阵列布置于连接件外周，外围铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，每个外围铁芯均缠有线圈，每个外围铁芯的线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路，接线切换装置用于切换线圈之间的连接方式，以使电路形成横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场，控制装置分别与电源和接线切换装置连接，控制接线切换装置的切换动作以及电源的切换。
偶数个带有外围铁芯的线圈环形阵列布置于连接件外周，通过不同的接线方式，接入不同的电源可以形成不同的电路，能够在连接件外围形成多种不同的横向磁场，包括横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场，这些磁场对位于连接件中部的焊枪在焊接时的焊接电弧产生作用，具体如下：
在横向偏转磁场作用下，采用直流正极性法焊接时，电弧形态和熔池动态会发生相应的变化，当磁场方向垂直于焊接方向时，电弧受力和熔池中熔融金属的受力如图20、图21所示。电弧受到平行于焊接方向的力，导致电弧沿着焊接方向往一侧偏，熔池中的熔融金属受到垂直于母材120上表面的洛伦兹力，可用于改善电弧偏吹的问题，抑制电弧拖尾和细化焊缝组织晶粒，使熔池充分熔合，避免焊缝驼峰的形成。当磁场方向平行于焊接方向时，电弧受到垂直于焊接方向的力，导致电弧往垂直于焊接方向的一侧偏。可用于焊接薄板，获得较宽的熔宽和较浅的熔深(深宽比小)的焊缝。
在横向摆动磁场中，电弧会受力进行周期性左右摆动，熔融金属也会受到周期性的洛伦兹力，从而可以对熔池进行上下振荡搅拌。
在横向旋转磁场中，电弧会在旋转磁场的作用下按磁场频率进行旋转运动，熔融金属也会周期性受到不同的洛伦兹力，从而可以对熔池进行上下振荡搅拌，达到细化焊缝组织晶粒的作用，提高焊缝的力学性能。
尖角磁场中，外围铁芯的分布与横向磁场的磁柱分布相同，不同之处在于磁柱上的励磁线圈的缠绕方向、接线的形式以及通入电流的类型不同。根据不同的励磁电流类型，可分为：直流尖角磁场和交流尖角磁场。
在直流尖角磁场作用下，采用直流正极性法焊接时，电弧形态和熔池动态会发生相应的变化。电弧受力和熔池中熔融金属的受力如图22、图23所示，原电弧产生的自感应磁场为逆时针方向，在电磁收缩力的作用下，电弧呈现钟罩形，外接尖角磁场后，对原磁场水平方向进行了加强，对垂直方向的磁场进行了削弱，导致水平方向和垂直方向的电磁收缩力大小不相等，从而电弧由原来的圆形被压缩成椭圆形，电弧内部的能量密度也随之增大。可以根据不同焊接需求沿椭圆长轴或者短轴方向进行焊接，灵活性较好。根据左手定则可知，熔池中的熔融金属受到垂直于母材120上表面的洛伦兹力，可用于托住熔池，防止熔池下塌。
若外接的是交流尖角磁场，电弧被压缩成椭圆形并进行长短轴交替的旋转运动时，能够增大加热区域面积，提高熔敷效率，熔融金属也会周期性受到不同的洛伦兹力，从而可以对熔池进行上下振荡搅拌，也可以达到细化焊缝组织晶粒的作用，提高焊缝的力学性能。
因此，本发明实施例的磁场发生装置，可以形成多种对焊接电弧产生不同作用的磁场，能够有效改善焊缝质量。
外围铁芯组数量为2个，2个外围铁芯组包括第一外围铁芯11、第二外围铁芯12、第三外围铁芯13与第四外围铁芯14，第一外围铁芯11与第三外围铁芯13以连接件为中心对称设置，第二外围铁芯12与第四外围铁芯14以连接件为中心对称设置，线圈包括第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23与第四线圈24，第一线圈21缠于第一外围铁芯11，第二线圈22缠于第二外围铁芯12，第三线圈23缠于第三外围铁芯13，第四线圈24缠于第四外围铁芯14，第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23与第四线圈24通过接线切换装置与电源连接形成电路。
外围铁芯数量为4个，能够满足形成多种磁场的要求，使得设计制造与接线均更方便。
为方便描述，第一外围铁芯11、第二外围铁芯12、第三外围铁芯13与第四外围铁芯14与焊枪头部朝向一致的一端设为第一外围铁芯11、第二外围铁芯12、第三外围铁芯13与第四外围铁芯14的下端，与焊枪头部朝向相反的另一端设为上端。
第一线圈21以右手螺旋方式缠绕于第一外围铁芯11，靠近第一外围铁芯11上端的设为第一线圈21一端，靠近第一外围铁芯11下端的设为第一线圈21另一端。
同理，第二线圈22以右手螺旋方式缠绕于第二外围铁芯12，靠近第二外围铁芯12上端的设为第二线圈22一端，靠近第二外围铁芯12下端的设为第二线圈22另一端。第三线圈23以右手螺旋方式缠绕于第三外围铁芯13，靠近第三外围铁芯13上端的设为第三线圈23一端，靠近第三外围铁芯13下端的设为第三线圈23另一端。第四线圈24以右手螺旋方式缠绕于第四外围铁芯14，靠近第四外围铁芯14上端的设为第四线圈24一端，靠近第四外围铁芯14下端的设为第四线圈24另一端。
接线切换装置包括第一开关、第二开关、第十七开关、第十九开关、第十二开关、第十五开关、第四开关与第七开关，第一线圈21一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈22一端连接，第二线圈22另一端依次与第十九开关、第十二开关和第三线圈23一端连接，第三线圈23另一端依次与第十五开关、第四开关和第四线圈24另一端连接，第四线圈24一端通过第七开关与电源一端连接，电源另一端通过第一开关与第一线圈21另一端连接。
通过上述连接方式将第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23与第四线圈24依次连接，电路在连接件外围形成横向偏转磁场或横向摆动磁场。
电源为直流电源或正弦交流电源。
当电源为直流电源时，如图5所示，电流类型为直流，励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图4所示，上述电路形成横向偏转磁场，横向偏转磁场励磁原理如图6所示。
当电源为正弦交流电源时，如图7所示，电流类型为正弦交流，磁场的摆动方向及频率随励磁电流周期变化，励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图4所示，上述电路形成横向摆动磁场，横向摆动磁场励磁原理如图8所示。
电源包括第一正弦交流电源和第二正弦交流电源，接线切换装置包括第一开关、第三开关、第十开关、第十三开关、第十八开关、第十六开关、第九开关和第六开关，第一正弦交流电源一端通过第一开关和第一线圈21另一端连接，第一线圈21一端依次与第三开关、第十开关和第三线圈23一端连接，第三线圈23另一端依次与第十三开关和第一正弦交流电源另一端连接；第二正弦交流电源一端依次与第十八开关和第二线圈22另一端连接，第二线圈22一端依次与第十六开关、第九开关和第四线圈24一端连接，第四线圈24另一端通过第六开关和第二正弦交流电源另一端连接。
通过上述连接方式将第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23与第四线圈24依次连接，电路在连接件外围形成横向旋转磁场。电流类型为双正弦交流，第一正弦交流电源和第二正弦交流电源的相位差为90°，励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图9所示，在磁头水平面可叠加成一个旋转的横向磁场，磁场的旋转方向及频率随励磁电流周期变化，图10所示为一个周期内横向旋转磁场产生的过程。
接线切换装置包括第一开关、第二开关、第十七开关、第十九开关、第十四开关、第十一开关、第八开关、第五开关，电源一端通过第一开关与第一线圈21另一端连接，第一线圈21一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈22一端连接，第二线圈22另一端依次与第十九开关、第十四开关和第三线圈23另一端连接，第三线圈23一端依次与第十一开关、第八开关和第四线圈24一端连接，第四线圈24另一端通过第五开关和电源另一端连接。
通过上述连接方式将第一线圈21、第二线圈22、第三线圈23与第四线圈24依次连接，电路在连接件外围形成尖角磁场。电源为直流电源或正弦交流电源。
图15所示为直流尖角磁场励磁原理图，励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图12所示，如图13所示，通入直流电流，在磁头间就会产生一个同极相对、异极相邻的磁场，且该磁场的磁感线内疏外密。
图15所示为交流尖角磁场励磁原理图，励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图12所示，如图14所示，通入正弦交流电流，在磁头间就会产生一个同极相对、异极相邻的旋转磁场，旋转方向及频率随励磁电流周期变化，该旋转磁场的磁感线内疏外密。
接线切换装置包括第二十开关，连接件为中部铁芯10，用于容置焊枪头部的通孔位于中部铁芯10中部，中部铁芯10外壁缠有中部线圈20，中部线圈20通过第二十开关与电源连接。
中部线圈20通入电流即可产生磁场，磁场的磁力线方向与电弧轴线方向平行。电源可以为直流电源或正弦交流电源。如图19所示为纵向磁场励磁原理图。根据不同的励磁电流类型，可分为：直流纵向磁场和交流纵向磁场。
直流纵向磁场励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图16所示，如图17，通入直流电流，可以产生与电弧轴线方向平行的电磁场；
交流纵向磁场励磁线圈的缠绕方向和接线形式如图16所示，如图18，通入正弦交流电流，可以产生与电弧轴线方向平行、方向随励磁电流周期变化的电磁场。
在直流纵向磁场作用下，采用直流正极性法焊接时，电弧形态和熔池动态会发生相应的变化。电弧受力和熔池中熔融金属的受力如图24、图25所示，在纵向磁场的作用下，电弧中的带电粒子q受到洛伦兹力F，由洛伦兹力F提供向心力，带电粒子q由原来的中心辐射运动状态改变为自上而下的圆周螺旋运动。洛伦兹力F越大，圆周半径r越小，对电弧的压缩效果越明显，电弧内部的能量密度也随之增大，可用于厚板焊接。根据左手定则可知，熔池中的熔融金属受到垂直于电流方向和磁场方向的洛伦兹力，导致熔池中的熔融金属沿着焊接方向往一侧偏，可用于横焊时抵消重力对焊缝成形的影响。图24中，q代表电弧中的带电粒子，F代表带电粒子q受到的洛伦兹力，r代表带电粒子q圆周螺旋运动的圆周半径。
若在交流纵向磁场中，电弧在的带电粒子会受力进行周期性摆动，熔融金属也会受到周期性的洛伦兹力，从而可以对熔池进行沿着焊接方向左右振荡搅拌。
外围铁芯包括长铁芯与短铁芯，长铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，长铁芯一端与短铁芯一端固接，短铁芯另一端与连接件通孔对应，线圈缠于长铁芯。
短铁芯具有导磁的作用，使得电弧四周的磁感线越密集，磁场强度就越大，大大增强了对焊接电弧的作用力。
如图1、图2、图3所示，本实施例中，长铁芯与短铁芯为一体成型的L形硅钢铁芯。中部铁芯10为圆筒硅钢铁芯。线圈均为漆包线。漆包线分别缠绕在圆筒硅钢铁芯和L形硅钢铁芯上。
磁场发生装置主要包括圆筒硅钢铁芯、L形硅钢铁芯、漆包线、端盖30、紧固锥套40、连接螺栓50、连接螺钉60、冷却管70、进水口71、出水口72、外壳80、绝缘垫90、绝缘套100和紧固环110。
圆筒硅钢铁芯、L形硅钢铁芯根据工作环境以及实用性而定，由于电弧的温度较高，因此选用居里温度高的铁芯。铁芯作用是提供磁回路，增强和引导磁通量，使整个磁路的磁场强度达到最大，避免漏磁损耗。
L形硅钢铁芯由厚度为0.35mm的冷轧硅钢片堆叠而成，横截面积为10mm*10mm。
圆筒硅钢铁芯与端盖30之间设有绝缘垫90，通过连接螺钉60固定在端盖30下方。
圆筒硅钢铁芯与焊枪之间设有紧固锥套40，紧固锥套40可以嵌入端盖30和焊枪之间，紧固锥套40与端盖30的内孔的表面倾斜度一致，通过连接螺栓50可使其更稳固连接。
紧固锥套40设计成开口形状，可以有效防止其在端盖30与焊枪连接固定中变形。
L形硅钢铁芯共有4个，通过连接螺钉60固定在端盖30下方，L形硅钢铁芯上开有环形通孔，可以上下调节L形硅钢铁芯的位置。将四个L形硅钢铁芯均匀分布在同一圆周上，L形硅钢铁芯上的漆包线通入电流可以产生四个电磁场，通过改变电流的类型以及励磁线圈的接线形式，四个电磁场可叠加成不同形式的横向磁场，磁场的磁力线垂直于电弧轴线。根据不同的线圈接线形式以及励磁电流类型，横向磁场可分为：横向偏转磁场、横向摆动磁场和横向旋转磁场。
圆筒硅钢铁芯与L形硅钢铁芯之间设有冷却管70，冷却管70为铜管，导热性好，冷却管70自下而上螺旋缠绕在圆筒硅钢铁柱与L形硅钢铁芯之间。
进水口71与出水口72用于将冷却液自下而上地送入和导出磁场发生装置，可以更高效地把漆包线产生的热量及来自电弧的辐射热量带走，从而实现了冷却降温。
外壳80底部开有四个通孔，L形硅钢铁芯可以穿过外壳80在其底部形成电磁场。
外壳80通过连接螺钉60与端盖30连接，外壳80与端盖30之间设有绝缘垫90。
外壳80与圆筒硅钢铁芯之间设有绝缘套100，绝缘套100套在圆筒硅钢铁芯上，使圆筒硅钢铁芯与外壳80保持不接触，有效避免了漏磁现象。
外壳80与L形硅钢铁芯之间也设有绝缘套100，绝缘套100套在L形硅钢铁芯上，使L形硅钢铁芯与外壳80保持不接触，不仅可以防止L形硅钢铁芯与外壳80接触，有效避免了漏磁现象，而且还可以防止L形硅钢铁芯在焊接过程中摆动，保证磁场的稳定性。
端盖30和外壳80为铝合金材料，连接螺钉60为不锈钢材料，均无磁性。
绝缘套100和绝缘垫90均为高强度、耐高温的绝缘塑料。焊枪为K-TIG专用焊枪。
控制装置为STM32单片机，接线切换装置包括20个开关(三端双向可控硅开关)，其控制端均由STM32单片机进行控制，从而可以控制电路的线路接通与断开，实现不同磁场间的切换，电路图如图26所示。三端双向可控硅开关的结构是将2个晶闸管相互反向并联，与晶闸管不同，它可以控制正反任一方向的电流，最大特征是可以双向控制AC电流。
不同磁场的开关的控制端导通情况：
横向偏转磁场、横向摆动磁场：第一开关PA1、第二开关PA2、第十七开关PA17、第十九开关PA19、第十二开关PA12、第十五开关PA15、第四开关PA4、第七开关PA7导通，若输入端ab间接入直流电源，则会产生横向偏转磁场；若输入端ab间接入正弦交流电源，则会产生横向摆动磁场；
横向旋转磁场：第一开关PA1、第三开关PA3、第十开关PA10、第十三开关PA13、第十八开关PA18、第十六开关PA16、第九开关PA9、第六开关PA6导通，输入端ab、cd间分别接第一正弦交流电源和第二正弦交流电源，第一正弦交流电源和第二正弦交流电源的相位差为90°；
尖角磁场：第一开关PA1、第二开关PA2、第十七开关PA17、第十九开关PA19、第十四开关PA14、第十一开关PA11、第八开关PA8、第五开关PA5导通，若输入端ab间接入直流电源，则会产生直流尖角磁场；若输入端ab间接入正弦交流电源，则会产生交流尖角磁场；
纵向磁场：第二十开关PA20导通，若输入端ef间接入直流电源，则会产生直流纵向磁场；若输入端ef间接入正弦交流电源，则会产生交流纵向磁场。
通过控制不同的三端双向可控硅开关的导通，可以实现不同类型磁场的产生极其复合磁场的叠加。
液冷系统：高温对漆包线和硅钢铁芯的磁性影响很大，液冷系统可以有效地降低工作环境的温度、提高磁场的稳定性，从而提高焊接电弧的稳定性，大大提高了焊接的工作效率。焊接工作过程中，磁场发生装置的底部由于同时受到焊接电弧和线圈发热的热辐射，尤其是焊接电弧的热辐射的影响，升温最为明显。冷却液从进水口71流入磁场发生装置底部，自上而下地螺旋流动，最终从出水口72流出，可以更好地对磁场发生装置进行降温。同时，冷却液的流量应该随着焊接电流的增大而增大，这样更有利于保证冷却效果，以保证磁场的稳定。
励磁系统：磁场发生装置使用的励磁电源与漆包线连接，可采用直流和交流两种励磁方式，直流方式下，磁场强度可调；交流方式下；磁场强度和频率可调。励磁线圈采用直径为1mm的漆包线，最大额定电流可达5A，可在220℃环境下连续工作。在500匝线圈、5A电流的条件下，可产生高达100mT的磁场。
综上，本发明实施例的磁场发生装置，可以产生多种磁场且磁场参数(方向、强度和频率)可调，能够有效改善焊缝质量。
一种焊枪，包括磁场发生装置，能够形成多种对焊接电弧产生作用的磁场，有效改善焊缝质量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种磁场发生装置，其特征在于：包括连接件、电源、接线切换装置与控制装置，连接件设有用于容置焊枪头部的通孔，连接件外设有至少2个外围铁芯组，每个外围铁芯组均包括2个以连接件为中心对称设置的外围铁芯，至少2个外围铁芯组的外围铁芯环形阵列布置于连接件外周，外围铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，每个外围铁芯均缠有线圈，每个外围铁芯的线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路，接线切换装置用于切换线圈之间的连接方式，以使电路形成横向偏转磁场、横向摆动磁场、横向旋转磁场或尖角磁场，控制装置分别与电源和接线切换装置连接，控制接线切换装置的切换动作以及电源的切换；外围铁芯组数量为2个，2个外围铁芯组包括第一外围铁芯、第二外围铁芯、第三外围铁芯与第四外围铁芯，第一外围铁芯与第三外围铁芯以连接件为中心对称设置，第二外围铁芯与第四外围铁芯以连接件为中心对称设置，线圈包括第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈，第一线圈缠于第一外围铁芯，第二线圈缠于第二外围铁芯，第三线圈缠于第三外围铁芯，第四线圈缠于第四外围铁芯，第一线圈、第二线圈、第三线圈与第四线圈通过接线切换装置与电源连接形成电路；接线切换装置包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第十五开关、第十六开关、第十七开关、第十八开关和第十九开关；
其中，当电路形成横向偏转磁场和横向摆动磁场时，第一线圈一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈一端连接，第二线圈另一端依次与第十九开关、第十二开关和第三线圈一端连接，第三线圈另一端依次与第十五开关、第四开关和第四线圈另一端连接，第四线圈一端通过第七开关与电源一端连接，电源另一端通过第一开关与第一线圈另一端连接；电源为直流电源或正弦交流电源；
当电路形成横向旋转磁场时，电源包括第一正弦交流电源和第二正弦交流电源，第一正弦交流电源一端通过第一开关和第一线圈另一端连接，第一线圈一端依次与第三开关、第十开关和第三线圈一端连接，第三线圈另一端依次与第十三开关和第一正弦交流电源另一端连接；第二正弦交流电源一端依次与第十八开关和第二线圈另一端连接，第二线圈一端依次与第十六开关、第九开关和第四线圈一端连接，第四线圈另一端通过第六开关和第二正弦交流电源另一端连接；
当电路形成尖角磁场时，电源一端通过第一开关与第一线圈另一端连接，第一线圈一端依次与第二开关、第十七开关和第二线圈一端连接，第二线圈另一端依次与第十九开关、第十四开关和第三线圈另一端连接，第三线圈一端依次与第十一开关、第八开关和第四线圈一端连接，第四线圈另一端通过第五开关和电源另一端连接，电源为直流电源或正弦交流电源。
2.按照权利要求1所述的一种磁场发生装置，其特征在于：接线切换装置还包括第二十开关，连接件为中部铁芯，用于容置焊枪头部的通孔位于中部铁芯中部，中部铁芯外壁缠有中部线圈，中部线圈通过第二十开关与电源连接。
3.按照权利要求1所述的一种磁场发生装置，其特征在于：外围铁芯包括长铁芯与短铁芯，长铁芯延伸方向与连接件通孔延伸方向平行，长铁芯一端与短铁芯一端固接，短铁芯另一端与连接件通孔对应，线圈缠于长铁芯。
4.一种焊枪，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的磁场发生装置。
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