CN113263246A - 一种基于交变磁场的磁控焊接装置 - Google Patents

一种基于交变磁场的磁控焊接装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于交变磁场的磁控焊接装置，其用于在工件焊接过程中通过交变磁场控制熔池运动和熔滴过渡形态，使焊接接头性能得到提高。其包括焊枪、安装架、两组磁控探头、距离传感器、信号输入模块和控制器。磁控探头转动安装在安装架上，以能在安装架上相对于安装架转动；磁控探头通过交变电流产生有交变磁场。在焊接过程中，通过位于焊枪两侧的磁控探头产生的交变磁场对熔池产生扰动力，使得熔池沿着焊缝流动的同时往两侧流动，进而避免了熔池凝固后导致余高过高的问题。磁控探头在转动过程中，使得交变磁场循环作用在熔池上，作用力从焊缝上熔池的最高点逐步往两侧运动，将熔池往两侧的方向引导。

Description

一种基于交变磁场的磁控焊接装置
技术领域
本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种基于交变磁场的焊接装置，以及一种基于交变磁场的焊接装置的使用方法。
背景技术
铝合金的焊接特性不同于钢铁材料，热处理强化和冷作硬化铝合金焊接时，其近缝区母材的热处理强化和冷作硬化作用减弱或消失，焊接线能量越大，性能降低的程度越大。例如:2A14铝合金T6态时，母材强度为441MPa，其氩弧焊接头的拉伸强度仅为270～330MPa，接头强度系数为0.61～0.75。
通过将外加磁场应用于焊接过程，改变电弧形态，控制熔池运动和熔滴过渡形态，得到外加磁场能抑制焊接缺陷，改变组织结晶形态和细化晶粒，使焊接接头性能提高。
发明内容
为解决现有的工件在焊接过程中，工件的焊缝的余高(凸起)较高且存在一定的焊接缺陷的技术问题，本发明提供一种基于交变磁场的焊接装置。
本发明采用以下技术方案实现：一种基于交变磁场的磁控焊接装置，其用于在工件焊接过程中通过交变磁场控制熔池运动和熔滴过渡形态，改变组织结晶形态和细化晶粒，使焊接接头性能得到提高。其包括，
焊枪；安装架，其用于安装所述焊枪；
两组磁控探头，所述磁控探头转动安装在所述安装架上，以能在所述安装架上相对于所述安装架转动；两组所述磁控探头分别位于所述焊枪的两侧，且两侧所述磁控探头之间的距离可调，以根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头之间的距离；所述磁控探头通过交变电流产生有交变磁场；在焊接过程中，所述焊枪对焊缝产生的熔池在所述工件表面流动，通过所述交变磁场对所述熔池的流动方向进行调控；
距离传感器，其用于检测所述焊枪末端到所述工件表面的距离；
信号输入模块，其用于输入两侧所述磁控探头的转速参数和位置参数，所述位置参数表征为磁控探头的转动中心到焊缝中线的直线距离；
控制器，其根据所述距离传感器测量的距离调整安装架以及焊枪的高度，以及调控两侧所述磁控探头的自身转速以及两侧所述磁控探头的位置参数；其调控方法包括以下步骤：
步骤一、接收所述距离传感器传递的所述距离信号，以及信号输入模块输入两侧所述磁控探头的转速参数和位置参数；
步骤二、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪位置，所述距离-位置表表征所述距离和焊枪焊接位置的对应关系；
步骤三、根据所述距离调整所述焊枪至焊接位置；
步骤四、根据所述转速参数和位置参数驱动所述磁控探头根据所述转速旋转以及达到对应位置。
本发明通过位于焊枪两侧的磁控探头产生觉的交变磁场对熔池产生吸附力，使得熔池沿着焊缝流动的同时往两侧流动，进而有效的避免了熔池凝固后导致余高过高的问题。由于两侧所述磁控探头之间的距离可调，以根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头之间的距离，以改变焊缝的状态。
作为上述方案的进一步改进，在所述安装架的中部固定连接有支架，所述支架呈平板状；且所述焊枪固定连接在所述支架上；在所述安装架上设置有调节组件，通过所述调节组件驱动所述磁控探头位的位置调节。
作为上述方案的进一步改进，所述驱动组件包括调节电机、丝杆和驱动杆；所述安装架上开设有滑槽，所述滑槽的中部固定连接有安装板，所述安装板的两侧分别转动安装有所述丝杆；所述驱动杆的一端滑动设置在所述滑槽内且与所述丝杆螺旋安装，通过所述丝杆的转动驱动所述驱动杆沿着所述丝杆的轴向运动；所述电机固定连接在安装架上，且所述电机和所述丝杆之间传动连接；所述驱动杆的另一端设置有转动组件。
作为上述方案的进一步改进，所述转动组件包括转动电机和转动环，所述转动环固定连接在所述转动电机的主轴上，所述转动电机固定连接在所述驱动杆末端；所述磁控探头的一端和所述转动环固定连接。
作为上述方案的进一步改进，所述距离传感器固定连接在所述安装架上，通过所述检测所述焊枪末端到所述工件表面的距离。
作为上述方案的进一步改进，所述信号输入模块具备显示功能的可触摸显示屏，所述显示屏和与所述控制器电性连接。
作为上述方案的进一步改进，所述控制器与所述转动电机、调节电机、磁控探头、距离传感器和信号输入模块之间分别电性连接，并控制所述转动电机和调节电机的运行和磁控探头磁力的大小。
作为上述方案的进一步改进，所述磁控探头在进行周向的转动过程中，其所述转速为非匀速转动。
本发明还提供一种焊接设备，其应用于一种基于交变磁场的磁控焊接装置一种工件焊接用熔池流向的调控方法，所述调控方法包括以下步骤：
步骤一、提供一种基于交变磁场的磁控焊接装置；
步骤二、将所述工件的焊接端口对齐且置于所述焊接装置上；
步骤三、接收所述焊枪末端到所述工件表面之间的距离；
步骤四、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪焊接位置；
步骤五、驱动焊头至对应焊接位置；
步骤六、输入焊接过程中两侧所述磁控探头的转速参数和位置参数；
步骤七、驱动所述磁控探头根据所述转速旋转以及达到对应位置
本发明通过位于焊枪两侧的磁控探头产生觉的交变磁场对熔池产生扰动力，使得熔池沿着焊缝流动的同时往两侧流动，进而有效的避免了熔池凝固后导致余高过高的问题。在不停的转动过程中，使得所述扰动力作用在熔池的状态处于循环状态；从焊缝上熔池的最高点逐步往两侧运动，将熔池往两侧的方向引导，能有效避免焊缝产生锥形凸起。同时，根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头之间的距离，以改变焊缝的性能和形状。
由于两侧所述磁控探头单独调控，进而极大的提高了本装置在实际使用过程中适用性。
附图说明
图1为基于交变磁场的磁控焊接装置中实施例1中高凸起的焊接效果示意图。
图2为基于交变磁场的磁控焊接装置中实施例1中锥形凸起的焊接效果示意图。
图3为基于交变磁场的磁控焊接装置中安装架剖视的结构示意图。
图4为基于交变磁场的磁控焊接装置中磁控探头安装结构示意图。
图5为基于交变磁场的磁控焊接装置中磁控探头转动象限示意图。
图6为基于交变磁场的磁控焊接装置中控制器调控方法的步骤流程图。
图7为一种工件焊接用熔池流向的调控方法的步骤流程图。
图中：1-工件；2-磁控探头；3-距离传感器；4-安装架；5-焊枪；6-支架；7-安装板；8-丝杆；9-转动环；10-锥形凸起；11-转动电机；12-驱动杆；13-调节电机；14-滑槽；a-调控象限；b-非调控象限。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例介绍一种焊接设备，其包括基于交变磁场的磁控焊接装置。请参阅图1，在铝合金工件1的焊接过程中，没有外力干涉状态下工件1的焊缝会余高较高，导致焊接效果较差。请参阅图2，在现有焊接过程中现有焊缝在外加磁场的扰动力的作用会下产生锥形凸起10，使得焊缝产生一定的焊接缺陷。
本实施例通过设计一种基于交变磁场的磁控焊接装置，对工件1焊接过程中的熔池的流动方向进行调控，更好的改变熔池组织结晶形态和细化晶粒，使焊接接头性能提高。
具体来说，基于交变磁场的磁控焊接装置包括焊枪5、安装架4、磁控探头2、距离传感器3、信号输入模块和控制器。
其中，焊枪5用于对工件1的焊缝进行焊接处理，在工件1的焊缝上产生流动的熔池。当所述熔池凝固以后，进一步实现工件1的焊接。熔池凝固后的性能和形状极大的影响工件1的焊接效果。
安装架4，安装架4呈长条状，其用于安装焊枪5和磁控探头2。请参阅图3，在安装架4的中部固定连接一个支架6，所述焊枪5固定连接在支架6上；所述磁控探头2布设在焊枪5的两侧。在安装架4上开设有长条状的滑槽14，滑槽14的中部固定连接一个安装板7，所述安装板7的两侧分别转动安装有丝杆8。进一步的，滑槽14内滑动安装有驱动杆12，所述驱动杆12的一端滑动设置在所述滑槽14内且与所述丝杆8螺旋安装，通过所述丝杆8的转动驱动所述驱动杆12沿着所述丝杆8的轴向运动。在安装架4上还固定连接有调节电机13，调节电机13和所述丝杆8之间通过皮带传动连接。通过调节电机13驱动丝杆8转动，进而带动驱动杆12在滑槽14内沿着丝杆8的轴向移动。在驱动杆12的另一端固定连接有转动电机11，在转动电机11的主轴上固定连接一个转动环9。其中，所述磁控探头2固定和驱动环固定连接。通过转动电机11驱动磁控探头2转动。其中，位于焊枪5两侧的调节电机13单独驱动，进而使得两侧的磁控探头2单独调节。在驱动电机和调节电机13作用下实现磁控探头2的转动以及位置的调节。
磁控探头2，其通过交变电流产生有交变磁场。请参阅图4，在焊接过程中，通过所述的交变磁场对熔池的流向进行调控。具体来说，焊枪5在焊接过程中在工件1的表面产生有流动的熔池；位于焊枪5两侧的磁控探头2产生觉的交变磁场对熔池产生扰动力，使得熔池沿着焊缝流动的同时往两侧流动，进而有效的避免了熔池固化后导致余高过高的问题。在具体的调控过程中，磁控探头2的转动方向由焊缝中部往两侧发散。在不停的转动过程中，使得所述扰动力作用在熔池的状态处于循环状态；从焊缝上熔池的最高点逐步往两侧运动，将熔池往两侧的方向引导。同时，通过将外加磁场应用于焊接过程，改变电弧形态，控制熔池运动和熔滴过渡形态，得到外加磁场能抑制焊接缺陷，改变组织结晶形态和细化晶粒，使焊接接头性能提高。由于两侧所述磁控探头2之间的距离可调，以根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头2之间的距离，以改变焊缝的状态。
进一步的，由于两侧所述磁控探头2单独调控，进而极大的提高了本装置在实际使用过程中适用性。其中，磁控探头2主要通过在转动过程中实现对熔池的引导分流作用，进而转速在本实施例中采用非匀速状态。请参阅图5，在磁控探头2的转动平面内，可以将其划分为一个调控象限a和非调控象限b。其中，所述调控象限a表征所述磁控探头2会与熔池产生力的作用的平面位置；非调控象限b反之。在调控象限a中，可采用低速转动以保证分流效果；当磁控探头2处于非调控象限b的时候，采用高速转动以降低引流过程中的时间差，提高引流导向效果。
距离传感器3，其主要用于实现工件1表面到焊枪5末端的距离收集。距离传感器3的种类比较多，具体型号不加限定；其安装方式也没有特别限制，只要能实现工件1到焊枪5末端的距离的采集即可。在本实施例中，所述距离传感器3固定连接在安装架4上。
信号输入模块，其主要根据不同的焊缝大小和焊接需求对两侧所述磁控探头2的转速参数和位置参数进行输入调控。所述信号输入模块具体型号不加限定；其安装方式也没有特别限制，只要能实现转速参数和位置参数即可。信号输入模块具备显示功能的可触摸显示屏，所述显示屏和与所述控制器电性连接。
控制器，其用于和所述转动电机11、调节电机13、磁控探头2、距离传感器3以及信号输入模块之间分别电性连接，并控制所述转动电机11和调节电机13的运行。请参阅图6，控制器在使用过程中包括以下步骤：
步骤一、接收所述距离传感器3传递的所述距离信号，以及信号输入模块输入两侧所述磁控探头2的转速参数和位置参数；
步骤二、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪5位置，所述距离-位置表表征所述距离和焊枪5位置的对应关系；
步骤三、根据所述距离调整所述焊枪5位置；
步骤四、根据所述转速参数和位置参数驱动所述磁控探头2根据所述转速旋转以及达到对应位置。
实施例2
请参阅图7，一种工件焊接用熔池流向的调控方法，其应用如上述实施例1中所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述调控方法包括以下步骤：
步骤一、将所述工件1的焊接端口对齐且置于所述焊接装置上；
步骤二、接收所述焊枪5末端到所述工件1表面之间的距离；
步骤三、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪5焊接位置；
步骤四、驱动所述焊枪5移动至对应焊接位置；
步骤五、输入焊接过程中两侧所述磁控探头2的转速参数和位置参数；
步骤六、驱动所述磁控探头2根据所述转速旋转以及达到对应位置。
在对工件1的焊缝熔池进行调控过程中，位于焊枪5两侧的磁控探头2产生的交变磁场对熔池产生扰动力，使得熔池沿着焊缝流动的同时往两侧流动，进而有效的避免了熔池凝固后导致余高过高的问题。磁控探头2的转动方向由焊缝中部往两侧发散。在不停的转动过程中，使得所述扰动力作用在熔池的状态处于循环状态；从焊缝上熔池的最高点逐步往两侧运动，将熔池往两侧的方向引导。同时，根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头2之间的距离，以改变焊缝的性能和形状。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于交变磁场的磁控焊接装置，其用于在工件(1)焊接过程中通过交变磁场控制熔池运动和熔滴过渡形态，改变熔池组织结晶形态和细化晶粒，使焊接接头性能得到提高；其特征在于，其包括，
焊枪(5)；安装架(4)，其用于安装所述焊枪(5)；
两组磁控探头(2)，所述磁控探头(2)转动安装在所述安装架(4)上，以能在所述安装架(4)上相对于所述安装架(4)转动；两组所述磁控探头(2)分别位于所述焊枪(5)的两侧，且两侧所述磁控探头(2)之间的距离可调，以根据不同的焊缝大小调节所述磁控探头(2)之间的距离；所述磁控探头(2)通过交变电流产生有交变磁场；在焊接过程中，所述焊枪(5)对焊缝产生的熔池在所述工件(1)表面流动，通过所述交变磁场对所述熔池的流动方向进行调控；
距离传感器(3)，其用于检测所述焊枪(5)末端到所述工件(1)表面的距离；
信号输入模块，其用于输入两侧所述磁控探头(2)的转速参数和位置参数，所述位置参数表征为磁控探头(2)的转动中心到焊缝中线的直线距离；
控制器，其根据所述距离传感器(3)测量的距离调整安装架(4)以及焊枪(5)的高度，以及调控两侧所述磁控探头(2)的自身转速以及两侧所述磁控探头(2)的位置参数；其调控方法包括以下步骤：
步骤一、接收所述距离传感器(3)传递的所述距离信号，以及信号输入模块输入两侧所述磁控探头(2)的转速参数和位置参数；
步骤二、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪(5)位置，所述距离-位置表表征所述距离和焊枪(5)焊接位置的对应关系；
步骤三、根据所述距离调整所述焊枪(5)到达焊接位置；
步骤四、根据所述转速参数和位置参数驱动所述磁控探头(2)根据所述转速旋转以及达到对应位置。
2.根据权利要求1所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，在所述安装架(4)的中部固定连接有支架(6)，所述支架(6)呈平板状；且所述焊枪(5)固定连接在所述支架(6)上；在所述安装架(4)上设置有调节组件，通过所述调节组件驱动所述磁控探头(2)位的位置调节。
3.根据权利要求2所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述驱动组件包括调节电机(13)、丝杆(8)和驱动杆(12)；所述安装架(4)上开设有滑槽(14)，所述滑槽(14)的中部固定连接有安装板(7)，所述安装板(7)的两侧分别转动安装有所述丝杆(8)；所述驱动杆(12)的一端滑动设置在所述滑槽(14)内且与所述丝杆(8)螺旋安装，通过所述丝杆(8)的转动驱动所述驱动杆(12)沿着所述丝杆(8)的轴向运动；所述电机固定连接在安装架(4)上，且所述电机和所述丝杆(8)之间传动连接；所述驱动杆(12)的另一端设置有转动组件。
4.根据权利要求3所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述转动组件包括转动电机(11)和转动环(9)，所述转动环(9)固定连接在所述转动电机(11)的主轴上，所述转动电机(11)固定连接在所述驱动杆(12)末端；所述磁控探头(2)的一端和所述转动环(9)固定连接。
5.根据权利要求1所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述距离传感器(3)固定连接在所述安装架(4)上，通过所述检测所述焊枪(5)末端到所述工件(1)表面的距离。
6.根据权利要求1所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述信号输入模块具备显示功能的可触摸显示屏，所述显示屏和与所述控制器电性连接。
7.根据权利要求4所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述控制器与所述转动电机(11)、调节电机(13)、磁控探头(2)、距离传感器(3)和信号输入模块之间分别电性连接，并控制所述转动电机(11)和调节电机(13)的运行。
8.根据权利要求1所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述磁控探头(2)在进行周向的转动过程中，其所述转速为非匀速转动。
9.一种焊接设备，其特征在于，其应用于如权利要求1-8中任意一项所述的基于交变磁场的磁控焊接装置。
10.一种工件焊接用熔池流向的调控方法，其应用如权利要求1-8中任意一项所述的基于交变磁场的磁控焊接装置，其特征在于，所述调控方法包括以下步骤：
步骤一、将所述工件(1)的焊接端口对齐且置于所述焊接装置上；
步骤二、接收所述焊枪(5)末端到所述工件(1)表面之间的距离；
步骤三、根据所述距离调查询一个预先设置好的距离-位置表，查询与所述距离对应的焊枪(5)焊接位置；
步骤四、驱动所述焊枪(5)移动至对应焊接位置；
步骤五、输入焊接过程中两侧所述磁控探头(2)的转速参数和位置参数；
步骤六、驱动所述磁控探头(2)根据所述转速旋转以及达到对应位置。
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