CN114650893A - 用于对使用磁移动电弧进行电弧焊的电弧焊设备的电弧进行定向的指向装置，以及该指向装置的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对使用磁移动电弧进行电弧焊特别是进行TIG焊接的电弧焊设备(101)的电弧进行定向的指向装置(103)，包括：i)保持设备(120)，其具有用于接纳所述电弧焊设备(101)的焊头(102)的开口(104)；ii)一个或多个电磁线圈(2)，其用于形成用于使由所述开口(104)中的焊接设备(101)生成的电弧偏转的磁场；以及iii)至少两个弯曲极靴(5)，其包括用于聚焦所述磁场的至少两个支腿(8、9)，每个极靴(5)的支腿中的第一个(8)被紧固至所述保持设备(120)和/或所述电磁线圈(2)，并且所述支腿中的第二个(9)与所述第一支腿(8)成小于130°的角度(α)定向。

Description

用于对使用磁移动电弧进行电弧焊的电弧焊设备的电弧进行 定向的指向装置，以及该指向装置的用途
技术领域
本发明涉及一种用于对使用根据权利要求1的前序部分所述的磁移动电弧进行电弧焊(特别是进行TIG焊接)的电弧焊设备的电弧进行定向的指向装置，并且涉及该指向装置的用途。
背景技术
TIG焊接被称为使用磁移动电弧的电弧焊的变形。电弧焊设备的操作模式本身是已知的，并且在本发明的上下文中被假定为技术知识。电弧可以生成多个电子电荷。因为电弧有其自身的磁场，所以它会响应于磁场。因此，可能的是通过外部磁场使电弧被偏转和定向。
图5-图7公开了根据现有技术的用于在磁导向的电弧焊操作期间对电弧进行定向的指向装置的变形。电弧在管状开口内生成并在待焊接工件的方向离开开口。将外部磁场定位在电弧的区域中的四个极靴从指向装置的壳体突出。磁场由四个电磁体或电磁线圈生成，所述电磁体或电磁线圈对称地布置在开口周围，并且被图5-图7中的指向装置的壳体遮盖。然后，将磁场分别传输到一个或多个极靴，所述一个或多个极靴根据相应磁场的强度将电弧更多地偏转到一个或其他方向。
此处的问题在于，在图5-图7中示出的指向装置的情况下，偏转非常小，以使得以高操作电流来操作电磁线圈进行偏转。这既不是节能也不是材料友好的操作模式。
发明内容
从前面提及的现有技术出发，本发明的目的是开发图5-图7的指向装置，以使得在使用相同的能量时发生更强的电弧偏转，或者在相同的电弧偏转时发生能量使用的减少。总体而言，与图5-图7的已知变形相比，根据本发明的指向装置允许优化的操作模式。
本发明通过具有权利要求1的特征的指向装置实现了该目的。
根据本发明的指向装置用于对使用磁移动电弧进行电弧焊特别是进行TIG焊接(钨极惰性气体焊接)的电弧焊设备的电弧进行定向。所述指向装置包括
i保持设备，所述保持设备具有用于接纳电弧焊设备的焊
头的开口；
ii一个或多个电磁线圈，所述电磁线圈用于形成用于使由
开口中的电弧焊设备生成的电弧偏转的磁场；以及
iii至少两个弯曲极靴，所述极靴包括用于聚焦磁场的至少两个支腿。
在此，每个极靴的支腿中的第一个被紧固至保持设备和/或电磁线圈，并且所述支腿中的第二个与第一支腿成小于130°的角度定向。
第二支腿可以优选地具有终端面。极靴的其他区段可以布置在第一支腿与第二支腿之间；然而，第一支腿直接合并到第二支腿中的情况是优选的。
小于130°的定向意味着第二支腿扭结了至少50°。然而，特别优选地，定向可能是125°-115°，且特别的是120°。
与现有技术相比稍强的极靴扭结具有令人惊讶的效果，即磁场强度增加了至少30％，且特别是增加了40％-60％。磁场强度的增加伴随着磁场的聚焦。因此，磁场强度聚焦在磁场偏转所要求的位置处。
更多的有利实施例是从属权利要求的主题。
为了更好的聚焦，将两个极靴的第二支腿优选地朝向彼此指向。
为在四个方向上更好地控制电弧，有利的是如果指向装置具有至少四个极靴，其中极靴的第二支腿被彼此定向，以使得在每种情况下极靴与相邻极靴间隔开小于3mm，这还支持额外的聚焦。
如果间隙具有一定的大小，则可以有利地避免可能导致磁短路的结构困难。因此，在维持前面提及的基本条件的同时极靴之间的气隙小于5mm是特别优选的。
要避免磁场损失，有利的是如果极靴沿其纵向延伸部具有均匀的宽度。
极靴优选地具有至少3mm、优选4.5mm至6mm的厚度。
为了处理和传导磁场，极靴由钢制成，优选地由优质钢制成，特别优选地由材料编号为1.0122和/或1.0038的钢制成。
如果电磁线圈或线圈铁芯有缺陷，则有利的是如果电磁线圈包括线圈架，特别是包括塑性体。要形成对应的磁场，有利的是用优选地具有至少450匝的缠绕的线缠绕线圈架。电磁线圈具有布置在线圈架内的线圈铁芯。线圈架的使用在电磁线圈的散热和稳健性方面也具有优势。
保持设备是管状的，以便能够接纳焊头。在管的上端，它具有金属的、优选地可磁化的环形盘，所述环形盘具有用于部分形状配合地固持极靴的凹部。不可磁化的环形盘可以特别优选地布置在管的下端，以便不生成磁短路。
根据本发明的指向装置在使用磁移动电弧进行TIG焊接的电弧焊设备中的用途也是根据本发明的，其中在1A的操作电流下电弧的偏转至少为125G，优选地为至少150G，特别优选地在155G与200G之间。
有利的是如果电弧焊设备具有控制单元，该控制单元被定向并连接到电磁线圈，以使得电磁线圈发生个别致动。因此，在电弧偏转期间，可以在2D平面的任何可能方向上实现更广泛的偏转，并且原则上可以实现自由运动。
附图说明
下面参考示例性实施例并与现有技术相比较更详细地解释本发明。如下所示：
图1示出了线圈铁芯的示意图；
图2示出了在本发明的范围内使用的电磁线圈的示意图；
图3示出了在本发明的范围内使用的极靴的图示；
图4示出了在指向装置的轴向长度上的磁场分布的测量；
图5示出了根据现有技术的电弧焊设备的一部分的侧视图；
图6示出了图5的电弧焊设备的用于定向电弧的指向装置的侧视图；
图7示出了借助于根据图5和图6的电弧焊设备进行的电弧焊过程的视图；并且
图8示出了在图5-图7的电弧焊设备的指向装置的轴向长度上的磁场分布的测量。
具体实施方式
图5-图7示出了本身已知的电弧焊设备101的实施例变形。它是一种根据EN ISO4063：2011-03主组14、子组142(无添加)的进行TIG焊接(即，使用不带焊接填料的磁移动电弧进行电弧焊)的电弧焊设备。
除其他之外，空心型材利用该方法被焊接在一起。例如，流量测量设备的管道可设置有凸缘或其他过程连接件，凭此在接合零件表面之间点燃电弧并致使其在磁场中沿着接合零件边缘移动。
电弧在工件与由钨制成的电极之间产生。与其他电弧方法相比，TIG焊接期间使用的电极由于钨的高熔点而不会被熔化。将额外材料以导线或棒的形式固持在电弧中并因此被熔化。然而，在没有额外材料的情况下进行焊接也是可能的。另外，与所有电弧方法一样，电弧会熔化基材。要防止熔体与环境空气发生反应，使用了惰性的保护气体；即，所述气体不与所涉及的材料发生化学反应。使用的气体通常是氩气或氦气。通过TIG焊接可以实现特别高的焊缝品质，但它比相关的金属惰性气体焊接(使用自耗电极丝)要慢一些。
图5-图7的电弧焊设备101具有用于生成和供应电弧的杆状焊炬或焊头102，所述焊炬或焊头具有纵向轴线B。焊头102在各区域中被指向装置103围绕，所述指向装置基本上同心地布置在焊头周围。指向装置103包括具有纵向轴线A的中心管状开口104，用于将焊头102插入指向装置中，以使得纵向轴线A和纵向轴线B彼此叠置。与纵向轴线A具有相同径向距离的多个电磁体105周向地分布在开口104周围，以用于创建外部径向磁场。由于电弧的电子电荷的速度，通过由垂直于电弧电流方向的电磁体生成的外部径向磁场生成了洛伦兹力。
以下关系适用：
F＝qvB
该洛伦兹力支持例如沿着待焊接的空心型材的接合边缘对电弧进行导向。
电磁体105被设计为具有磁芯的电磁线圈。磁芯布置在保持设备120上并连接到极靴106以定向磁场。保持设备120可以被设计为具有终端金属可磁化环形盘121的管状塑性体。环形盘121中的一个具有凹部122，用于在各区域中接纳和/或定位极靴106。通过致动电磁体105以及通过随后将磁场传导通过极靴106，由焊头形成的电弧可以被偏转到圆形路径。此外，指向装置103具有作为冷却系统109的一部分的冷却供应线107和冷却排放线108，以便消散焊头的热。
图7示出了电弧焊设备101的其他部件，包括电流源110、保护气体馈送线111和控制单元112，以及其他线，特别是电力线113、接地线114、信号传输线115。
图8示出了电弧区116的区域中的磁场强度的图解。在1A的操作电流下，它具有110G的值。电弧焊设备101的指向装置103对电弧的偏转相应地较低。
图1-图3中示出的部件对图5-图7中示出的电弧焊设备的指向装置103进行了修改。这些部件在指向装置103中使用，除此以外所述指向装置的使用不变。
图5示出了线圈铁芯1，包括多个导向板，所述多个导向板组合以形成线圈铁芯1。材料编号为1.0122和/或1.0038的金属可以优选地用作芯材料。线圈铁芯的长度至少为10cm。
图2示出了电磁线圈2，包括在指向装置103中使用的线圈铁芯1。在现有技术的电磁线圈中，在纸包芯周围使用导线3。与此相反，根据本发明的指向装置的电磁线圈2现在具有由塑料制成的线圈架4。具有至少500匝的导线缠绕在线圈架上。因此，线圈2和线圈铁芯1可以彼此分开更换，这在组装零件时是很大的优势。特别优选地，线圈架可以由聚甲醛(POM)制成，由于其机械稳定性和耐热性，它非常适合于该应用。为了更好的热形成，用高温纺织带缠绕线圈导线3。导线直径在0.2mm与0.6mm之间。
如图5-图7中所示，在现有技术的指向装置103中总计提供了四个极靴，并且因此也提供了四个电磁线圈。在根据本发明的指向装置中，还具有四个电磁线圈2，它们沿着管状塑性体径向布置，该管状塑性体包括用于插入焊头的开口。管状塑性体的端部处设置有两个环形盘，其中这些环形盘中的一个被提供用于固持线圈铁芯1和极靴5。
为了能够焊接小管道，已经开发了一种专门的极靴5，所述极靴相对于线性定向弯曲了角度α以形成两个支腿8和支腿9，所述角度小于130°，优选地弯曲了115°-125°，特别地弯曲了120°。这在图3中进行了说明。
首先，图3的极靴5具有平行于焊头102或开口104的纵向轴线B延伸的第一区段6。
极靴5在区段6内具有接触面积7，所述极靴利用该接触面积抵靠在指向装置103的保持器上。然而，与现有技术不同的是，整个第一区段是接触面积7的至少1.2倍，且特别是1.3倍到2倍。极靴的厚度为5mm。极靴的宽度在其整个长度上是均匀的。这使得磁场的损失被最小化。
有利地，极靴的支腿8和9的长度为1.2:1至1:1.2。
令人惊讶的是，可通过前面提及的结构改变实现电弧区域中磁场的显著和意想不到的聚焦。图3示出了在1A操作电流下至160G的磁场的形成，由此可以实现更强的电弧定向。
应当理解，磁场的聚焦还使得能够在比图5-图8的现有技术中的1A操作电流更低的操作电流下实现与图5-图8中相同的电弧偏转。
因此，尤其是发生了对电磁体的较低加热，因此可以有利地省去对指向装置的水冷却。因此，还可以使指向装置小型化。
经由电磁体的相应线圈电流，可能发生对磁场定向且因此电弧定向的控制。然而，虽然在图5-图8的现有技术中，仅线圈被成对地联接，但是在本发明中发生了对相应线圈的个别致动。因此在现有技术中只能够形成圆形或椭圆形的焊接路径，而更复杂的焊接路径可以通过个别致动来形成。代替控制单元113，可以提供旋转电位计，所述旋转电位计允许用相应电磁线圈2的个别电流源进行个别致动。
附图标记
1 线圈铁芯
2 电磁线圈
3 线圈导线
4 线圈架
5 极靴
6 区段
7 接触区域
8 第一支腿
9 第二支腿
101 电弧焊设备
102 焊头/焊炬
103 指向装置
104 开口
105 电磁体
106 极靴
107 冷却供应线
108 冷却排放线
109 冷却系统
110 电源
111 保护气体馈送线
112 控制单元
113 电力线
114 接地线
115 信号传输线
116 电弧区
120 固持设备
121 环形盘
122 凹部

Claims (10)

1.一种用于对使用磁移动电弧进行电弧焊，特别是进行TIG焊接的电弧焊设备(101)的电弧进行定向的指向装置(103)，所述指向装置包括
i保持设备(120)，所述保持设备具有用于接纳所述电弧焊设备(101)的焊头(102)的开口(104)；
ii一个或多个电磁线圈(2)，所述电磁线圈用于形成用于使由所述开口(104)中的电弧焊设备(101)生成的电弧偏转的磁场；以及
iii至少两个弯曲的极靴(5)，所述极靴包括用于聚焦所述磁场的至少两个支腿(8、9)；
其特征在于每个极靴(5)的支腿中的第一支腿(8)被紧固至所述保持设备(120)和/或所述电磁线圈(2)，并且所述支腿中的第二支腿(9)与所述第一支腿(8)成小于130°的角度(α)被定向。
2.根据权利要求1所述的指向装置，其特征在于将两个极靴(5)的第二支腿(9)朝向彼此指向。
3.根据权利要求1或2所述的指向装置，其特征在于所述指向装置(103)具有至少四个极靴(5)，其中所述极靴(5)的第二支腿(9)被彼此定向，以使得在每种情况下极靴(5)与相邻极靴(5)间隔开小于3mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的指向装置，其特征在于所述极靴(5)沿其纵向延伸部具有均匀的宽度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的指向装置，其特征在于所述极靴(5)具有至少5mm的厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的指向装置，其特征在于所述极靴(5)由钢制成，优选地由优质钢制成，特别优选地由材料编号为1.0122和/或1.0038的钢制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的指向装置，其特征在于电磁线圈(2)包括线圈架(4)，特别是包括塑性体，绕所述线圈架布置有缠绕的线，优选地具有至少450匝，并且所述电磁线圈(2)具有布置在所述线圈架(4)内部的线圈铁芯(1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的指向装置，其特征在于所述保持设备(10)是管状的，并且环形盘被布置在每个端部处，其中所述环形盘中的第一个被设计为可磁化的环形盘，而所述环形盘(121)中的第二个被设计为不可磁化的环形盘(121)，其中至少所述不可磁化的环形盘(121)具有用于部分形状配合地固持所述极靴(5)的凹部(122)。
9.一种根据前述权利要求中任一项所述的指向装置(103)在电弧焊设备(101)中使用磁移动电弧进行压力焊接的用途，其特征在于在多个区域中，用于在1A的操作电流下偏转所述电弧的磁场至少为125G，优选地为至少150G，特别优选地在155G与200G之间。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于所述电弧焊设备(101)具有控制单元(112)，所述控制单元被设计并且连接到所述电磁线圈(2)，以使得发生所述电磁线圈(2)的个别致动。
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