CN1321771C - 可用于深坡口焊接的磁控大电流mag焊接方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接方法及设备，属焊接领域。方法特征在于励磁线圈和一部分置于其内导磁铁芯构成磁场控制器件，励磁线圈在励磁电源的作用下产生磁场，该磁场由导磁铁芯上部传输给其下部，再传输到坡口内部的焊接区域，改变励磁电流的大小及励磁线圈与工件间的距离可调节磁场的大小。设备包括可分为两部分—导磁铁芯上部(7)和导磁铁芯下部(8)的导磁铁芯，导磁铁芯上部(7)和导磁铁芯下部(8)都是空心体，两者接合处放置了空心耐热垫片(11)并留有用于水冷的空腔。本发明不仅在浅坡口工件的磁控大电流MAG焊接方面比现有方面性能更佳，而且在深坡口条件下进行磁控大电流MAG焊接也可获得稳定的旋转射流过渡。

Description

可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接方法及设备
技术领域
本发明涉及到一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接方法及设备，适用于焊接技术领域。
背景技术
磁控高熔敷率熔化极混合气体保护焊接(MAG)方法(国家发明专利，专利号：ZL02116241.7)是通过外加空心线圈产生纵向磁场来控制焊接电弧及熔滴过渡过程，它能在连续大电流区间获得稳定的旋转射流过渡并可改善焊缝成形、减低焊接成本，同时还提高了焊接生产效率，使焊接熔敷效率从传统焊接方法的144g/min提高到345g/min，实现了无氦保护气体条件下大电流MAG焊接。
目前，这种方法只适用于浅坡口(这里指深度不大于40mm的坡口)工件的大电流MAG焊接。由于该方法采用空心线圈作为磁场控制器件，而空心线圈产生的纵向磁场接近电弧区时磁力线会“发散”，使得坡口内部的磁场减弱，并且坡口深度越大，磁场减弱的就越厉害。当坡口深度不大于40mm时，可以通过变化励磁电流(该方法的励磁电流可在0.5A～14A变动)或调整喷嘴到工件间的距离来保证坡口内部具有足够强的磁场，所以这种情况下磁场对坡口内部电弧的控制作用仍比较强，尚能正常焊接。
然当坡口深度进一步增大，由于上述焊接设备(见附图1)中的喷嘴(内径大于100mm)尺寸过大而不能伸入到坡口内部，导致坡口深处的磁场急剧减小，这时通过调节励磁电流或喷嘴与工件间的距离来增强磁场已不能有效地控制大电流MAG焊接过程。
因此，有必要设计其它的磁控电弧方法及相应的磁场控制器件，来解决空心线圈产生的纵向磁场接近电弧区时的磁力线“发散”问题，并使得磁控电弧方法能够进行深坡口(这里指坡口深度超过40mm的坡口)工件的大电流MAG焊接。
发明内容
本发明的目的：提出一种能够克服空心线圈产生的纵向磁场接近电弧区时的磁力线“发散”问题的磁控电弧方法，并根据此方法提供一种在浅坡口工件的磁控大电流MAG焊接方面比现有方法性能更佳的焊接设备，同时还要求这种设备的磁场控制器件能够伸入到坡口内部以将磁场可靠地引入坡口深处，确保该设备可用于深坡口工件的磁控大电流MAG焊接。
本发明采用的技术方案参见附图2。由图可知，一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接方法，其特征在于励磁线圈4和一部分置于该励磁线圈4内部的导磁铁芯共同构成磁场控制器件，励磁线圈4在励磁电源5的作用下产生磁场，该磁场由导磁铁芯上部7传输给导磁铁芯下部8，再通过导磁铁芯下部8传输到焊接区域。
理论分析与实测结果发现，导磁铁芯的加入不仅使得焊接区域的磁场的纵向分量、横向分量及总的磁场增大，而且还能够改变焊接区域的磁场的分布形态。导磁铁芯的磁阻小，故可造成大部分磁力线通过导磁铁芯，而其它区域的磁力线相对稀疏，其结果就可在焊接区域产生一种磁力线分布形态呈“内疏外密”的磁场。这种形态的磁场的箍紧作用可以更好地拘束焊接电弧，克服了空心线圈产生的纵向磁场接近电弧区时的磁力线“发散”问题。改变励磁电流的大小可调节焊接区域的磁场，当励磁电流变大时，焊接区域的磁感应强度增大，磁场对焊接电弧的控制效果加强，反之，则减弱。改变励磁线圈到工件的距离也可调节焊接区域的磁场，但这种方法对磁场影响很小。
从附图2还可看出，一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接设备，其特征在于包括可分为两部分—导磁铁芯上部7和导磁铁芯下部8的导磁铁芯，并且这两部分都是空心体，其中导磁铁芯上部7的上端与焊枪之间以及导磁铁芯上部7的下端与导磁铁芯下部8的上端之间都采用螺纹连接，同时导磁铁芯上部7和导磁铁芯下部8的接合处放置了空心耐热垫片11并留有用于水冷的空腔。
一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接设备，其特征还在于导磁铁芯下部8的下端的内壁到焊丝中心的距离为20mm～40mm，该内壁厚度为3～10mm。
导磁铁芯下部8的上端和导磁铁芯上部7的尺寸选取必须保证水冷效果以及磁场的传输效果。
导磁铁芯上部7和导磁铁芯下部8的接合处放置空心耐热垫片11的目的是为了保证焊接过程中导磁铁芯上部7及导磁铁芯下部8受热趋于均匀，否则这两部分的温差过大会恶化它们的配合质量，进而影响到水冷效果以及磁场的传输效果。导磁铁芯上部7和导磁铁芯下部8的接合处留有一定空间的空腔的目的是为了便于采取水冷措施，因焊接电弧的高温导致导磁铁芯的导磁能力下降。
深坡口条件下利用本发明进行连续大电流MAG焊接时(见附图5)，可获得稳定的旋转射流过渡过程，解决了现有磁控高熔敷率熔化极混合气体保护焊接MAG方法不能适用于深坡口焊接的难题。同时本发明在浅坡口工件焊接方面也具有一定的优越性，主要表现在电弧控制效果更好、熔滴过渡过程更稳定(见附图3和附图4)，其原因仍在于导磁铁芯的加入改变了浅坡口内部焊接区域的磁场大小及形态。
附图说明
图1为磁控高熔敷率熔化极混合气体保护焊接(MAG)设备。
1-焊丝，2-导电嘴，3-焊接电源，4-励磁线圈，5-励磁电源，
6-喷嘴，12-焊接电弧，13-工件。
图2为本发明的技术方案的示意图。
1-焊丝，2-导电嘴，3-焊接电源，4-励磁线圈，5-励磁电源，
7-导磁铁芯上部，8-导磁铁芯下部，9-进水口，10-出水口，
11-空心耐热垫片，12-焊接电弧，13-工件。
图3为浅坡口条件下采用图1装置进行大电流MAG焊接的旋转射流过渡。
图4为浅坡口条件下采用图2装置进行大电流MAG焊接的旋转射流过渡。
图5为深坡口条件下采用图2装置进行大电流MAG焊接的旋转射流过渡。
具体实施方式
本发明可参照图2按常规方法装配后进行焊接，具体试验条件如下：
导磁铁心的材料为Q235，导磁铁芯下部7的总深度为90mm，导磁铁芯上部8的总深度为138mm；导磁铁芯下部8的下端的内径为22mm，外径为28mm，深度为36mm；导磁铁芯下部8的上端的内径为36mm，外径为44mm，深度为42mm，这部分的螺纹长度为11mm；导磁铁芯上部7的上端的内径为32mm，外径为40mm，深度为85mm，这部分的螺纹长度为18mm；导磁铁芯上部7的下端内径为24mm，外径为36mm，深度为50mm：空腔部分的内径为28mm，外径为36mm，深度为35mm，空腔的底部到导磁铁芯上部7的底部的距离为3mm；空心耐热垫片11的内径为38mm，外径为42mm，厚度为2mm：进水口9和出水口10的孔径都为4mm，其中进水口9和出水口10的中心线到导磁铁芯下部8的上端面的距离分别为25mm和42mm。
焊丝直径为1.2mm，焊丝成分为H08Mn2Si，焊丝干伸长为30mm；气体成分配比为82％Ar+18％CO2，气体流量为20L/min；送丝速度为45m/min；焊接电压为57～58V，焊接电流为500A，励磁电流为5A；拍摄速度为3000幅/秒；焊接方式为平焊，焊接速度为1m/min，送丝速度为33m/min；采用深度为20mm的浅坡口工件以及深度为100mm的深坡口工件。
图3为浅坡口条件下采用空心线圈进行磁控大电流MAG焊接的高速摄像图。图4为浅坡口条件下采用本发明进行磁控大电流MAG焊接的高速摄像图。比较图3与图4可看出：在上述规范参数及线圈底部到工件之间的距离相同的情况下，采用单纯空心线圈进行磁控的焊接过程，焊接电弧和液流束的旋转半径都比较大，焊接电弧的烁亮区包围液流束的部分比较少。而采用本发明进行磁场控制的焊接过程，焊接电弧和液流束的旋转半径较小，焊接电弧的烁亮区包围液流束的部分较多。这说明在相同的焊接规范参数下，采用空心导磁铁芯和励磁线圈共同构成磁场控制器件产生的磁场对焊接电弧的控制作用比单纯空心线圈的要强，前者的焊接过程更稳定。
图5为深坡口条件下采用本发明进行磁控大电流MAG焊接的高速摄像图。可见，深坡口条件下也可获得稳定的旋转射流过渡。

Claims (2)

1、一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接方法，其特征在于励磁线圈(4)和一部分置于该励磁线圈(4)内部的导磁铁芯共同构成磁场控制器件，励磁线圈(4)在励磁电源(5)的作用下产生磁场，该磁场由导磁铁芯上部(7)传输给导磁铁芯下部(8)，再通过导磁铁芯下部(8)传输到焊接区域，改变励磁电流的大小及励磁线圈到工件间的距离可调节焊接区域的磁场强弱；所述的导磁铁芯包括可分为两部分一导磁铁芯上部(7)和导磁铁芯下部(8)，导磁铁芯上部(7)和导磁铁芯下部(8)都是空心体，导磁铁芯上部(7)和导磁铁芯下部(8)的接合处放置了空心耐热垫片(11)并留有用于水冷的空腔。
2、根据权利要求1所述的一种可用于深坡口焊接的磁控大电流MAG焊接设备，其特征在于且导磁铁芯下部(8)的下端的内壁到焊丝中心的距离为20mm～40mm，该内壁厚度为3～10mm。
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