[發明專利]一種外加磁場裝置控制CO2焊接飛濺率的系統

在審

• 申請號: 201510823008.2
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN105328317A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 江淑園;韓琦
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: B23K9/32
• 分類號: B23K9/32;B23K9/08
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種利用外加磁場作用于短路過渡CO₂焊接過程，實現對焊接飛濺率的控制，具體為一種外加磁場裝置控制CO₂焊接飛濺率的系統。

背景技術

由于焊接過程中，大量飛濺造成焊接材料的損失，惡化了操作環境，增加了焊接清理，嚴重時對電弧穩定性及焊接過程構成影響。因此，對焊接飛濺率進行深入的研究和有效的控制有著重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提出了一種外加磁場裝置控制CO₂焊接飛濺率的系統，該系統通過外加磁場發生裝置作用于短路過渡CO₂焊接過程，從而實現了降低焊接飛濺率，為焊接飛濺率的控制開辟了一種新的控制途徑。

本發明采用如下技術方案，一種外加磁場裝置控制CO₂焊接飛濺率的系統，主要包括外加磁場裝置和CO₂焊接系統；外加磁場裝置由磁控穩壓電源、滑動變阻器、勵磁線圈組成；CO₂焊接系統由焊槍、焊絲、送絲機構、氣路系統、焊接電源、工作臺組成；所述焊槍包括導電嘴和噴嘴；其特征在于：磁控穩壓電源、滑動變阻器、勵磁線圈串聯組成回路，勵磁線圈套在噴嘴上與焊槍剛性固定，且保持同軸，導電嘴連接焊接電源一端，焊接電源另一端連接工作臺，焊絲穿過導電嘴，與勵磁線圈中心軸線對中，焊絲由送絲機構送進。

本發明磁控穩壓電源采用了GCA-5A/6-36V的穩壓電源，其最大輸出電流為5A,輸出電壓的變化率不大于±0.1%±5mV，輸出的直流電壓必須脈動很小，以保持磁場的穩定性。

本發明所述滑動變阻器是通過調節其電阻值來調節勵磁電流的大小。

本發明所述勵磁線圈采用軸對稱空心圓柱型，主要為一圓筒上由直徑為1.25mm的漆包線繞制而成，線匝在徑向和軸向均勻纏繞，呈圓形同軸回路，相鄰兩層線匝之間均隔有絕緣紙。

一種外加磁場控制CO₂焊接飛濺率的方法，其特征在于方法如下：

（1）利用磁場發生裝置產生縱向磁場；具體為通過滑動變阻器調節電流大小實現無級調節，一個較寬的范圍內改變外加磁場的大小，磁控穩壓電源輸出穩定的電流來激發勵磁線圈產生穩定的縱向磁場；

（2）磁場作用于CO₂焊接過程，利用外加磁場與電弧帶電離子的相互作用，對熔滴的過渡頻率、短路峰值電流、短路初期的短路電流等進行控制以實現對焊接過程飛濺率的改善。

本發明從以下四個方面來闡述外加縱向磁場控制短路過渡CO₂焊飛濺的機理：

第一：利用磁場發生裝置產生的縱向磁場，作用于短路過渡CO₂焊接的電弧，電弧中帶電粒子在外加磁場裝置產生的直流縱向磁場中，運動軌跡發生改變，產生旋轉向外的運動，并同時向陽極運動，這樣電子的運動方式為螺旋式旋轉運動，同時弧柱中氣體粒子之間的粘滯力，使得帶電粒子的高速旋轉必將帶動中性粒子旋轉，外加磁場的CO₂焊電弧成為高速旋轉的鐘罩形，提高了電弧的挺度和穩定性，增加了弧柱的能量密度及電場強度，弧柱溫度提高，焊絲的熔化速度加快，熔滴尺寸和它們在焊絲端部存在的時間減少了，熔滴經過電弧區的過渡頻率增加，短路時間短，熔滴可以從容地在熔池表面鋪展而不被迅速增長的電磁力排斥出熔池，從而減少了短路飛濺。

第二：CO₂焊接短路過渡的飛濺主要來自短路初期的瞬時短路飛濺和短路末期的電爆炸飛濺。由于外加縱向磁場能降低短路過渡CO₂焊接中的焊接電流，從而減小了短路初期的短路電流，短路電流不會急劇升高而造成能量的積累，從而減少了短路初期的瞬時短路飛濺。

第三：當熔滴短路時，在液橋處的液體在重力、表面張力和電磁收縮力的作用下急劇收縮，形成細細的縮頸，之后電流的持續增大使得縮頸繼續減小，液橋處的電流密度迅速增大，小橋的溫度急劇上升，造成過量的能量聚集，最后導致液橋發生氣化爆炸而引起大量的細小金屬飛濺。

而在外加縱向磁場時，磁場會產生一個徑向向內的洛倫茲力，向短路液橋施加一個磁致壓力，這樣，外加縱向磁場CO₂焊短路液橋縮頸處，除了受到重力、表面張力外和電磁力的作用外，還受到外加縱向磁場對它的徑向向內的磁致壓力的作用，從而加速了它的斷開，降低了短路末期的能量積累，減少了電爆炸飛濺。