[發(fā)明專利]一種用于弧焊成形控制的磁場發(fā)生裝置

在審

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• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN106964873A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李亮玉;劉海華;卓義民
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/08
• 分類號(hào): B23K9/08;H01F7/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊接磁場發(fā)生裝置，通過產(chǎn)生的交變磁場進(jìn)而在工件上產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)電磁力，從而對焊接過程中的弧焊成形進(jìn)行控制。

背景技術(shù)

近年來，在飛機(jī)、火箭等航空航天器及動(dòng)車、倉儲(chǔ)罐等民用產(chǎn)品上，薄板和薄壁構(gòu)件開始被越來越多地采用，這類結(jié)構(gòu)重量輕、強(qiáng)度高。其中很多沖壓薄板件和薄壁構(gòu)件都是通過焊接工藝來生產(chǎn)制造的。但在弧焊成形過程中熔融金屬容易向兩側(cè)流淌，導(dǎo)致了堆焊層的成形質(zhì)量很難得以準(zhǔn)確控制，因此有必要對弧焊成形的控制進(jìn)行研究。

在流體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力中，表面張力是熔池中流體流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，也是熔池下塌的主要作用源。通過對熔池的液態(tài)金屬施加附加電磁力來抵消一部分表面張力的作用，從而達(dá)到抑制熔池下塌的目的，實(shí)現(xiàn)弧焊成形的控制。

研究者們開展過外加磁場控制電弧形態(tài)、熔滴過渡和熔池穩(wěn)定性的研究。山東大學(xué)的王林等人在Q235低碳鋼板上開展焊接工藝試驗(yàn)，獲得了不同磁感應(yīng)強(qiáng)度下的焊縫表面成形，試驗(yàn)結(jié)果表明，外加橫向磁場能有效抑制駝峰焊道和咬邊等缺陷，顯著改善焊縫成形(參見王林，武傳松，楊豐兆，等.外加磁場對高速GMAW電弧和熔池行為的主動(dòng)調(diào)控效應(yīng)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，02：1-6.)M.Bachmann對20mm厚AISI 304不銹鋼的大功率激光熔透焊接進(jìn)行了研究.發(fā)現(xiàn)熔池內(nèi)的液態(tài)金屬下塌可以通過交變電磁場產(chǎn)生的洛倫茲力進(jìn)行抵消(參見Bachmann M，Avilov V，Gumenyuk A，et al.Experimental and humerical investigation of an electromagnetic weld pool support system for high power laser beam welding of austenitic stainless steel[J].Journal of Materials Processing Technology，2014，214(3)：578-591.)岳建鋒等針對下向MAG焊中熔池受重力因素影響，造成熔池失穩(wěn)的問題進(jìn)行了研究，利用外加高頻交變磁場產(chǎn)生的電渦流力來抵消熔池液態(tài)金屬重力分量，克服了下向焊接的失穩(wěn)問題。(參見岳建鋒，李亮玉，劉文吉，等.基于外加高頻交變磁場下向MAG焊熔池成形控制，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，49(8)：65-70)。

電渦流效應(yīng)是一種自然界基本的物理現(xiàn)象。它的主要原理是，當(dāng)導(dǎo)體處在交變磁場的環(huán)境下時(shí)，就會(huì)在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流。利用外加的交變磁場在熔池內(nèi)產(chǎn)生渦流，該渦流與外部磁場相互作用，進(jìn)而對在熔池內(nèi)產(chǎn)生一定大小和方向的電磁力，用于抑制熔融金屬向工件兩側(cè)流淌，從而實(shí)現(xiàn)對弧焊成形的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，設(shè)計(jì)一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發(fā)生裝置，可以產(chǎn)生橫向的交變磁場，能夠抑制焊接過程中出現(xiàn)的熔融金屬向兩側(cè)流淌的問題，對弧焊成形進(jìn)行控制、使焊接質(zhì)量更好。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)了一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發(fā)生裝置，包括夾具體、工件、鐵芯、線圈骨架、漆包線、勵(lì)磁電源等

該磁場發(fā)生裝置利用夾具體(1)作為機(jī)座，可以放置在焊接使用的工作臺(tái)上；通過頂絲(4)將薄壁零件(5)進(jìn)行定位裝夾；夾具體兩側(cè)的線圈骨架(5)上繞有同樣匝數(shù)的漆包線，且兩個(gè)線圈高度相同，對稱分布在夾具體兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)線圈的相對位置也可以達(dá)到對弧焊成形的精確控制；

進(jìn)一步的，焊接過程前，將上述兩個(gè)線圈串聯(lián)接在勵(lì)磁電源上，接通電源后，在兩個(gè)線圈之間產(chǎn)生平行于線圈軸線的磁場，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電源的電流和頻率，以獲得不同的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

更進(jìn)一步的一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發(fā)生裝置的工作方法，將磁場發(fā)生裝置固定在工作臺(tái)上，對工件進(jìn)行裝夾定位，打開保護(hù)氣體，打開焊機(jī)和勵(lì)磁電源后，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電源的電流和頻率，使線圈通入正弦交變電流，并用特斯拉計(jì)測量在焊接點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)弧焊成形控制所需要的磁場進(jìn)行調(diào)節(jié)，待調(diào)試完成之后，開始焊接。

本發(fā)明的有益效果是：在熔池外部采用勵(lì)磁線圈施加高頻交變磁場，利用電渦流效應(yīng)在熔池內(nèi)產(chǎn)生一定大小和方向的附加電磁力，改變其原有的受力條件，抵消一部分造成液態(tài)金屬向兩邊流淌的表面張力，進(jìn)而我們通過控制外加交變磁場就能達(dá)到抑制液態(tài)金屬向兩邊流淌的目的，實(shí)現(xiàn)對弧焊成形的控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的磁場發(fā)生裝置的主視圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；