[發明專利]一種用于弧焊成形控制的磁場發生裝置

在審

• 申請號: 201710016873.5
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106964873A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 李亮玉;劉海華;卓義民
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B23K9/08
• 分類號: B23K9/08;H01F7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種焊接磁場發生裝置，通過產生的交變磁場進而在工件上產生感應電流及感應電磁力，從而對焊接過程中的弧焊成形進行控制。

背景技術

近年來，在飛機、火箭等航空航天器及動車、倉儲罐等民用產品上，薄板和薄壁構件開始被越來越多地采用，這類結構重量輕、強度高。其中很多沖壓薄板件和薄壁構件都是通過焊接工藝來生產制造的。但在弧焊成形過程中熔融金屬容易向兩側流淌，導致了堆焊層的成形質量很難得以準確控制，因此有必要對弧焊成形的控制進行研究。

在流體流動的驅動力中，表面張力是熔池中流體流動的主要驅動力，也是熔池下塌的主要作用源。通過對熔池的液態金屬施加附加電磁力來抵消一部分表面張力的作用，從而達到抑制熔池下塌的目的，實現弧焊成形的控制。

研究者們開展過外加磁場控制電弧形態、熔滴過渡和熔池穩定性的研究。山東大學的王林等人在Q235低碳鋼板上開展焊接工藝試驗，獲得了不同磁感應強度下的焊縫表面成形，試驗結果表明，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調控效應[J].機械工程學報，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行了研究.發現熔池內的液態金屬下塌可以通過交變電磁場產生的洛倫茲力進行抵消(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，造成熔池失穩的問題進行了研究，利用外加高頻交變磁場產生的電渦流力來抵消熔池液態金屬重力分量，克服了下向焊接的失穩問題。(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，機械工程學報，2013，49(8)：65-70)。

電渦流效應是一種自然界基本的物理現象。它的主要原理是，當導體處在交變磁場的環境下時，就會在其中產生感應電流，即渦流。利用外加的交變磁場在熔池內產生渦流，該渦流與外部磁場相互作用，進而對在熔池內產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流淌，從而實現對弧焊成形的精確控制。

發明內容

針對現有技術的情況，本發明要解決的技術問題是，設計一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發生裝置，可以產生橫向的交變磁場，能夠抑制焊接過程中出現的熔融金屬向兩側流淌的問題，對弧焊成形進行控制、使焊接質量更好。

本發明解決所述技術問題的技術方案是：設計了一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發生裝置，包括夾具體、工件、鐵芯、線圈骨架、漆包線、勵磁電源等

該磁場發生裝置利用夾具體(1)作為機座，可以放置在焊接使用的工作臺上；通過頂絲(4)將薄壁零件(5)進行定位裝夾；夾具體兩側的線圈骨架(5)上繞有同樣匝數的漆包線，且兩個線圈高度相同，對稱分布在夾具體兩側，通過調節兩個線圈的相對位置也可以達到對弧焊成形的精確控制；

進一步的，焊接過程前，將上述兩個線圈串聯接在勵磁電源上，接通電源后，在兩個線圈之間產生平行于線圈軸線的磁場，通過調節勵磁電源的電流和頻率，以獲得不同的磁感應強度；

更進一步的一種用于薄壁件弧焊成形控制的磁場發生裝置的工作方法，將磁場發生裝置固定在工作臺上，對工件進行裝夾定位，打開保護氣體，打開焊機和勵磁電源后，調節勵磁電源的電流和頻率，使線圈通入正弦交變電流，并用特斯拉計測量在焊接點處的磁感應強度，根據弧焊成形控制所需要的磁場進行調節，待調試完成之后，開始焊接。

本發明的有益效果是：在熔池外部采用勵磁線圈施加高頻交變磁場，利用電渦流效應在熔池內產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金屬向兩邊流淌的表面張力，進而我們通過控制外加交變磁場就能達到抑制液態金屬向兩邊流淌的目的，實現對弧焊成形的控制。

附圖說明

圖1是本發明的磁場發生裝置的主視圖；

圖2是圖1的側視圖；