專利名稱：可用于深坡口焊接的磁控大電流mag焊接方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接方法及設(shè)備，適用于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護(hù)焊接(MAG)方法(國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)ZL02116241.7)是通過外加空心線圈產(chǎn)生縱向磁場(chǎng)來控制焊接電弧及熔滴過渡過程，它能在連續(xù)大電流區(qū)間獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡并可改善焊縫成形、減低焊接成本，同時(shí)還提高了焊接生產(chǎn)效率，使焊接熔敷效率從傳統(tǒng)焊接方法的144g/min提高到345g/min，實(shí)現(xiàn)了無(wú)氦保護(hù)氣體條件下大電流MAG焊接。
目前，這種方法只適用于淺坡口(這里指深度不大于40mm的坡口)工件的大電流MAG焊接。由于該方法采用空心線圈作為磁場(chǎng)控制器件，而空心線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)接近電弧區(qū)時(shí)磁力線會(huì)“發(fā)散”，使得坡口內(nèi)部的磁場(chǎng)減弱，并且坡口深度越大，磁場(chǎng)減弱的就越厲害。當(dāng)坡口深度不大于40mm時(shí)，可以通過變化勵(lì)磁電流(該方法的勵(lì)磁電流可在0.5A～14A變動(dòng))或調(diào)整噴嘴到工件間的距離來保證坡口內(nèi)部具有足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，所以這種情況下磁場(chǎng)對(duì)坡口內(nèi)部電弧的控制作用仍比較強(qiáng)，尚能正常焊接。
然當(dāng)坡口深度進(jìn)一步增大，由于上述焊接設(shè)備(見附圖1)中的噴嘴(內(nèi)徑大于100mm)尺寸過大而不能伸入到坡口內(nèi)部，導(dǎo)致坡口深處的磁場(chǎng)急劇減小，這時(shí)通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流或噴嘴與工件間的距離來增強(qiáng)磁場(chǎng)已不能有效地控制大電流MAG焊接過程。
因此，有必要設(shè)計(jì)其它的磁控電弧方法及相應(yīng)的磁場(chǎng)控制器件，來解決空心線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)接近電弧區(qū)時(shí)的磁力線“發(fā)散”問題，并使得磁控電弧方法能夠進(jìn)行深坡口(這里指坡口深度超過40mm的坡口)工件的大電流MAG焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提出一種能夠克服空心線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)接近電弧區(qū)時(shí)的磁力線“發(fā)散”問題的磁控電弧方法，并根據(jù)此方法提供一種在淺坡口工件的磁控大電流MAG焊接方面比現(xiàn)有方法性能更佳的焊接設(shè)備，同時(shí)還要求這種設(shè)備的磁場(chǎng)控制器件能夠伸入到坡口內(nèi)部以將磁場(chǎng)可靠地引入坡口深處，確保該設(shè)備可用于深坡口工件的磁控大電流MAG焊接。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案參見附圖2。由圖可知，一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接方法，其特征在于勵(lì)磁線圈4和一部分置于該勵(lì)磁線圈4內(nèi)部的導(dǎo)磁鐵芯共同構(gòu)成磁場(chǎng)控制器件，勵(lì)磁線圈4在勵(lì)磁電源5的作用下產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)由導(dǎo)磁鐵芯上部7傳輸給導(dǎo)磁鐵芯下部8，再通過導(dǎo)磁鐵芯下部8傳輸?shù)胶附訁^(qū)域。
理論分析與實(shí)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)磁鐵芯的加入不僅使得焊接區(qū)域的磁場(chǎng)的縱向分量、橫向分量及總的磁場(chǎng)增大，而且還能夠改變焊接區(qū)域的磁場(chǎng)的分布形態(tài)。導(dǎo)磁鐵芯的磁阻小，故可造成大部分磁力線通過導(dǎo)磁鐵芯，而其它區(qū)域的磁力線相對(duì)稀疏，其結(jié)果就可在焊接區(qū)域產(chǎn)生一種磁力線分布形態(tài)呈“內(nèi)疏外密”的磁場(chǎng)。這種形態(tài)的磁場(chǎng)的箍緊作用可以更好地拘束焊接電弧，克服了空心線圈產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)接近電弧區(qū)時(shí)的磁力線“發(fā)散”問題。改變勵(lì)磁電流的大小可調(diào)節(jié)焊接區(qū)域的磁場(chǎng)，當(dāng)勵(lì)磁電流變大時(shí)，焊接區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，磁場(chǎng)對(duì)焊接電弧的控制效果加強(qiáng)，反之，則減弱。改變勵(lì)磁線圈到工件的距離也可調(diào)節(jié)焊接區(qū)域的磁場(chǎng)，但這種方法對(duì)磁場(chǎng)影響很小。
從附圖2還可看出，一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接設(shè)備，其特征在于包括可分為兩部分—導(dǎo)磁鐵芯上部7和導(dǎo)磁鐵芯下部8的導(dǎo)磁鐵芯，并且這兩部分都是空心體，其中導(dǎo)磁鐵芯上部7的上端與焊槍之間以及導(dǎo)磁鐵芯上部7的下端與導(dǎo)磁鐵芯下部8的上端之間都采用螺紋連接，同時(shí)導(dǎo)磁鐵芯上部7和導(dǎo)磁鐵芯下部8的接合處放置了空心耐熱墊片11并留有用于水冷的空腔。
一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接設(shè)備，其特征還在于導(dǎo)磁鐵芯下部8的下端的內(nèi)壁到焊絲中心的距離為20mm～40mm，該內(nèi)壁厚度為3～10mm。
導(dǎo)磁鐵芯下部8的上端和導(dǎo)磁鐵芯上部7的尺寸選取必須保證水冷效果以及磁場(chǎng)的傳輸效果。
導(dǎo)磁鐵芯上部7和導(dǎo)磁鐵芯下部8的接合處放置空心耐熱墊片11的目的是為了保證焊接過程中導(dǎo)磁鐵芯上部7及導(dǎo)磁鐵芯下部8受熱趨于均勻，否則這兩部分的溫差過大會(huì)惡化它們的配合質(zhì)量，進(jìn)而影響到水冷效果以及磁場(chǎng)的傳輸效果。導(dǎo)磁鐵芯上部7和導(dǎo)磁鐵芯下部8的接合處留有一定空間的空腔的目的是為了便于采取水冷措施，因焊接電弧的高溫導(dǎo)致導(dǎo)磁鐵芯的導(dǎo)磁能力下降。
深坡口條件下利用本發(fā)明進(jìn)行連續(xù)大電流MAG焊接時(shí)(見附圖5)，可獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡過程，解決了現(xiàn)有磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護(hù)焊接MAG方法不能適用于深坡口焊接的難題。同時(shí)本發(fā)明在淺坡口工件焊接方面也具有一定的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在電弧控制效果更好、熔滴過渡過程更穩(wěn)定(見附圖3和附圖4)，其原因仍在于導(dǎo)磁鐵芯的加入改變了淺坡口內(nèi)部焊接區(qū)域的磁場(chǎng)大小及形態(tài)。


圖1為磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護(hù)焊接(MAG)設(shè)備。
1-焊絲，2-導(dǎo)電嘴，3-焊接電源，4-勵(lì)磁線圈，5-勵(lì)磁電源，6-噴嘴，12-焊接電弧，13-工件。
圖2為本發(fā)明的技術(shù)方案的示意圖。
1-焊絲，2-導(dǎo)電嘴，3-焊接電源，4-勵(lì)磁線圈，5-勵(lì)磁電源，7-導(dǎo)磁鐵芯上部，8-導(dǎo)磁鐵芯下部，9-進(jìn)水口，10-出水口，11-空心耐熱墊片，12-焊接電弧，13-工件。
圖3為淺坡口條件下采用圖1裝置進(jìn)行大電流MAG焊接的旋轉(zhuǎn)射流過渡。
圖4為淺坡口條件下采用圖2裝置進(jìn)行大電流MAG焊接的旋轉(zhuǎn)射流過渡。
圖5為深坡口條件下采用圖2裝置進(jìn)行大電流MAG焊接的旋轉(zhuǎn)射流過渡。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可參照?qǐng)D2按常規(guī)方法裝配后進(jìn)行焊接，具體試驗(yàn)條件如下導(dǎo)磁鐵心的材料為Q235，導(dǎo)磁鐵芯下部7的總深度為90mm，導(dǎo)磁鐵芯上部8的總深度為138mm；導(dǎo)磁鐵芯下部8的下端的內(nèi)徑為22mm，外徑為28mm，深度為36mm；導(dǎo)磁鐵芯下部8的上端的內(nèi)徑為36mm，外徑為44mm，深度為42mm，這部分的螺紋長(zhǎng)度為11mm；導(dǎo)磁鐵芯上部7的上端的內(nèi)徑為32mm，外徑為40mm，深度為85mm，這部分的螺紋長(zhǎng)度為18mm；導(dǎo)磁鐵芯上部7的下端內(nèi)徑為24mm，外徑為36mm，深度為50mm；空腔部分的內(nèi)徑為28mm，外徑為36mm，深度為35mm，空腔的底部到導(dǎo)磁鐵芯上部7的底部的距離為3mm；空心耐熱墊片11的內(nèi)徑為38mm，外徑為42mm，厚度為2mm；進(jìn)水口9和出水口10的孔徑都為4mm，其中進(jìn)水口9和出水口10的中心線到導(dǎo)磁鐵芯下部8的上端面的距離分別為25mm和42mm。
焊絲直徑為1.2mm，焊絲成分為H08Mn2Si，焊絲干伸長(zhǎng)為30mm；氣體成分配比為82％Ar+18％CO2，氣體流量為20L/min；送絲速度為45m/min；焊接電壓為57～58V，焊接電流為500A，勵(lì)磁電流為5A；拍攝速度為3000幅/秒；焊接方式為平焊，焊接速度為1m/min，送絲速度為33m/min；采用深度為20mm的淺坡口工件以及深度為100mm的深坡口工件。
圖3為淺坡口條件下采用空心線圈進(jìn)行磁控大電流MAG焊接的高速攝像圖。圖4為淺坡口條件下采用本發(fā)明進(jìn)行磁控大電流MAG焊接的高速攝像圖。比較圖3與圖4可看出在上述規(guī)范參數(shù)及線圈底部到工件之間的距離相同的情況下，采用單純空心線圈進(jìn)行磁控的焊接過程，焊接電弧和液流束的旋轉(zhuǎn)半徑都比較大，焊接電弧的爍亮區(qū)包圍液流束的部分比較少。而采用本發(fā)明進(jìn)行磁場(chǎng)控制的焊接過程，焊接電弧和液流束的旋轉(zhuǎn)半徑較小，焊接電弧的爍亮區(qū)包圍液流束的部分較多。這說明在相同的焊接規(guī)范參數(shù)下，采用空心導(dǎo)磁鐵芯和勵(lì)磁線圈共同構(gòu)成磁場(chǎng)控制器件產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)焊接電弧的控制作用比單純空心線圈的要強(qiáng)，前者的焊接過程更穩(wěn)定。
圖5為深坡口條件下采用本發(fā)明進(jìn)行磁控大電流MAG焊接的高速攝像圖?？梢姡钇驴跅l件下也可獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡。
權(quán)利要求
1.一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接方法，其特征在于勵(lì)磁線圈(4)和一部分置于該勵(lì)磁線圈(4)內(nèi)部的導(dǎo)磁鐵芯共同構(gòu)成磁場(chǎng)控制器件，勵(lì)磁線圈(4)在勵(lì)磁電源(5)的作用下產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)由導(dǎo)磁鐵芯上部(7)傳輸給導(dǎo)磁鐵芯下部(8)，再通過導(dǎo)磁鐵芯下部(8)傳輸?shù)胶附訁^(qū)域，改變勵(lì)磁電流的大小及勵(lì)磁線圈到工件間的距離可調(diào)節(jié)焊接區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)弱。
2.一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接設(shè)備，其特征在于，包括可分為兩部分—導(dǎo)磁鐵芯上部(7)和導(dǎo)磁鐵芯下部(8)的導(dǎo)磁鐵芯，導(dǎo)磁鐵芯上部(7)和導(dǎo)磁鐵芯下部(8)都是空心體，導(dǎo)磁鐵芯上部(7)和導(dǎo)磁鐵芯下部(8)的接合處放置了空心耐熱墊片(11)并留有用于水冷的空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接設(shè)備，其特征在于且導(dǎo)磁鐵芯下部(8)的下端的內(nèi)壁到焊絲中心的距離為20mm～40mm，該內(nèi)壁厚度為3～10mm。
全文摘要
一種可用于深坡口焊接的磁控大電流MAG焊接方法及設(shè)備，屬焊接領(lǐng)域。方法特征在于勵(lì)磁線圈和一部分置于其內(nèi)導(dǎo)磁鐵芯構(gòu)成磁場(chǎng)控制器件，勵(lì)磁線圈在勵(lì)磁電源的作用下產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)由導(dǎo)磁鐵芯上部傳輸給其下部，再傳輸?shù)狡驴趦?nèi)部的焊接區(qū)域，改變勵(lì)磁電流的大小及勵(lì)磁線圈與工件間的距離可調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的大小。設(shè)備包括可分為兩部分—導(dǎo)磁鐵芯上部(7)和導(dǎo)磁鐵芯下部(8)的導(dǎo)磁鐵芯，導(dǎo)磁鐵芯上部(7)和導(dǎo)磁鐵芯下部(8)都是空心體，兩者接合處放置了空心耐熱墊片(11)并留有用于水冷的空腔。本發(fā)明不僅在淺坡口工件的磁控大電流MAG焊接方面比現(xiàn)有方面性能更佳，而且在深坡口條件下進(jìn)行磁控大電流MAG焊接也可獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)射流過渡。
文檔編號(hào)B23K9/08GK1603049SQ20041008689
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者陳樹君, 殷樹言, 王軍, 華愛兵, 王學(xué)震 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)