專(zhuān)利名稱：磁控電弧焊縫跟蹤傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種自動(dòng)化焊接輔助裝置，具體涉及一種應(yīng)用于焊縫跟蹤的磁控電弧傳感器裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，材料科學(xué)與工程技術(shù)飛速發(fā)展，各種新型焊接工藝不斷涌現(xiàn)，在電弧焊接過(guò)程中引入磁場(chǎng)控制就是當(dāng)前正在發(fā)展的先進(jìn)焊接技術(shù)。電弧是一種持續(xù)的氣體放電現(xiàn)象，是由大量帶電粒子構(gòu)成，宏觀上電弧呈電中性，但微觀上卻是由等量的正、負(fù)電荷組成，在電弧力的作用下電弧中帶電粒子做有規(guī)律的運(yùn) 動(dòng)，且按電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)形成電流，因此，在焊接過(guò)程中可通過(guò)引入磁場(chǎng)，使焊接電弧受到洛倫茲力的作用跟隨磁場(chǎng)做相關(guān)運(yùn)動(dòng)。目前常用的外加磁場(chǎng)控制電弧方式主要有三類(lèi)一是外加橫向磁場(chǎng)，橫向磁場(chǎng)的磁力線垂直于電弧軸線，其可控制電弧擺動(dòng)和改善焊縫成形；二是外加縱向磁場(chǎng)，縱向磁場(chǎng)的磁力線平行于電弧軸線，其可攪拌焊接熔池，細(xì)化晶粒組織，提高焊接質(zhì)量；三是加入尖角磁場(chǎng)，它能改變電弧的形狀，可根據(jù)焊接工藝的要求對(duì)電弧進(jìn)行壓縮和拓寬。其實(shí)國(guó)外科研學(xué)者將外加磁場(chǎng)應(yīng)用于焊接領(lǐng)域已有很長(zhǎng)一段時(shí)間，A. Miunger等人在1941年就對(duì)電磁攪拌對(duì)點(diǎn)焊的作用進(jìn)行了相關(guān)研究；Βι·ο η等人在60年代初就開(kāi)始研究電磁攪拌對(duì)不銹鋼、鈦合金等的影響；Takeda K等人在1980年提出電弧在橫向磁場(chǎng)作用下呈彎弧狀的結(jié)論。Gavrilov等人在2002年通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電弧在橫向磁場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生加速和偏轉(zhuǎn)減速現(xiàn)象，并對(duì)產(chǎn)生其原因進(jìn)行了相關(guān)分析。國(guó)內(nèi)方面沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)對(duì)低頻磁控焊接電弧特性進(jìn)行了數(shù)值分析及相關(guān)研究；清華大學(xué)通過(guò)對(duì)電弧內(nèi)部能量平衡的研究，提出了一個(gè)橫向磁場(chǎng)中動(dòng)態(tài)電弧的近似計(jì)算模型；中國(guó)礦業(yè)大學(xué)基于減少CO2焊飛濺的目的，研究了在磁場(chǎng)作用下CO2焊電弧與熔滴過(guò)渡的影響；北京大學(xué)對(duì)橫向磁場(chǎng)作用下電弧陰極進(jìn)行了深入研究，并建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型；太原工業(yè)大學(xué)利用雙尖角磁場(chǎng)把電弧壓縮成橢圓形將其應(yīng)用于穿孔等離子焊中取得較好的效果。綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)磁控電弧的研究主要集中于控制熔滴過(guò)渡、熔池金屬流動(dòng)、改善焊縫成形等方面。但是，到目前還沒(méi)有看到有關(guān)磁控電弧傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，該傳感器不僅可以從焊接工藝方面提高焊縫的機(jī)械性能，而且還能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工件的形狀對(duì)其進(jìn)行焊縫跟蹤。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，它包括一個(gè)封閉的圓柱形的殼體，殼體軸心部分單獨(dú)隔離且頂部突起，一根導(dǎo)電桿沿軸心線穿過(guò)殼體安裝，殼體軸心部分位于導(dǎo)電桿中的一段形成一個(gè)鎮(zhèn)靜室，鎮(zhèn)靜室的上部一側(cè)設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣管，鎮(zhèn)靜室的下端底板上均勻設(shè)有若干小孔，底板外設(shè)有銅絲網(wǎng)；圓柱形殼體內(nèi)部對(duì)稱密封安裝有兩個(gè)勵(lì)磁磁柱，勵(lì)磁磁柱的激磁線圈的引出線從殼體的上蓋板密封引出，連接到勵(lì)磁電源上，勵(lì)磁磁柱的下端連接的導(dǎo)磁桿從殼體下底板密封伸出，導(dǎo)磁桿通過(guò)螺栓與磁極連接，兩個(gè)磁極將勵(lì)磁磁柱所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)入焊接電弧區(qū)域，并位于電弧的兩端；在圓柱形殼體的上端密封連接有進(jìn)水管，進(jìn)水管與殼體內(nèi)的一段導(dǎo)管相連，在進(jìn)水管另一邊的殼體側(cè)壁中部密封連接有出水管，所述激磁線圈外涂有耐高溫硅膠；所述勵(lì)磁電源通過(guò)波形發(fā)生器、功放電路與勵(lì)磁磁柱的激磁線圈連接。更進(jìn)一步，所述勵(lì)磁磁柱的內(nèi)芯是導(dǎo)磁鐵芯，導(dǎo)磁鐵芯外面依次設(shè)有套筒和絕緣層，所述激磁線圈是緊貼著絕緣層按順時(shí)鐘方向密繞在導(dǎo)磁鐵芯上的漆包銅線；所述導(dǎo)磁鐵芯的上端通過(guò)O型密封圈和緊固螺母密封固定在殼體的上蓋上，導(dǎo)磁鐵芯的下端通過(guò)O型密封圈和點(diǎn)焊密封固定在殼體的下底板上，導(dǎo)磁鐵芯上下端的O型密封圈與殼體的上蓋和下底板之間還設(shè)有環(huán)形膠木圈。 所述導(dǎo)電桿的上端與送絲軟管連成一體化結(jié)構(gòu)密封配合固裝于殼體軸心的鎮(zhèn)靜室的上面，導(dǎo)電桿的下部與連接有水冷裝置的接頭固連，導(dǎo)電桿的下端是導(dǎo)電嘴；所述鎮(zhèn)靜室的下端底板均勻設(shè)有10個(gè)Φ I. 6mm的小孔。所述封閉圓柱形殼體上各部件的密封安裝或采用在過(guò)盈配合處再施以硅膠灌封，或采用O型密封圈密封。本發(fā)明的工作原理及作用如下本發(fā)明的傳感器殼體內(nèi)部裝有一對(duì)勵(lì)磁磁柱，外部裝有勵(lì)磁電源，焊槍即殼體軸心部分與這對(duì)勵(lì)磁磁柱三直線處于同一平面，且焊槍置于勵(lì)磁磁柱的中心，同時(shí)利用導(dǎo)磁桿將磁場(chǎng)導(dǎo)入焊接電弧區(qū)域，電弧區(qū)域就在激磁線圈中心的正下方，這種設(shè)計(jì)既有利于整個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生裝置與焊槍的裝配，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧的良好控制。本發(fā)明磁控電弧傳感器的擺動(dòng)方案采用橫向交變的磁場(chǎng)來(lái)控制焊接電弧使其左右擺動(dòng)來(lái)掃描坡口信息，其不同于機(jī)械式擺動(dòng)，磁場(chǎng)的擺動(dòng)頻率是可以調(diào)節(jié)的，這種動(dòng)態(tài)變化的磁場(chǎng)對(duì)電弧具有良好的控制作用，可以有效改善焊縫質(zhì)量。磁控電弧傳感器的擺動(dòng)頻率是由外部的勵(lì)磁電源實(shí)現(xiàn)的，由波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波通過(guò)功放電路再經(jīng)過(guò)導(dǎo)磁鐵芯上纏繞的漆包銅線由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生磁場(chǎng)，再通過(guò)導(dǎo)磁鐵芯導(dǎo)向磁極作用于電弧兩端。又由于電弧具有導(dǎo)電性、電準(zhǔn)中性和與磁場(chǎng)的可作用性等基本特點(diǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)外加橫向磁場(chǎng)的方式來(lái)控制焊接電弧的擺動(dòng)，同時(shí)根據(jù)焊接工藝的要求，采取合適的磁場(chǎng)控制方式來(lái)調(diào)節(jié)焊接電弧的擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橫向交變磁場(chǎng)作用下的新型焊接工藝。電弧屬于正態(tài)分布形態(tài)，在橫向交變磁場(chǎng)作用下，電弧擺動(dòng)的頻率與交變磁場(chǎng)頻率是一致的，只存在相位上的差別，在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，擺動(dòng)的電弧是非常穩(wěn)定的，因此解決電弧定位的問(wèn)題就可轉(zhuǎn)化成對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行定位的問(wèn)題。根據(jù)這一特性本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一款LM393比較脈沖電路對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行定位，如圖2所示。本發(fā)明磁控電弧傳感器內(nèi)的水冷裝置采用循環(huán)水冷卻，殼體上端蓋接進(jìn)水管，側(cè)面接出水管。殼體內(nèi)部進(jìn)水管與一段導(dǎo)管相連，直接將冷卻水引入殼體底部即接近電弧區(qū)域部分使其率先冷卻。在殼體內(nèi)部形成一定的水位差，以保證冷卻水循環(huán)的順暢。激磁線圈浸在循環(huán)水中，并且在勵(lì)磁線圈外涂上耐高溫硅膠，這種方式可以使勵(lì)磁線圈溫度一直控制在居里點(diǎn)以下，以保證焊接過(guò)程中勵(lì)磁正常進(jìn)行。本發(fā)明磁控電弧傳感器具有改善焊縫成形的功能，通過(guò)外加橫向交變磁場(chǎng)控制電弧擺動(dòng)使焊縫熔寬增加，熔深減少，使電弧截面加寬，以及使熔池金屬旋轉(zhuǎn)，從而攪拌熔池，達(dá)到細(xì)化晶粒改善焊縫性能的目的。本發(fā)明磁控電弧傳感器對(duì)于V型坡口、I型坡口、搭接坡口等電流特征變化明顯的焊縫坡口，通過(guò)增加電弧控制器還可以實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤的功能，本發(fā)明的有益效果具體表現(xiàn)為如下幾點(diǎn)(1)電弧擺動(dòng)掃描半徑由勵(lì)磁頻率調(diào)節(jié)，方便控制。(2)水汽保護(hù)連接頭的一體化結(jié)構(gòu)有利于傳感器端部尺寸的減小，使傳感器具有更好的可達(dá)性。(3)封閉式殼體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、合理，外形尺寸小巧，使用靈活方便，投入成本低，可適用于多種焊接工藝。(4)勵(lì)磁磁柱置于殼體內(nèi)部，并與電極即導(dǎo)電桿平行安裝，勵(lì)磁線圈底端靠近電弧區(qū)，導(dǎo)磁鐵芯、導(dǎo)磁桿和磁極用螺母相連，可根據(jù)不同焊接工藝拆卸更換。(5)易損件都是標(biāo)準(zhǔn)件，替換簡(jiǎn)單，成本降低。(6)水冷裝置的設(shè)計(jì)使傳感器的焊接電流適用范圍增加，大幅度提升了磁控電弧傳感器的工作時(shí)間，為以后應(yīng)用于工 業(yè)化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。(7)以非接觸方式作用于焊接電弧，具有附加裝置簡(jiǎn)單、控制精度高、焊槍運(yùn)動(dòng)靈活性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例磁控電弧傳感器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例勵(lì)磁電源的外部電路原理框圖。圖3是本發(fā)明電弧擺動(dòng)的軌跡示意圖，其中，D、A點(diǎn)為電弧擺動(dòng)的左右折返點(diǎn)，e為焊縫偏差，H為焊槍高度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見(jiàn)圖I，本實(shí)施例包括封閉的圓柱形的殼體I。從圖I中可見(jiàn)，殼體I軸心部分單獨(dú)隔離且頂部突起，導(dǎo)電桿2沿軸心線穿過(guò)殼體I安裝，殼體I軸心部分位于導(dǎo)電桿2中的一段形成鎮(zhèn)靜室3，鎮(zhèn)靜室3的上部右側(cè)設(shè)有進(jìn)氣管4，鎮(zhèn)靜室3的下端底板上均勻設(shè)有10個(gè)Φ I. 6mm的小孔，底板外設(shè)有銅絲網(wǎng)5。導(dǎo)電桿2的上端與送絲軟管連成一體化結(jié)構(gòu)20密封配合固裝于殼體I的上面，導(dǎo)電桿2的下部與連接有水冷裝置的接頭固連，導(dǎo)電桿2的下端是導(dǎo)電嘴21。氣體從進(jìn)氣管4流入焊槍本體中，在較大的鎮(zhèn)靜室3中均勻化后，通過(guò)10個(gè)Φ I. 6mm的小孔得到均勻氣流再經(jīng)過(guò)銅絲網(wǎng)5向下運(yùn)動(dòng)至圓柱形噴嘴處。殼體I內(nèi)部左右對(duì)稱密封安裝有兩個(gè)勵(lì)磁磁柱6,勵(lì)磁磁柱6的內(nèi)芯是導(dǎo)磁鐵芯14，導(dǎo)磁鐵芯14外面依次設(shè)有套筒15和絕緣層16，激磁線圈6是緊貼著絕緣層16按順時(shí)鐘方向密繞在導(dǎo)磁鐵芯14上的漆包銅線；絕緣層16既起到絕緣的作用又可做線圈的骨架，方便其繞線和安裝。導(dǎo)磁鐵芯14的上端通過(guò)O型密封圈17和緊固螺母18密封固定在殼體I的上蓋上，導(dǎo)磁鐵芯14的下端不僅通過(guò)O型密封圈17來(lái)緊固在殼體I的下底板上，而且還進(jìn)行點(diǎn)焊。由于殼體I為金屬材質(zhì)，勵(lì)磁磁柱6在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)生短路，影響線圈的有序勵(lì)磁，因此在勵(lì)磁磁柱6與殼體I的上蓋和下底板之間用環(huán)形膠木圈19和O型密封圈17緊固隔離。勵(lì)磁磁柱6的激磁線圈7的引出線8從殼體I的上蓋板及環(huán)形膠木圈19上的2個(gè)引出孔密封引出，連接到勵(lì)磁電源上。參見(jiàn)圖2，勵(lì)磁電源通過(guò)波形發(fā)生器、功放電路與勵(lì)磁磁柱的激磁線圈連接。勵(lì)磁磁柱6的下端連接的導(dǎo)磁桿9從殼體I下底板密封伸出，導(dǎo)磁桿9通過(guò)螺栓10與磁極11連接，兩個(gè)磁極11將勵(lì)磁磁柱6所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)入焊接電弧區(qū)域，并位于電弧的兩端。在殼體I的右邊上端密封連接有進(jìn)水管12，進(jìn)水管12與殼體I內(nèi)的一段導(dǎo)管相連，在殼體左邊側(cè)壁中部密封連接有出水管13，這樣便直接將冷卻水引入裝置底部即接近電弧區(qū)域部分使其率先冷卻，激磁線圈7浸在循環(huán)水中，并且激磁線圈7外涂有耐高溫硅膠。為了防止裝置漏水，本發(fā)明傳感器內(nèi)部各裝置之間實(shí)現(xiàn)緊密配合，安裝時(shí)在密封處采用硅膠灌封的方式，以達(dá)到更好的密封效果，使裝置具備良好的密封性和絕緣性以確保其能順利工作。參見(jiàn)圖2、圖3，磁控電弧傳感器的擺動(dòng)頻率是由外部的勵(lì)磁電源實(shí)現(xiàn)的，由波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波通過(guò)功放電路在經(jīng)過(guò)鐵芯上纏繞的漆包銅線由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生磁 場(chǎng)，再通過(guò)鐵芯導(dǎo)向磁極作用于電弧兩端，又由于電弧具有導(dǎo)電性、電準(zhǔn)中性和與磁場(chǎng)的可作用性等基本特點(diǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)外加橫向磁場(chǎng)的方式來(lái)控制焊接電弧的擺動(dòng)，同時(shí)根據(jù)焊接工藝的要求，采取合適的磁場(chǎng)控制方式來(lái)調(diào)節(jié)焊接電弧的擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)橫向交變磁場(chǎng)作用下的新型焊接工藝。
權(quán)利要求
1.一種磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，其特征在于它包括一個(gè)封閉的圓柱形的殼體，殼體軸心部分單獨(dú)隔離且頂部突起，一根導(dǎo)電桿沿軸心線穿過(guò)殼體安裝，殼體軸心部分位于導(dǎo)電桿中的一段形成一個(gè)鎮(zhèn)靜室，鎮(zhèn)靜室的上部一側(cè)設(shè)有一個(gè)進(jìn)氣管，鎮(zhèn)靜室的下端底板上均勻設(shè)有若干小孔，底板外設(shè)有銅絲網(wǎng)；圓柱形殼體內(nèi)部對(duì)稱密封安裝有兩個(gè)勵(lì)磁磁柱，勵(lì)磁磁柱的激磁線圈的引出線從殼體的上蓋板密封引出，連接到勵(lì)磁電源上,勵(lì)磁磁柱的下端連接的導(dǎo)磁桿從殼體下底板密封伸出，導(dǎo)磁桿通過(guò)螺栓與磁極連接，兩個(gè)磁極將勵(lì)磁磁柱所產(chǎn)生的磁場(chǎng)導(dǎo)入焊接電弧區(qū)域，并位于電弧的兩端；在圓柱形殼體的上端密封連接有進(jìn)水管，進(jìn)水管與殼體內(nèi)的一段導(dǎo)管相連，在進(jìn)水管另一邊的殼體側(cè)壁中部密封連接有出水管，所述激磁線圈外涂有耐高溫硅膠；所述勵(lì)磁電源通過(guò)波形發(fā)生器、功放電路與勵(lì)磁磁柱的激磁線圈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述勵(lì)磁磁柱的內(nèi)芯是導(dǎo)磁鐵芯，導(dǎo)磁鐵芯外面依次設(shè)有套筒和絕緣層，所述激磁線圈是緊貼著絕緣層按順時(shí)鐘方向密繞在導(dǎo)磁鐵芯上的漆包銅線；所述導(dǎo)磁鐵芯的上端通過(guò)O型密封圈和緊固螺母密封固定在殼體的上蓋上，導(dǎo)磁鐵芯的下端通過(guò)O型密封圈和點(diǎn)焊密封固定在殼體的下底板上，導(dǎo)磁鐵芯上下端的O型密封圈與殼體的上蓋和下底板之間還設(shè)有環(huán)形膠木圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述導(dǎo)電桿的上端與送絲軟管連成一體化結(jié)構(gòu)密封配合固裝于殼體軸心的鎮(zhèn)靜室的上面，導(dǎo)電桿的下部與連接有水冷裝置的接頭固連，導(dǎo)電桿的下端是導(dǎo)電嘴；所述鎮(zhèn)靜室的下端底板均勻設(shè)有10個(gè)Φ I. 6mm的小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，其特征在于所述封閉圓柱形殼體上各部件的密封安裝或采用在過(guò)盈配合處再施以硅膠灌封，或采用O型密封圈密封。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于焊縫跟蹤的磁控電弧傳感器裝置。本發(fā)明包括一個(gè)封閉的圓柱形的殼體，導(dǎo)電桿沿軸心線穿過(guò)殼體安裝，殼體軸心部分位于導(dǎo)電桿中的一段形成鎮(zhèn)靜室，鎮(zhèn)靜室的上部設(shè)有進(jìn)氣管，鎮(zhèn)靜室的下端設(shè)有若干小孔；殼體內(nèi)部對(duì)稱密封安裝有兩個(gè)勵(lì)磁磁柱，勵(lì)磁磁柱的激磁線圈引出線從殼體上蓋板密封引出，連接到勵(lì)磁電源上，勵(lì)磁磁柱下端連接的導(dǎo)磁桿從殼體下底板密封伸出，導(dǎo)磁桿通過(guò)螺栓與磁極連接；在殼體上端密封連接有進(jìn)水管，在殼體側(cè)壁中部密封連接有出水管，激磁線圈外涂有耐高溫硅膠；所述勵(lì)磁電源通過(guò)波形發(fā)生器、功放電路與勵(lì)磁磁柱的激磁線圈連接。本發(fā)明具有附加裝置簡(jiǎn)單、控制精度高、焊槍運(yùn)動(dòng)靈活性好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K9/127GK102825364SQ20121033539
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者洪波, 向小明, 何榮拓, 言浚光, 陽(yáng)佳旺 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)