專利名稱：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，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)，在電弧焊接過程中引入磁場控制就是當(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，且按電場方向運(yùn)動形成電流，因此，在焊接過程中可通過引入磁場，使焊接電弧受到洛倫茲力的作用跟隨磁場做相關(guān)運(yùn)動。目前常用的外加磁場控制電弧方式主要有三類一是外加橫向磁場，橫向磁場的磁力線垂直于電弧軸線，其可控制電弧擺動和改善焊縫成形；二是外加縱向磁場，縱向磁場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，它能改變電弧的形狀，可根據(jù)焊接工藝的要求對電弧進(jìn)行壓縮和拓寬。其實國外科研學(xué)者將外加磁場應(yīng)用于焊接領(lǐng)域已有很長一段時間，A. Miunger等人在1941年就對電磁攪拌對點焊的作用進(jìn)行了相關(guān)研究；Βι·ο η等人在60年代初就開始研究電磁攪拌對不銹鋼、鈦合金等的影響；Takeda K等人在1980年提出電弧在橫向磁場作用下呈彎弧狀的結(jié)論。Gavrilov等人在2002年通過試驗發(fā)現(xiàn)電弧在橫向磁場作用下會發(fā)生加速和偏轉(zhuǎn)減速現(xiàn)象，并對產(chǎn)生其原因進(jìn)行了相關(guān)分析。國內(nèi)方面沈陽工業(yè)大學(xué)對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)通過對電弧內(nèi)部能量平衡的研究，提出了一個橫向磁場中動態(tài)電弧的近似計算模型；中國礦業(yè)大學(xué)基于減少CO2焊飛濺的目的，研究了在磁場作用下CO2焊電弧與熔滴過渡的影響；北京大學(xué)對橫向磁場作用下電弧陰極進(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，國內(nèi)外學(xué)者對磁控電弧的研究主要集中于控制熔滴過渡、熔池金屬流動、改善焊縫成形等方面。但是，到目前還沒有看到有關(guān)磁控電弧傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的報道。

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)場工件的形狀對其進(jìn)行焊縫跟蹤。本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的該磁控電弧焊縫跟蹤傳感器，它包括一個封閉的圓柱形的殼體，殼體軸心部分單獨隔離且頂部突起，一根導(dǎo)電桿沿軸心線穿過殼體安裝，殼體軸心部分位于導(dǎo)電桿中的一段形成一個鎮(zhèn)靜室，鎮(zhèn)靜室的上部一側(cè)設(shè)有一個進(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)部對稱密封安裝有兩個勵磁磁柱，勵磁磁柱的激磁線圈的引出線從殼體的上蓋板密封引出，連接到勵磁電源上，勵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)磁桿通過螺栓與磁極連接，兩個磁極將勵磁磁柱所產(chǎn)生的磁場導(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；所述勵磁電源通過波形發(fā)生器、功放電路與勵磁磁柱的激磁線圈連接。更進(jìn)一步，所述勵磁磁柱的內(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O型密封圈和點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)部裝有一對勵磁磁柱，外部裝有勵磁電源，焊槍即殼體軸心部分與這對勵磁磁柱三直線處于同一平面，且焊槍置于勵磁磁柱的中心，同時利用導(dǎo)磁桿將磁場導(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)計既有利于整個磁場發(fā)生裝置與焊槍的裝配，又能實現(xiàn)對電弧的良好控制。本發(fā)明磁控電弧傳感器的擺動方案采用橫向交變的磁場來控制焊接電弧使其左右擺動來掃描坡口信息，其不同于機(jī)械式擺動，磁場的擺動頻率是可以調(diào)節(jié)的，這種動態(tài)變化的磁場對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頻率是由外部的勵磁電源實現(xiàn)的，由波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波通過功放電路再經(jīng)過導(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，再通過導(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)中性和與磁場的可作用性等基本特點，這樣就可以實現(xiàn)通過外加橫向磁場的方式來控制焊接電弧的擺動，同時根據(jù)焊接工藝的要求，采取合適的磁場控制方式來調(diào)節(jié)焊接電弧的擺動頻率和擺動速度，進(jìn)而實現(xiàn)橫向交變磁場作用下的新型焊接工藝。電弧屬于正態(tài)分布形態(tài)，在橫向交變磁場作用下，電弧擺動的頻率與交變磁場頻率是一致的，只存在相位上的差別，在一定磁場強(qiáng)度范圍內(nèi)，擺動的電弧是非常穩(wěn)定的，因此解決電弧定位的問題就可轉(zhuǎn)化成對勵磁電流進(jìn)行定位的問題。根據(jù)這一特性本發(fā)明還設(shè)計了一款LM393比較脈沖電路對勵磁電流進(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，并且在勵磁線圈外涂上耐高溫硅膠，這種方式可以使勵磁線圈溫度一直控制在居里點以下，以保證焊接過程中勵磁正常進(jìn)行。本發(fā)明磁控電弧傳感器具有改善焊縫成形的功能，通過外加橫向交變磁場控制電弧擺動使焊縫熔寬增加，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，通過增加電弧控制器還可以實現(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(1)電弧擺動掃描半徑由勵磁頻率調(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，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、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)勵磁磁柱置于殼體內(nèi)部，并與電極即導(dǎo)電桿平行安裝，勵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，替換簡單，成本降低。(6)水冷裝置的設(shè)計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，具有附加裝置簡單、控制精度高、焊槍運(yùn)動靈活性好、實時性強(qiáng)的優(yōu)點。


圖I是本發(fā)明實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)明實施例勵磁電源的外部電路原理框圖。圖3是本發(fā)明電弧擺動的軌跡示意圖，其中，D、A點為電弧擺動的左右折返點，e為焊縫偏差，H為焊槍高度。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見圖I，本實施例包括封閉的圓柱形的殼體I。從圖I中可見，殼體I軸心部分單獨隔離且頂部突起，導(dǎo)電桿2沿軸心線穿過殼體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10個Φ I. 6mm的小孔得到均勻氣流再經(jīng)過銅絲網(wǎng)5向下運(yùn)動至圓柱形噴嘴處。殼體I內(nèi)部左右對稱密封安裝有兩個勵磁磁柱6,勵磁磁柱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O型密封圈17來緊固在殼體I的下底板上，而且還進(jìn)行點焊。由于殼體I為金屬材質(zhì)，勵磁磁柱6在工作時可能會發(fā)生短路，影響線圈的有序勵磁，因此在勵磁磁柱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個引出孔密封引出，連接到勵磁電源上。參見圖2，勵磁電源通過波形發(fā)生器、功放電路與勵磁磁柱的激磁線圈連接。勵磁磁柱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通過螺栓10與磁極11連接，兩個磁極11將勵磁磁柱6所產(chǎn)生的磁場導(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)部各裝置之間實現(xiàn)緊密配合，安裝時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。參見圖2、圖3，磁控電弧傳感器的擺動頻率是由外部的勵磁電源實現(xiàn)的，由波形發(fā)生器產(chǎn)生正弦波通過功放電路在經(jīng)過鐵芯上纏繞的漆包銅線由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生磁 場，再通過鐵芯導(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)中性和與磁場的可作用性等基本特點，這樣就可以實現(xiàn)通過外加橫向磁場的方式來控制焊接電弧的擺動，同時根據(jù)焊接工藝的要求，采取合適的磁場控制方式來調(diào)節(jié)焊接電弧的擺動頻率和擺動速度，進(jìn)而實現(xiàn)橫向交變磁場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封閉的圓柱形的殼體，殼體軸心部分單獨隔離且頂部突起，一根導(dǎo)電桿沿軸心線穿過殼體安裝，殼體軸心部分位于導(dǎo)電桿中的一段形成一個鎮(zhèn)靜室，鎮(zhèn)靜室的上部一側(cè)設(shè)有一個進(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)部對稱密封安裝有兩個勵磁磁柱，勵磁磁柱的激磁線圈的引出線從殼體的上蓋板密封引出，連接到勵磁電源上,勵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)磁桿通過螺栓與磁極連接，兩個磁極將勵磁磁柱所產(chǎn)生的磁場導(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；所述勵磁電源通過波形發(fā)生器、功放電路與勵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O型密封圈和點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)明包括一個封閉的圓柱形的殼體，導(dǎo)電桿沿軸心線穿過殼體安裝，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)部對稱密封安裝有兩個勵磁磁柱，勵磁磁柱的激磁線圈引出線從殼體上蓋板密封引出，連接到勵磁電源上，勵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；所述勵磁電源通過波形發(fā)生器、功放電路與勵磁磁柱的激磁線圈連接。本發(fā)明具有附加裝置簡單、控制精度高、焊槍運(yùn)動靈活性好、實時性強(qiáng)的優(yōu)點。
文檔編號B23K9/127GK102825364SQ20121033539
公開日2012年12月19日 申請日期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, 陽佳旺 申請人:湘潭大學(xué)