一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置，该方法采用的装置包括激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)，励磁电源(5)、(6)、(7)、(8)，磁控电弧控制器(9)，该方法采用四个磁极极性相邻切换的激励线圈形成尖角磁场，通过调节单个或多个激励线圈的励磁电流产生非轴对称分布的异型尖角磁场，通过改变异型尖角磁场分布调节焊接电弧的非轴对称压缩与拉伸效应，从而调控电弧对焊接熔池的搅拌作用和熔池流场分布，进而调控焊缝成型和焊缝质量。本发明专利技术能够有效消除驼峰、咬边等焊接缺陷，提高焊接生产效率，适用于多种焊接方法的焊缝质量控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及磁控电弧焊接
，具体涉及一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置，通过产生非轴对称分布异型尖角磁场对电弧进行非轴对称拉伸与压缩，以调控电弧分布及熔池流场分布，进而调控焊缝成型与焊缝质量。

技术介绍

[0002]磁控焊接技术是利用外加磁场对焊接过程进行控制，达到改变电弧形态及其特性、控制熔滴过渡过程、调控熔池流动、优化焊缝成型、改善焊接质量、提高焊接效率的一种先进焊接技术。由于实际焊接生产工况的不同，电弧在不同类型的磁场作用下产生偏转、摆动、旋转、压缩及拉伸等现象，从而获得不同的焊接调控效果。
[0003]一般而言，电弧在横向磁场的作用下发生偏转，通过交替改变横向磁场分布，电弧可以产生摆动或旋转现象，从而能够调节电弧的形态和电弧特性，但仍存在一些问题；除了较高的交变频率，横向磁场对电弧的压缩效应很少，电弧的能量密度和穿透能力较低，应用范围受到限制。
[0004]电弧在纵向磁场的作用下发生偏转与旋转现象，电弧等离子体的旋转运动使电弧弧柱区受到压缩，电弧的能量密度和穿透能力增加；交变纵向磁场具有更佳的电弧压缩效果，交变激磁频率越高，电弧收缩越强，电弧集中度和电弧指向性更好。
[0005]理论和实验研究表明，尖角磁场对电弧的压缩能力比纵向磁场更强，电弧在尖角磁场的作用下被压缩成能量密度更高的椭圆形，国内外学者对此进行了很多研究。赵彭生等人将双尖角磁场用于等离子弧焊接，电弧截面缩小，电流密度、电弧中心压强明显提高，实现了更大焊接厚度的一次焊双面成形。Kazufumi等人采用四个永磁体产生的尖角磁场对TIG电弧形状进行控制，电弧在尖角磁场作用下由圆形压缩为椭圆形，将获得优良焊缝成型的焊接速度由100cm/min提高至180cm/min。
[0006]目前，交变纵向磁场和尖角磁场对改善焊接熔深、优化焊缝成型、提高焊接效率等方面具有更好的调控性能，在研究和应用上受到更多关注，但也存在一些不足。交变纵向磁场在设计上往往采用与焊枪同轴环形分布，电弧压缩效果明显，由于电弧以电弧中心呈轴对称分布，电弧加热集中，磁场对电弧的调控效果比较单一，应用场景受限。尖角磁场在设计上一般采用以焊枪为中心呈均匀圆周分布的四个磁极，各个磁极的磁场强度的大小相同但磁极极性相邻切换，电弧在尖角磁场作用下压缩为椭圆形，根据使用场合的不同，可以沿椭圆形电弧长轴或短轴方向进行焊接，由于电弧以电弧中心呈奇对称分布，磁场对电弧分布形态的调控效果仍比较有限，应用场景仍然受到不少限制，难以满足实际焊接生产需要。

技术实现思路

[0007]为了解决现有方法或技术方案存在的不足，更好地发展磁控电弧焊接的技术优势，针对目前磁场对电弧的调控效果有限、应用场景较少的问题，提出了一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置，通过改变异型尖角磁场分布调节焊接电弧的非轴对称拉
伸与压缩效应，以调控电弧对焊接熔池的搅拌作用和熔池流场分布，进而调控焊缝成型和焊缝质量。所述磁控电弧控制方法及装置能够有效消除驼峰、咬边等焊接缺陷，提高焊接生产效率，适用于多种焊接方法的焊缝质量控制，为实现磁控电弧焊接技术优质化、高效化、自动化发展提供参考。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
[0009]一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置，该方法采用的装置包括沿焊枪中心均匀圆周分布的激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)，励磁电源(5)、(6)、(7)、 (8)，磁控电弧控制器(9)；该方法采用四个磁极极性相邻切换的激励线圈(1)、(2)、 (3)、(4)形成尖角磁场，通过调节单个或多个激励线圈的励磁电流产生非轴对称分布的异型尖角磁场，通过改变异型尖角磁场分布来调节焊接电弧的非轴对称压缩与拉伸效应，从而调控电弧对焊接熔池的搅拌作用和熔池流场分布，进而调控焊缝成型和焊缝质量；所述异型尖角磁场磁控电弧控制方法提供两种工作模式：模式一为交变模式，模式二为非交变模式，分别如下：
[0010]工作模式一：激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)以磁极极性为N
‑
S
‑
N
‑
S与S
‑
N
‑
S
‑
N 的分布在周期为T的时间内交替转变，焊接方向沿着激励线圈(1)与激励线圈(3) 连线方向；以焊接电流正极性为例，该模式具体工作过程是：在0
‑
T/2时，激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)分别通入I1、
‑
I2、I2、
‑
I2的励磁电流(其中I1>I2)并且在焊接电弧工作区域形成磁极极性为N
‑
S
‑
N
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S的非轴对称分布的异型尖角磁场，激励线圈(1)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应大于激励线圈(2)与(3)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应，激励线圈(1)与(2)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应大于激励线圈(3)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应，此时的非轴对称分布异型尖角磁场驱使焊接电弧分布及熔池流场分布更倾向于焊接方向的左后方；在T/2
‑
T时，激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)分别通入
‑
I1、I2、
‑
I2、I2的励磁电流并形成磁极极性为S
‑
N
‑
S
‑
N的非轴对称分布异型尖角磁场，激励线圈(1) 与(4)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应大于激励线圈(2)与(3)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应，激励线圈(1)与(2)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应大于激励线圈(3)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应，此时的非轴对称分布异型尖角磁场驱使焊接电弧分布及熔池流场分布更倾向于焊接方向右后方；以T 为时间周期，激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)按上述过程以磁极极性为N
‑
S
‑
N
‑
S与S
‑ꢀ
N
‑
S
‑
N的分布交替变化，通过所述异型尖角磁场的交变作用对焊接电弧产生周期性侧后向摆动，调控电弧对焊接熔池的搅拌作用和熔池流场分布，进而调控焊缝成型和焊缝质量；
[0011]工作模式二：激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)以磁极极性为N
‑
S
‑
N
‑
S方式分布，焊接方向沿着激励线圈(1)、(2)连线的中点与激励线圈(3)、(4)连线的中点的连线方向；以焊接电流正极性为例，该模式具体工作过程是：激励线圈(1)、(2)、(3)、 (4)分别通入I3、
‑
I3、I4、
‑
I4的励磁电流(其中I3>I4)并且在焊接电弧工作区域形成磁极极性为N
‑
S
‑
N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模式异型尖角磁场磁控电弧控制方法及装置，其特征在于：该方法采用的装置包括沿焊枪中心均匀圆周分布的激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)，励磁电源(5)、(6)、(7)、(8)，磁控电弧控制器(9)；该方法采用四个磁极极性相邻切换的激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)形成尖角磁场，通过调节单个或多个激励线圈的励磁电流产生非轴对称分布的异型尖角磁场，通过改变异型尖角磁场分布来调节焊接电弧的非轴对称压缩与拉伸效应，从而调控电弧对焊接熔池的搅拌作用和熔池流场分布，进而调控焊缝成型和焊缝质量；所述异型尖角磁场磁控电弧控制方法提供两种工作模式：模式一为交变模式，模式二为非交变模式，分别如下：工作模式一：激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)以磁极极性为N
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S
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N
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S与S
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N
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S
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N的分布在周期为T的时间内交替转变，焊接方向沿着激励线圈(1)与激励线圈(3)连线方向；以焊接电流正极性为例，该模式具体工作过程是：在0
‑
T/2时，激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)分别通入I1、
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I2、I2、
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I2的励磁电流(其中I1>I2)并且在焊接电弧工作区域形成磁极极性为N
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S
‑
N
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S的非轴对称分布的异型尖角磁场，激励线圈(1)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应大于激励线圈(2)与(3)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应，激励线圈(1)与(2)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应大于激励线圈(3)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应，此时的非轴对称分布异型尖角磁场驱使焊接电弧分布及熔池流场分布更倾向于焊接方向的左后方；在T/2
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T时，激励线圈(1)、(2)、(3)、(4)分别通入
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I1、I2、
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I2、I2的励磁电流并形成磁极极性为S
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N
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S
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N的非轴对称分布异型尖角磁场，激励线圈(1)与(4)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应大于激励线圈(2)与(3)之间磁场分布对焊接电弧的压缩效应，激励线圈(1)与(2)之间磁场分布对焊接电弧的拉伸效应大于激励线圈(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹力，秦梦玉，叶欢，裴晨旭，程浩冉，李江南，谷龙冰，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：