用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器。本发明专利技术包括组成焊枪的导电杆、导电嘴以及焊丝；还包括有轴心管，轴心管与导电杆之间的胶木圈、匀气盘，轴心管还连接有进气管及传感器内壁，传感器内壁连接有保护气罩、进水管和出水管；传感器内壁的外围设有传感器外壳，在传感器内壁与传感器外壳所形成的空腔内安装有无刷电动机、导磁铁芯，电路板，光码盘，光耦，碳刷，碳刷基座，在导磁铁芯的下端连接有一对导磁杆。本发明专利技术集水冷却装置、保护气体输送装置、位置信息检测装置于一身，完全替代传统焊枪又优于传统焊枪，不仅可以从焊接工艺方面显著提高焊接性能，而且还能针对多种不同的焊接工况进行焊缝跟踪，从而实现自动化焊接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接辅助装置，应用于焊接自动化领域，具体涉及一种用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器。
技术介绍
近年来，材料科学与工程技术飞速发展，各种新型焊接工艺不断涌现，在电弧焊接过程中引入磁场控制就是当前正在发展的先进焊接技术。电弧是一种持续的气体放电现象，是由大量带电粒子构成，因此，在焊接过程中可通过弓I入磁场，使焊接电弧受到洛伦兹力的作用跟随磁场做相关运动。目前常用的外加磁场控制电弧方式主要有三类一是外加横向磁场，横向磁场的磁力线垂直于电弧轴线，其可控制电弧摆动和改善焊缝成形；二是外加纵向磁场，纵向磁场的磁力线平行于电弧轴线，其 可搅拌焊接熔池，细化晶粒组织，提高焊接质量；三是加入尖角磁场，它能改变电弧的形状，可根据焊接工艺的要求对电弧进行压缩和拓宽。国外科研学者将外加磁场应用于焊接领域已有很长一段时间，A. Miunger等人在1941年就对电磁搅拌对点焊的作用进行了相关研究；Βι·ο η等人在60年代初就开始研究电磁搅拌对不锈钢、钛合金等的影响；Takeda K等人在1980年提出电弧在横向磁场作用下呈弯弧状的结论。Gavrilov等人在2002年通过试验发现电弧在横向磁场作用下会发生加速和偏转减速现象，并对产生其原因进行了相关分析。国内方面沈阳工业大学对低频磁控焊接电弧特性进行了数值分析及相关研究；清华大学通过对电弧内部能量平衡的研究，提出了一个横向磁场中动态电弧的近似计算模型；中国矿业大学基于减少CO2焊飞溅的目的，研究了在磁场作用下CO2焊电弧与熔滴过渡的影响；北京大学对横向磁场作用下电弧阴极进行了深入研究，并建立了相关数学模型；太原工业大学利用双尖角磁场把电弧压缩成椭圆形将其应用于穿孔等离子焊中取得较好的效果；北京工业大学对旋转磁场发生装置进行了研究，并将其应用于焊接电弧控制和焊接工艺改善。综上所述，国内外学者对磁控电弧的研究主要集中于控制熔滴过渡、熔池金属流动、改善焊缝成形等方面。但是，到目前还没有看到有关用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器结构设计方面的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的利用磁场自身旋转来控制电弧旋转从而获取信息实现焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器，该传感器集水冷却装置、保护气体输送装置、位置信息检测装置于一身，完全替代传统焊枪又优于传统焊枪，不仅可以从焊接工艺方面显著提高焊接性能，而且还能针对多种不同的焊接工况进行焊缝跟踪，从而实现自动化焊接。本专利技术的目的是通过如下的技术方案来实现的该磁控电弧旋转传感器，它包括组成焊枪的导电杆、导电杆下端连接的导电嘴以及贯穿于导电杆和导电嘴中心的焊丝；其特点是在导电杆的外围设有圆筒形的轴心管，轴心管的上端密封连接有胶木圈，导电杆的上部从胶木圈中心处密封伸出，轴心管的下端内设有环形的匀气盘，匀气盘上均布有若干个小孔，导电嘴位于轴心管下端外的轴心线上；在轴心管的上部密封连接有保护气进气管，轴心管的外围密封连接有圆筒形的传感器内壁，传感器内壁下端连接有保护气罩，导电嘴位于保护气罩的中心轴线上；传感器内壁的上盖板上密封连接有冷却水的进水管和出水管，进水管伸入到传感器内壁与轴心管之间所形成的密封空腔内的底部；传感器内壁的外围设有传感器外壳，在传感器内壁与传感器外壳所形成的空腔内的上半部，以轴心管为轴安装有一个外转子结构的无刷电动机；在传感器内壁与传感器外壳所形成的空腔内的下半部，一对导磁铁芯对称安装于无刷电动机转子的下端，并与导电杆平行，导磁铁芯上绕有励磁线圈，导磁铁芯的下端连接有一对导磁杆，导磁杆对称地位于保护气罩的下端开口处也即导电嘴下端的两侧；所述传感器外壳上盖板内安装有电路板，无刷电动机的转子上端面上固连有圆环形的光码盘，固连于电路板上的光耦位于光码盘的边缘上下；在无刷电动机的转子下端两侧对应于两个导磁铁芯处安装有一对碳刷，传感器外壳内对应于碳刷安装有圆环形的碳刷基座，碳刷与碳刷基座上的轨道贴合；所述励磁线圈的导线从导磁铁芯上端引出，连接到碳刷上，通过碳刷基座相连的导线连接到所述电路板上。更具体地说，所述匀气盘和胶木圈为绝缘材料，将两者用于导电杆与外部结构之间的连接，起到了绝对地绝缘作用，实现了传感器外部结构不带电工作，有效地防止了传感器外部结构与工件之间产生电弧，以至于烧坏传感器。所述胶木圈与轴心管和导电杆之间、匀气盘与轴心管和导电杆之间、进气管与轴心管之间均采用过盈配合连接。它们组成的空腔将用于保护气体的传送，且匀气盘上均匀排布有若干小孔，以至于它们所形成的空腔具有一定气密性的同时还能将保护气体均匀的释放到焊接熔池，很好的起到了保护焊缝、提高焊接质量的作用。所述传感器内壁的上盖板与冷却水的进水管和出水管之间均采用过盈配合连接，传感器内壁的上盖板与冷却水的进水管和出水管之间设有密封垫圈。传感器内壁与轴心管紧密配合所形成的空腔内连接有进水管和出水管，进水管和出水管与外部水箱相连，由于进水管深入到空腔底部，以至于冷却水进入空腔首先经过距离焊接熔池最近也就是温度最高的部位，而后经由出水管流出，与此同时，由于进水管与传感器内壁、出水管与传感器内壁之间均采用了密封垫圈进行密封，保证空腔内的冷却水不发生泄漏，从而达到冷却水在空腔内不断循环的目的，有效地保证了传感器在正常工作温度下持续有效的工作。所述导磁铁芯与导磁杆采用螺母连接，便于根据不同工艺拆卸更换。本专利技术的工作原理是利用动态变化的磁场来控制焊接电弧的运动，即通过一个旋转频率和场强大小都可以调节的旋转磁场来带动电弧旋转，以实现对焊接电弧的旋转频率和旋转半径的控制，并从中获取规律性变化的各焊接参数信息，从而实现焊缝的自动跟踪。本专利技术将一对导磁铁芯对称分布于电机转子圆柱形外壳的底端，在导磁铁芯上绕有励磁线圈，给励磁线圈通有外部电源提供的励磁电流，由电磁感应作用而产生磁场，电动机工作则会带动导磁铁芯旋转，从而就会产生需要的旋转磁场。参见图2，为旋转电弧产生的过程示意图，当电流从左磁柱L流入、右磁柱R流出时，根据右手螺旋定则可以判断出磁场方·向，当磁场产生，根据左手定则可以判断出焊接电弧E的位置，其中图2中的图a、图b、图C、图d分别表示在一个旋转周期内各个时刻的磁场方向及焊接电弧位置示意图，图a表示当电动机转子带动一对磁柱旋转到横向位置时，磁场方向从左指向右，焊接电弧位置则垂直于磁场方向向上偏置，而图b表示经过1/4个旋转周期后，磁柱位置发生变化，磁场方向也顺时针旋转了 90°，相应的焊接电弧位置也顺时针移动了 90°，依此类推，当电机转子旋转360°，焊接电弧也恰好变化了 360°。由此可见，本装置产生的旋转电弧与电动机的旋转周 期一致且同步，也就是说通过改变电动机的旋转频率就可以改变旋转电弧的旋转频率。通过本装置产生的动态旋转磁场，控制着焊接电弧旋转，并且该旋转电弧的旋转频率可以通过调节电动机的旋转频率来改变，旋转半径可以通过调节励磁电流的大小来改变，从而更有效的控制焊接电弧运动，改善焊接工艺。电弧属于正态分布形态，在旋转磁场作用下，电弧旋转的频率与旋转磁场频率是一致的，只存在相位上的差别，在一定磁场强度范围内，旋转的电弧是非常稳定的，因此解决电弧定位的问题就可转化成对无刷电动机的外转子进行定位的问题。根据这一特性本专利技术设计将光码盘附着于外转子上并一起转动，与之配合的光耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于焊缝跟踪的磁控电弧旋转传感器，它包括组成焊枪的导电杆、导电杆下端连接的导电嘴以及贯穿于导电杆和导电嘴中心的焊丝；其特征在于：在导电杆的外围设有圆筒形的轴心管，轴心管的上端密封连接有胶木圈，导电杆的上部从胶木圈中心处密封伸出，轴心管的下端内设有环形的匀气盘，匀气盘上均布有若干个小孔，导电嘴位于轴心管下端外的轴心线上；在轴心管的上部密封连接有保护气进气管，轴心管的外围密封连接有圆筒形的传感器内壁，传感器内壁下端连接有保护气罩，导电嘴位于保护气罩的中心轴线上；传感器内壁的上盖板上密封连接有冷却水的进水管和出水管，进水管伸入到传感器内壁与轴心管之间所形成的密封空腔内的底部；传感器内壁的外围设有传感器外壳，在传感器内壁与传感器外壳所形成的空腔内的上半部，以轴心管为轴安装有一个外转子结构的无刷电动机；在传感器内壁与传感器外壳所形成的空腔内的下半部，一对导磁铁芯对称安装于无刷电动机转子的下端，并与导电杆平行，导磁铁芯上绕有励磁线圈，导磁铁芯的下端连接有一对导磁杆，导磁杆对称地位于保护气罩的下端开口处也即导电嘴下端的两侧；所述传感器外壳上盖板内安装有电路板，无刷电动机的转子上端面上固连有圆环形的光码盘，固连于电路板上的光耦位于光码盘的边缘上下；在无刷电动机的转子下端两侧对应于两个导磁铁芯处安装有一对碳刷，传感器外壳内对应于碳刷安装有圆环形的碳刷基座，碳刷与碳刷基座上的轨道贴合；所述励磁线圈的导线从导磁铁芯上端引出，连接到碳刷上，通过碳刷基座相连的导线连接到所述电路板上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪波，何荣拓，阳佳旺，刘湘，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：