[发明专利]一种用外加磁场辅助熔化极气体保护焊的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于磁场控制焊接技术领域，具体涉及一种用外加磁场辅助熔化极气体保护焊的装置和方法。

背景技术

短路过渡焊接工艺是熔化极气体保护焊的一个重要的工艺方法，具有低的热输入量、变形小、适于全位置焊接和便于实现自动化等特点。而常规的熔化极气体保护焊短路过渡工艺的电弧稳定性差、焊缝成型欠佳、飞溅较大的缺点也阻碍其广泛应用。究其原因，主要是短路过渡焊接时，熔滴过渡是一个随机过程，从而造成短路时间、燃弧时间在一定范围内波动，这种波动便引起焊接过程的不稳定，造成焊接质量的差异；同时在短路初期电磁力排斥造成瞬时短路飞溅，特别是短路末期电流急剧增大，产生的电磁力促使液桥爆断造成电爆炸飞溅等因素恶化了焊接过程。

为改善短路过渡焊接工艺的上述缺点，焊接工作者进行了许多研究。传统上是从保护气体、焊接材料、增加电抗器等方面改善，其控制效果有限；近年来发展较快的是波形控制法和波形控制联合机械控制等方法。前者典型的案例是林肯公司的“表面张力过渡(STT)”，而冷金属过渡(CMT)是后者的一个较为典型的控制方法。STT法中，熔化的熔滴在电磁收缩力和表面张力的作用下实现了无飞溅过渡，具有焊接飞溅小和烟尘小、焊缝成形规则等优点，但其缺点也显而易见，主要是适用电流范围窄，控制复杂，信号易受干扰。CMT法将波形控制和焊丝的机械回抽结合起来，整个焊接过程实现了“热-冷-热”交替循环，每秒钟转换达70次，焊接热输入大幅降低，特别适于焊接薄板和超薄板的无飞溅熔焊和钎焊，但CMT的控制也是相当复杂，成本较高，使其推广受限。

通过大量的实验表明，当在短路过渡焊接中施加合适的横向脉冲磁场时，可以影响熔滴短路过渡过程，使短路过渡所固有的过渡频率不均匀性得到显著改善，并减少焊接飞溅，从而提高焊缝表面质量，改善短路过渡焊接工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有常规熔化极气体保护焊短路过渡工艺的上述缺点，并与现有的波形控制法，CMT法等方法采用不同的控制思路，应用磁场技术改善传统短路过渡焊接工艺，具体通过外加辅助磁场即一横向脉冲磁场作用于熔化极气体保护焊短路过渡焊接中，设计了磁场施加方式和磁场作用于短路过渡的控制方式。装置和控制方法简单有效。通过本装置和控制方法，能够降低飞溅，提高短路过渡频率的规则性和电弧的稳定性，从而改善短路过渡焊接工艺。

为实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案：

一种用外加磁场辅助熔化极气体保护焊的装置，包括焊接电源9、送丝马达5、焊丝6、导电嘴7、保护气瓶8、焊接工件10的常规熔化极气体保护焊必备设备，还包括短路过渡检测电路4、激磁驱动电路3、激磁主电路2和磁头装置1；焊接电源的9的正极与导电嘴连接，负极与焊接工件10相连，同时分别从焊接电源9的正极和负极引出两根线与短路过渡检测电路4的输入端相连，短路过渡检测电路4的输出部分与激磁驱动电路3的输入端相连，激磁驱动电路3的输出与激磁主电路2的输入端相连，激磁主电路2输出端与磁头装置1相连。

激磁主电路2包含调压器、整流桥、功率电子开关器件以及储能原件；220V交流电接入调压器，调压器的输出接整流桥，整流桥的输出端正负极并联储能元件，同时将功率电子开关的发射极与整流桥的负极相连；激磁主电路2的输出为整流桥的正极和功率电子开关的集电极；激磁主电路2通过调压器调节激磁电压的大小。功率电子开关器件是IGBT、GTR或MOSFET，储能元件是电容。

短路过渡检测电路4由光电耦合器和电压比较电路组成；短路过渡检测电路4的输入为导电嘴7和焊接工件10之间的电弧电压信号，此信号经过光电耦合器隔离后接入电压比较器的同相输入端，通过调节电压比较器的反相输入端的参考电压值，短路过渡检测电路4输出以高电平或低电平标识的短路起始时刻信号。

激磁驱动电路3由MCU控制电路、光耦隔离电路和功率放大电路组成；激磁驱动电路3以短路过渡检测电路4的输出作为输入信号，通过MCU控制电路后，在短路起始时刻输出宽度可调的驱动脉冲，此驱动脉冲再经光耦隔离电路和功率放大电路后产生能够触发激磁主电路2中的功率开关器件的驱动信号，其中的驱动脉冲宽度t_on可调，其值为具体焊接规范参数下短路时间的统计平均值。

磁头装置1的两端分别与激磁主电路2中的整流桥的正极和功率电子开关的集电极相连。

磁头装置1由漆包铜线紧密缠绕成圆柱形螺线管样式，为增强磁感应强度，在绕制的螺线管中间插入铁芯。