一种铁磁性钢GTAW窄间隙焊接的磁控摆动电弧磁路装置及应用

摘要

本发明公开了一种铁磁性钢GTAW窄间隙焊接的磁控摆动电弧磁路装置，其特征在于，包含励磁线圈、励磁电源、铁芯、磁极和焊枪钨极。为保证电弧区域的磁力线不被磁性侧壁吸引，采用小气隙间距的“门式”含气隙磁路设计，磁路拐角均采用倒圆角设计来减少漏磁，保证电弧区域足够的磁场强度，从而在磁性钢的窄间隙焊接过程中，电弧能够得到有效的偏转，改善电弧能量分布，可解决未熔合缺陷，均匀熔池温度场从而抑制厚板焊接过程中的裂纹萌生。

说明书

背景技术

在对铁磁性钢（例如，马氏体不锈钢和高强钢）的窄间隙焊接过程中，如果采用传统的TIG焊接，由于钨极位置对中可能产生误差，导致磁偏吹而使电弧偏向于某一侧的金属，从而使另一侧发生未熔合现象，导致缺陷的产生，使焊缝性能下降。磁控摆动电弧可解决未融合缺陷，同时还可以降低温度梯度抑制厚板焊接的裂纹萌生。目前，磁控摆动电弧焊主要用于非磁性材料如钛合金及奥氏体不锈钢的焊接。另一方面，由于磁性侧壁对诱发电弧摆动的磁场的吸引，适用于非磁性材料钢的电弧摆动磁极设计即使增大激励电流或者励磁线圈匝数，也难以实现GTAW焊接电弧在磁性坡口内的有效摆动。

因此，若能提供一种可实现在铁磁性钢窄间隙坡口内电弧有效摆动的磁路装置，以实现铁磁性钢材的磁控摆动电弧GTAW窄间隙焊接，将有重大意义。

发明内容

本申请的主要目的在于提供实现在铁磁性钢窄间隙坡口内电弧有效摆动的磁路设计，以满足电弧的有效摆动，可解决磁性坡口侧壁熔合不良的问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：

该铁磁性钢GTAW窄间隙焊接的磁控摆动电弧磁路装置，其特征在于：磁发生装置包括，励磁线圈、励磁电源、铁芯、磁极。通过采用外加励磁电源产生的励磁电流而产生磁场，磁力线通过磁极传导到电弧区域。

优选地，磁路传导部分为铁芯与第一磁极和第二磁极，两磁极通过螺纹连接与铁芯固定。

优选地，磁路形状采用一体式类“门框”式的含隙磁路，保证磁路中磁路传导的连续性, 磁路高210-260mm, 宽120-180mm；气隙宽度为18-25mm，以保证磁力线不被铁磁性坡口侧壁吸引，产生电弧偏转需要的磁感应强度；和/或

优选地，所述的磁路拐角处均采用倒圆角设计，以防止漏磁，圆角半径5-10mm；和/或，

优选地，所述的磁极端头采用圆角端头，以防止漏磁，圆角半径5-8mm；和/或，

优选地，所述的励磁线圈采用单个线圈，线圈由线径为1.2mm的铜漆包线绕制而成，匝数600~900匝；和/或，

优选地，所述的铁芯选用硅钢片，厚度为5-8mm；和/或，

优选地，铁芯与线圈支撑架以过盈配合连接并固定；

优选地，所述的磁极采用软磁材料DT4C 电工铁，保证磁极具有一定刚度而不被铁磁性侧壁干扰变形，厚度与铁芯总厚度相当。

另一方面，一种铁磁性金属窄间隙坡口内磁控摆动电弧的磁路装置，采用如下技术方案：

优选地，钨极尖端伸出气隙并与磁极下端面距离0~5mm；和/或

优选地，所述的激励电流为0-6A，励磁频率1-15Hz；和/或

本发明提供一种铁磁性金属窄间隙坡口内磁控摆动电弧的磁极装置的使用方法：

步骤一：磁路装置与焊枪的配合安装，保证磁路的气隙关于钨极中心轴对称；

步骤二：在进行铁磁性材料的窄间隙磁控摆动电弧焊接之前，检查磁控线圈是否可以正常启动，之后将所需焊接的板材放置在合适位置；

步骤三：打开磁控线圈的电源，使其正常工作；

步骤四：启动引弧按钮引弧并配合送丝，开始在铁磁性窄间隙坡口进行电弧摆动窄间隙焊接；

步骤五：焊接作业完成熄弧后，经过一小段时间后关闭电磁线圈开关，铁磁性窄间隙坡口内的磁控摆动电弧的焊接结束。

本发明所述的一种铁磁性金属窄间隙坡口内磁控GTAW摆动电弧的磁路装置，利用的小间隙的含隙磁路并配和倒圆角的磁路拐角设计方式来汇聚磁力线，以保证磁性坡口内电弧区域有足够磁场强度，从而使电弧有效偏转，增加窄间隙坡口内侧壁能量以解决未融合缺陷，并利用摆动电弧作用熔池，达到细化晶粒均匀温度场并防止焊接裂纹的萌生的效果。

附图说明

图1示出本发明所述的铁磁性钢焊接中的结构示意图。

图2示出所述磁路结构的等轴测示意图。

图3示出所述磁路结构中磁极的三视图及等轴测图。

图4示出窄间隙铁磁性钢坡口内电弧向左摆动、无摆动、向右摆动的高速摄像图。

图中，1、励磁线圈；2、励磁电源；3、铁芯；4、第一磁极；5、铁磁性金属材料坡；6、焊枪钨极；7、第二磁极；R1、倒圆角1；R2、倒圆角2；d、气隙宽度。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行阐述，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似的词语应当解释为包含的含义而不是“排他”或“穷举”的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。

这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

现在将参照附图来在下面描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本发明，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。

参见图1，本发明提供的一种铁磁性钢GTAW窄间隙焊接的磁控摆动电弧的磁路装置包括1、励磁线圈；2、励磁电源；3、铁芯；4、第一磁极；5、铁磁性金属材料坡口；6、焊枪钨极；7、第二磁极。整个磁路关于钨极对称分布。在铁磁性的窄间隙焊接过程中，当励磁线圈1通入励磁电源2提供的激励电流时，第一磁极4和第二磁极7产生的磁场方向垂直于钨极的轴线方向，且平行于焊缝方向，从而使电弧在焊接过程中偏转到两侧的金属侧壁上。通过通入交流电流，产生方向不断变化的磁场，使电弧偏转到不同侧的金属侧壁上，电弧在强制磁场作用下磁偏吹消除，同时熔化的焊丝在摆动电弧的作用下在侧壁形成良好的熔合，较好地解决了磁性坡口侧壁的熔合不良，改善了窄间隙焊接过程中的焊缝成型。

为了验证发明所述一种铁磁性钢GTAW窄间隙焊接的磁控摆动电弧的磁路装置的效果，进行了电弧动态行为的拍摄。

实施例1：

在厚度为20mm的铁磁性钢Q345b碳钢窄间隙坡口内，观察电弧摆动情况，采用方形无缝窄间隙坡口，坡口宽度为10mm，钝边为5mm，焊接电流为160A，钨极高度为3mm。焊接速度为3mm/s，励磁电流为2.4A, 励磁频率4Hz, 整个焊接过程采用纯氩气进行保护，氩气流量为15L/min。所述的钨极6尖端伸出第一磁极4和第二磁极7的下端面3mm，并与相关的焊接参数匹配。如图4所示，在Q345b碳钢磁性坡口下能看到电弧有明显偏转，并且能使电弧偏转到两侧的金属侧壁上。

最后应说明的是：显然，上述实例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定；对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。