专利名称：单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头的制作方法
技术领域：
本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头属于焊接技术领域，涉及埋弧堆焊技术，特别是一种利用外加磁场对埋弧堆焊过程进行控制的电磁搅拌磁头。
背景技术：
目前所使用的埋弧焊(含埋弧堆焊及 电渣堆焊等)是一种重要的焊接方法，具有焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘少等优点，使其成为辊类产品、压力容器等重要钢结构制造中的主要焊接方法。但在焊接过程中，由于焊渣的保护作用导致熔池散热慢，容易形成粗大的柱状晶组织，使埋弧堆焊层开裂倾向性增大，限制了埋弧焊在高精端产品上的应用。据研究表明，外加磁场可以有效搅拌焊接熔池，改善电弧形态和焊缝金属微观组织，进而提高熔敷金属的抗裂能力。电磁搅拌效果主要取决于磁感应强度和分布，而磁感应强度和分布则由搅拌磁头决定。现有技术的电磁搅拌磁头结构比较简单，多采用漆包线直接缠绕在空心铁磁芯上制成。有文献记载一种分体式电磁搅拌磁头结构，内部是细漆包线密绕在磁芯上制成，外部为可通入冷却水的空心外壳。而这种结构的电磁搅拌磁头多用于熔化极气体保护焊(简称MAG焊)焊接装置，其水冷方式决定了导线散热较慢，激磁电流较小(通常为几安培到十几安培)。(I)文献《磁控大电流MAG焊的磁头优化及应用研究》介绍一种分体式磁头结构，上部是细漆包线缠绕在磁芯上，上、下部之间的密闭空腔进行通水冷却，其水冷目的是防止因电弧的高温导致导磁铁心导磁能力下降，对励磁线圈无法冷却，励磁电流较小(通常为十几安培)。此种磁头结构多用于熔化极气体保护焊(简称MAG焊)，主要应用在中厚板工件的焊接，不能用于埋弧堆焊。(2) “双丝埋弧焊机的电磁搅拌磁头”(专利号201020121334)，该专利是一种双丝埋弧焊机的电磁搅拌磁头，其磁头的磁芯置于双丝埋弧焊机的两枪之间，磁芯结构和体积受到焊枪结构限制，其特殊的设计结构只能用于特定的双丝埋弧焊接设备上，不能用于单丝埋弧堆焊。另外，这种电磁搅拌磁头线圈匝数多、体积大、散热慢，只能应用于常温环境，不适用于高温环境下的埋弧焊接。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新型的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，从而解决目前的电磁搅拌磁头结构和体积受到焊枪结构限制，只能用于特定的双丝埋弧焊接设备，另外，这种电磁搅拌磁头线圈匝数多、体积大、散热慢，只能应用于常温环境，不适用于高温环境下的埋弧焊接等问题。提供一种改善埋弧堆焊层性能的电磁搅拌磁头，在堆焊过程中，通过磁控焊接设备产生的交变电流，使电磁搅拌磁头产生交变磁场，并且把交变的磁场导入到埋弧堆焊熔池中，对其进行动态控制，抑制柱状晶生长，细化晶粒，提高焊缝质量，可应用在常温环境和高温环境。本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头是由三通、焊枪、磁芯、激磁绕组线圈和焊剂输送管所组成，所述的三通位于磁芯内部，焊枪和焊剂输送管安装在三通上，磁芯外部装有激磁绕组线圈。所述的磁芯外部装有的激磁绕组线圈是由磁芯陶瓷保护罩和空心铜螺线管所组成。空心铜螺线管缠绕在 磁芯陶瓷保护罩的螺旋槽内，空心铜螺线管的两端通过软管连接到冷却水箱。磁芯下部装有导磁嘴,磁芯和导磁嘴由高磁导率铁磁材料焊接在一起。导磁嘴外面装有导磁嘴保护罩。本实用新型所述的导磁嘴保护罩和磁芯陶瓷保护罩是由绝缘隔热不导磁的陶瓷材料制成。本实用新型所述的三通由不导磁材料制成。本实用新型所述的激磁绕组线圈是空心铜螺线管制成，内部通冷却水进行冷却。本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头的三通位于磁芯内部，由不导磁材料制成，用于固定焊枪和焊剂输送管，且用于装载并摊平焊剂，对电弧形成良好的保护；磁芯与导磁嘴由高磁导率铁磁材料焊接在一起，并且导磁嘴的下端深入焊剂中尽量靠近熔池以增加其导磁效果；其外面由导磁嘴保护罩保护，导磁嘴保护罩由耐高温、绝缘的陶瓷材料制作而成，不但能够隔离来自焊接区域的热量，保证磁芯温度不至过高，而且不影响磁场的分布，保证电磁搅拌效果；空心铜螺线管弯曲缠绕在磁芯陶瓷保护罩上，内部通入冷却水对其进行冷却；磁芯陶瓷保护罩是由绝缘隔热不导磁的陶瓷材料制成；磁头的纵向位移能够灵活的调节以便达到最佳的电磁搅拌效果。本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头工作过程中，当空心铜螺线管通入激磁电流时，在螺旋的空心铜螺线管周围产生磁场，由于磁芯和导磁嘴具有较高的磁导率，因此空心铜螺线管产生的磁场绝大部分都集中在磁芯和导磁嘴中，使磁芯和导磁嘴内的磁感应强度大大增加。磁场由导磁嘴下端产生传递于焊接熔池中，对焊接熔池形成电磁搅拌。磁芯和导磁嘴的磁导率越大,磁场的衰减越小。导磁嘴越接近熔池,熔池处的磁场越强。因此，与未加入磁芯和导磁嘴的情况相比，该设计可在较大的激磁电流和较少螺旋铜管匝数情况下即可在熔池处产生较大的磁感应强度，减小了搅拌磁头的体积。由于磁芯和导磁嘴将大部分的磁场均集于其中，工件等磁性环境对电磁搅拌过程的影响也随之减小，空心铜螺线管亦远离电弧及工件高温环境，可延长其使用寿命。本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头工作过程如下在轧辊的埋弧堆焊修复过程中，将三通套于焊枪的外部，保证焊枪的焊接位置准确，将下端焊接有导磁嘴的磁芯套于三通外部，并在磁芯外面套上磁芯陶瓷保护罩，磁芯陶瓷保护罩外缠绕空心铜螺线管，导磁嘴下端安装上导磁嘴保护罩，插好焊剂输送管。将磁控轧辊埋弧堆焊修复设备通过连接电缆接于空心铜螺线管上，同时将冷却水箱通过软管提供的冷却水也接于空心铜螺线管上，最后调整磁头整体位置，使之达到最佳的工作位置。打开焊剂输送阀门，使焊剂平铺于工件表面，通入冷却水实现自动冷却，开启焊机和磁控轧辊埋弧堆焊修复设备电源进行磁控轧辊埋弧堆焊修复。当焊接开始时,通过磁控焊接设备产生的交变电流,使电磁搅拌磁头产生交变磁场，并且把交变的磁场导入到埋弧堆焊熔池中，对其进行动态控制，搅拌熔池、细化组织结构，改善焊缝成形，最终实现提高焊接质量的目的。[0016]本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头将导磁嘴和磁芯用高导磁材料连接到一起，导磁嘴外有导磁嘴保护罩，空心铜螺线管缠绕于磁芯陶瓷保护罩上，内通冷却水进行冷却。该结构不仅适用于普通埋弧堆焊，而且对高温环境下的埋弧堆焊效果甚好。本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头优点和效果I、电磁搅拌磁头结构紧凑，体积小，升降方便；2、采用内部通循环水冷却方式对激磁绕组线圈进行冷却，冷却效果好；3、磁芯、导磁嘴和铜管置于陶瓷保护罩之中，即绝缘， 又隔热；4、该装置能够将大电流、低匝数磁头用于高温环境中，产生强磁场，克服了以往磁头的缺点，具有很好的通用性。预计经济效果通过检索可知，我们所开发的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头在原理和结构与现有技术具有本质的区别。而我们新开发的这种单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，其独特的设计结构和冷却方式适合在任何环境下使用，且效果良好。据预测，每年全国各大钢厂报废的各类辊子价值达180亿元，其中近一半的辊子可修复、再利用，每年再生辊的市场达30 40亿元。轧辊是冶金行业的三大消耗件之一，我国目前年用量在80万吨以上，其中相当部分可采用堆焊工艺修复。该设计可大大提高焊接质量，拓展到大型轧辊修复领域，同时降低返修率，提高生产效率。如果再生辊子修复采用这种电磁搅拌设备及工艺方法，按市场占有率5%计算，每年将产生直接或间接经济效益I. 5亿元以上。
本实用新型共有两幅附图，其中图I是单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头结构示意图；图2是埋弧堆焊电磁搅拌焊接工作图。图中1、三通2、焊枪3、磁芯4、磁芯陶瓷保护罩5、导磁嘴6、焊剂输送管7、导磁嘴保护罩8、空心铜螺线管9、磁头10、磁控轧辊埋弧堆焊机11、冷却水箱12、出水口13、回水口 14、启动开关15、输出端口。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例如附图所示，附图I所示单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，是由三通I、焊枪2、磁芯3、磁芯陶瓷保护罩4、导磁嘴5、焊剂输送管6、导磁嘴保护罩7和空心铜螺线管8所组成，所述的三通I位于磁芯3内部，焊枪2和焊剂输送管6安装在三通I上，磁芯3外部装有磁芯陶瓷保护罩4和空心铜螺线管8。空心铜螺线管8缠绕在磁芯陶瓷保护罩4的螺旋槽内，空心铜螺线管8的两端通过软管连接到冷却水箱11。磁芯3下部装有导磁嘴5，磁芯3和导磁嘴5由高磁导率铁磁材料焊接在一起。导磁嘴5外面装有导磁嘴保护罩7。所述的导磁嘴保护罩7和磁芯陶瓷保护罩4是由绝缘隔热不导磁的陶瓷材料制成。所述的三通I由不导磁材料制成。[0033]附图2所示为本实用新型埋弧堆焊电磁搅拌焊接工作图，所述的电磁搅拌磁头9 上的空心铜螺线管8的两端分别连接到冷却水箱11的出水口 12和回水口 13。并且通过引出线连接到磁控轧辊埋弧堆焊机10的输出端口 15。当磁控轧辊埋弧堆焊机10和冷却水箱11接通电源后，按动启动开关14，即可开始工作。
权利要求1.一种单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，是由三通(I)、焊枪(2)、磁芯(3)、激磁绕组线圈和焊剂输送管(6 )所组成，所述的三通(I)位于磁芯(3 )内部，焊枪(2 )和焊剂输送管(6 )安装在三通(I)上，磁芯(3)外部装有激磁绕组线圈；其特征在于所述的磁芯(3)外部装有的激磁绕组线圈是由磁芯陶瓷保护罩(4)和空心铜螺线管(8)所组成；空心铜螺线管(8)缠绕在磁芯陶瓷保护罩(4)的螺旋槽内，空心铜螺线管(8)的两端通过软管连接到冷却水箱(11);磁芯(3)下部装有导磁嘴(5)，磁芯(3)和导磁嘴(5)由高磁导率铁磁材料焊接在一起；导磁嘴(5 )外面装有导磁嘴保护罩(7 )。
2.根据权利要求I所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，其特征在于所述的导磁嘴保护罩(7)和磁芯陶瓷保护罩(4)是由绝缘隔热不导磁的陶瓷材料制成。
3.根据权利要求I所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，其特征在于所述的三通(I)由不导磁材料制成。
4.根据权利要求I所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，其特征在于所述的激磁绕组线圈是空心铜螺线管(8)制成，内部通冷却水。
专利摘要本实用新型所述的单丝埋弧堆焊电磁搅拌磁头，由三通、焊枪、磁芯、磁芯陶瓷保护罩、导磁嘴、焊剂输送管、导磁嘴保护罩和空心铜螺线管组成，所述的三通位于磁芯内部，焊枪和焊剂输送管安装在三通上，磁芯外部装有磁芯陶瓷保护罩和空心铜螺线管。空心铜螺线管缠绕在磁芯陶瓷保护罩的螺旋槽内，空心铜螺线管两端通过软管连接到冷却水箱。磁芯下部装有导磁嘴，磁芯和导磁嘴由高磁导率铁磁材料焊接在一起。本实用新型将导磁嘴和磁芯用高导磁材料连接到一起，导磁嘴外装有耐高温、绝缘的陶瓷材料制作而成导磁嘴保护罩，空心铜螺线管缠绕于磁芯陶瓷保护罩上，内通冷却水进行冷却。该结构不仅适用于普通埋弧堆焊，而且对高温环境下的埋弧堆焊效果甚好。
文档编号B23K9/18GK202461770SQ20112056530
公开日2012年10月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者孟晓霞, 尹雁冬, 张广伟, 王晖 申请人:大连华锐重工特种备件制造有限公司, 大连华锐重工集团股份有限公司