一种提高全位置mag焊电源功率输出的方法
【专利摘要】本发明公开一种提高全位置MAG焊电源功率输出的方法，该方法是在全位置MAG焊熔池稳定成形控制中，外加交变磁场，使励磁交变电源功率输出提高的方法，其特征在于在外加的高频交变励磁装置或电路中串联电容，并选择电容的大小，使其与高频交变励磁装置等效电感匹配，实现并保持励磁电路在谐振方式下工作，使励磁感应电路负载特性呈现出纯阻性，大幅提高全位置MAG焊中外加交变电源的输出功率；所需串联电容的大小，按照如下公式进行计算选择：上式中，L为励磁回路的等效电感，f0为谐振频率。
【专利说明】—种提高全位置MAG焊电源功率输出的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提高交变电源对于感性负载功率输出的技术，具体为一种通过串联谐振提高在全位置MAG焊电源功率输出的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着压力容器、石油化工、管道工程、海洋、造船和原子能等工业的飞速发展，采用全位置焊接工艺的场合越来越多。在全位置焊接中，采用TIG焊工艺由于其不存在金属熔滴过渡问题，因而非常适合管道等全位置根焊缝的焊接，可以得到纯净优质的焊缝。但是该方法存在焊接成本高，生产效率低的问题，一般只用于薄板焊接。熔化极气体保护MAG焊工艺具有生产效率高、成本低、容易实现自动化的优点，已经成功地在工业生产中应用，但是在横焊、立焊、仰焊和全位置焊接时，却受到一定限制。由于该工艺方法一般需要在连续射流过渡状态下工作，也即要求工作电流在临界值以上，电流较大，从而形成较大的熔池和熔敷量，铁水过多，不能保持熔池，难以适应大熔敷率的全位置焊接要求。
[0003]目前全位置焊工艺存在的主要问题包括:(I)焊缝成形差。由于重力的影响，全位置焊接过程中，熔池容易失稳，造成铁水向下流淌，使不同位置焊缝厚度变化不均，甚至发生上部咬边，下部形成焊瘤现象，也有的会出现熔合不良，影响焊接稳定成形。(2)焊接效率低。对于MAG焊工艺，全位置焊接时，由于受到焊接位置的限制，焊接规范一般比较小，导致目前全位置焊接效率不高，对于中厚度板材的焊接，一般采用小规范多道多层方法焊接，这样又增加了焊接缺陷形成的机会，如夹渣、未焊透等。(3)成本高。采用激光焊、激光+电弧焊、电子束焊等能量密度高焊接工艺，可满足全位置焊接的小熔池特征要求，并可高速焊接，使生产率得到大幅提高，但其存在成本高，现场适应性差，难以大面积推广应用的不足。
[0004]在全位置MAG焊中，导致熔池成形差和流淌的重要因素重要来自熔池重力的影响，施加非接触的外加电磁外力不失为一种有效的抵消全位置熔池重力影响的方法，但目前传统外加磁场力多用于全位置焊接的特定位置水平焊中。
[0005]在水平位置焊接中，西安交通大学罗键等在GTAW焊接过程中，通过外加恒定纵向磁场，电弧外形下部扩张，上部收缩，电弧外观呈钟罩形，焊接电弧等离子流力的分布特征改变为中心压力低，边缘区压力较高的双峰复杂分布，电流密度在电弧中心区不断减小，直至接近于零，而边缘出现电流密度最大峰值，实际上形成了环形导电截面(参见罗键，贾昌申，王雅生等.外加纵向磁场GTAW焊接机理[J].金属学报，2001，37 (2) =212-216.);在外加间歇交变纵向磁场GTAW焊接中，外加磁场促使电弧周期性、间歇式地正反向旋转，改变电弧等离子流力和电流密度的径向分布，影响母材熔化和焊缝成形(参见罗键，贾涛，殷咸青等.GTAW外加间歇交变纵向磁场的数值计算及其焊接行为的影响.金属学报，1999，35(3):330-333.) ；Ryzhov R.N等将恒定横向磁场作用于焊接电弧时，使电弧偏向一侧。典型的横向磁场控制电弧的方法是通过外加横向低频交变磁场，使电弧摆动，焊缝熔宽增力口，溶深减少(参见 Ryzhov R.N and Kuznetsov V.D.Choice of optimal parameters ofexternal electromagnetic action in arc methods of welding[C].AvtomaticheskayaSvarka, 2005 (6):27-31.);赵彭生等使用双尖角横向磁场对等离子弧二次压缩时，增加电弧能量使用密度，使弧柱成椭圆形，可用于厚板焊接及表面堆焊(参见赵彭生，祝树燕，赵国华.双尖角磁场再压缩等离子弧的物理特征及焊接工艺性能[J].焊接学报，1986，7(1):7-14.);华爱兵，陈树君等把横向旋转磁场应用于TIG焊，利用磁场的旋转带动TIG电弧的旋转，电弧的瞬时形态发生了变化，从而改变了电弧热和电弧力在工件上的分布(参见华爱兵，陈树君，殷树言等.横向旋转磁场对TIG焊焊缝成形的影响[J].焊接学报，2008，29(1):5-8.)。
[0006]电涡流效应是一种自然界基本的物理现象。它的主要原理是，在导体中如果存在变化的磁场，就会在介质中产生感生电流，即涡流。利用外加高频交变磁场在熔池内产生涡流，该涡流与外部磁场相互作用，进而在熔池内产生一定大小和方向的电涡流力，用于抵消熔池重力对全位置熔池失稳造成的不利影响。
[0007]在实验研究过程中，发现当励磁电源工作在2KHz以上时，随着频率的增加，输出电流急剧降低，导致励磁装置激发的磁场强度严重不足，直接影响到了熔池内电涡流力产生的大小。在 申请人:检索的范围内，尚未见到有关全位置MAG焊外加交变磁场励磁电源提高功率输出的解决方法。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种提高全位置MAG焊电源功率输出的方法，该方法可解决目前全位置MAG焊焊接时，熔池容易流淌、平均电流小和效率低下的问题，具有工艺简单，操作方便的特点。
[0009]本发明解决所述技术问题的技术方案是:设计一种提高全位置MAG焊电源功率输出的方法，其特征在于该方法是在外加的高频交变励磁装置或电路中串联电容，并选择电容的大小，使其与高频交变励磁装置等效电感匹配，实现并保持励磁电路在谐振方式下工作，使励磁感应电路负载特性呈现出纯阻性，大幅提高全位置MAG焊中外加交变电源的功率输出；所述串联电容的大小依照下式计算选择:
[0010]
【权利要求】
1.一种提高全位置MAG焊电源功率输出的方法，该方法是在全位置MAG焊熔池稳定成形控制中，外加交变磁场，使励磁交变电源功率输出提高的方法，其特征在于在外加的高频交变励磁装置或电路中串联电容，并选择电容的大小，使其与高频交变励磁装置等效电感匹配，实现并保持励磁电路在谐振方式下工作，使励磁感应电路负载特性呈现出纯阻性，大幅提高全位置MAG焊中外加交变电源的输出功率；所需串联电容的大小，按照如下公式进行计算选择:
【文档编号】B23K9/173GK103624371SQ201310638143
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】李亮玉, 岳建锋, 刘文吉, 王天琪 申请人:天津工业大学