一种用于窄间隙埋弧焊的磁控焊缝跟踪传感器的制作方法

技术领域本发明属于一种自动化焊接装置，具体涉及一种用于窄间隙埋弧焊的磁控焊缝跟踪传感器。

背景技术：
窄间隙埋弧焊作为工业生产中一种常用的特殊焊接方法，广泛应用于造船、核电、锅炉等行业，窄间隙埋弧焊焊接时，有热输入较低，熔敷效率高，能提高焊缝的力学性能的优点，正因为窄间隙埋弧焊有那么多的优点，所以要实现焊缝跟踪，但在常用的焊接中中，比如二氧化碳气保焊，往往省略磁场干扰电弧的问题，因为焊接时产生的磁场较小，但在窄间隙坡口中，磁场严重影响着电弧实现焊缝跟踪，因而提出一种用于焊缝跟踪的磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器，能提高焊接质量、提升焊接效率，对推动焊接的生产自动化起着举足轻重的作用。目前很多应用于窄间隙埋弧焊的装置，一部分通过采用特殊弯曲的导电嘴结构来使焊丝保持弯曲使焊丝摆动达到焊接的目的；一部分通过通过直接作用焊丝使其弯曲达到焊丝摆动；还有一部分是通过利用高速电机使焊丝高速旋转；以上都没有涉及焊缝跟踪，而仅仅通过机械控制方法来实现，但也存在一些缺点，如机械运动部件，极易造成机械磨损，机械过热、噪音大，寿命过短等问题。电弧是一种气体被电离而放电的现象，焊接电弧由多种不同带电粒子构成，焊接电弧在磁场中在洛伦兹力的作用下运动，因此可以利用不同的磁场达到影响电弧形态的目的。目前外加磁场控制电弧方式有三种：一是外加纵向磁场，外加纵向磁场磁力线平行于电弧轴线，其可以使电弧形态发生改变，使电弧收缩呈钟型，熔深加深；二是外加横向磁场，横向磁场的磁力线垂直于电弧轴线，其可控制电弧摆动进行焊缝跟踪和改善焊缝成形；三是外加尖角磁场，它能改变电弧的形状，可以对电弧进行压缩和拓宽。国内外研究现状：国外有很多研究机构和公司对窄间隙焊接做了大量研究工作，其中：巴顿焊接研究所研究了低压电弧等离子体在磁场中的收缩特性；英国利物浦大学通过研究表明在磁场作用下电弧的挺度增强，电弧的旋转速度也会大大增加；前苏联学者兹.恩.巴拉巴什等针对二氧化碳窄间隙焊接的工艺特点进行了研究，提出了选择焊接规范的方法；日本川崎制钢公司开发了一种采用直焊丝技术及用陶瓷涂的特殊的扁平导电嘴为碳钢和低碳钢压力容器、海上钻井平台和机器制造而开发的窄间隙埋弧焊技术。在国内：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；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；西北工业大学白钢朱余荣等开发出一种脉冲旋转喷射过渡窄间隙MAG焊技术，研究表明，该种技术可改善侧壁熔透，提高焊接生产率；西北工业大学钱聚瑛等研制了一种单丝窄间隙脉冲MIG焊枪，已成功应用于钻艇窄间隙焊接。综上所述，国内外学者对窄间隙焊接的研究主要集中于窄间隙焊枪结构设计、焊接工艺、改善焊接接头性能等方面。但是，到目前还没有看到有关磁控窄间隙埋弧焊的焊缝跟踪方面的报道。

技术实现要素：
本发明的目的是在确保窄间隙焊缝成型优良的情况下实现磁控埋弧焊焊缝跟踪，提高窄间隙埋弧焊的焊接质量，提升焊接效率，提出一种用于窄间隙埋弧焊的磁控焊缝跟踪传感器。本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：如图1所示，该传感器主要由磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器、焊接电源、霍尔传感器、焊缝跟踪调节器、执行机构、磁控窄间隙埋弧焊激磁电源、送丝机构、焊剂漏斗等部分组成。本发明提出一种用于窄间隙埋弧焊的磁控焊缝跟踪传感器，磁控窄间隙埋弧焊激磁电源为磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁装置提供稳定可控的矩形波激磁信号，带有智能循环水冷系统的磁控窄间隙埋弧焊跟踪传感器产生稳定可控的交变磁场，电弧在稳定的交变磁场中受到洛伦兹力，使其达到精确横向摆动扫描窄间隙焊缝，焊缝偏差信息通过霍尔传感器检测传输到焊缝跟踪调节器中，进行信号处理以及控制执行机构来调整磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的位置，在保证焊缝成型优良的情况下实现磁控窄间隙埋弧焊的焊缝跟踪。所述的磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的结构如图2所示，它包括导电杆(1)套有单层同轴心圆管，密封的圆管下端通过陶瓷架(11)支撑固定，导电杆(1)和单层同轴心管的上部从电木套筒(19)中心伸出，单层同轴心管与导电杆(1)外壁之间通有冷却水，冷却水的进出水管口从电木套筒(19)伸出并通过燕尾槽盖板(3)固定，导电杆(1)左边为进水管(2)，右边为出水管(20)；单层同轴心圆管左右两边是焊剂槽(17)，焊剂槽(17)的上端接有埋弧焊焊剂漏斗，传感器中的左右两侧是励磁装置和温度检测装置(16)，励磁装置是由弯月形导磁铁芯(14)和缠绕导磁铁芯上的励磁线圈(15)组成，空心结构的弯月形导磁铁芯(13)上端通过燕尾槽盖板(3)的燕尾槽滑块固定，弯月形导磁铁芯的中部固定着温度检测装置(15)，涂有耐高温防水硅胶的励磁装置通过上下端的密封防水塞(12)密封固定，励磁装置的外腔是冷却水腔(18)，空腔板(6)上开有进水口(5)，燕尾槽盖板上开有出水口(4)外接温控阀门，励磁线圈(15)外接磁控窄间隙埋弧焊激磁电源；传感器整体结构为扁薄状，燕尾槽盖板(3)、空腔板(6)和弯月形腔壳(8)都通过螺栓(12)固定连接且各自连接处都装有密封垫片。所述的励磁装置是由弯月形导磁铁芯(14)和励磁线圈(15)组成，弯月形导磁铁芯(14)由薄导磁铁芯片叠加组成，导磁铁芯片表面喷涂有防锈漆和绝缘漆，涂防锈漆是为了防止导磁铁芯磁头长期放在冷却水中生锈，涂绝缘漆是为了降低导磁铁芯片之间产生涡流损耗，减少发热；励磁线圈(15)的方向，围绕着导磁铁芯从左向右方向绕制或从右往左方向绕制，线圈每圈之间相互尽量不要有过多的间隙，防止线圈之间产生电感量而影响磁场，最后励磁装置表面需涂有耐高温绝缘硅胶，防止励磁装置与焊接电源接触短路。所述的智能循环水冷系统是为了冷却磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器，保证传感器的正常运行。由于磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器处于窄间隙焊缝中进行焊接工作，狭小的空间和焊接高温会导致磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器处于高温的环境，因此需要智能循环水冷系统，冷却水从进水管(2)流入，接着从出水管(20)流出并进入空腔板板上的进水口(5)，最终从燕尾槽盖板上的出水口(4)流出至进水管(2)，从而冷却水达到内部自循环的状态，当温度检测装置检测温度变高时，智能地控制温控阀门由关闭状态变为打开状态，因此冷却槽中的冷却水流入进水口(5)，促进内循环冷却水与外界冷却水的循环交换，加速冷却并保证传感器处于正常的温度下，最终保证磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器长期处于正常的工作中。所述的导电杆(1)、导电嘴(9)、单层同轴心管、燕尾槽盖板(3)、空腔板(6)和弯月形腔壳(8)的材质为易导热耐高温特殊材料，电木套筒(19)为绝缘耐高温材料，密封垫片和密封防水塞为耐高温防水密封材料，弯月形导磁铁芯(14)为特殊软磁材料，励磁线圈(15)为电阻小的特殊材料，传感器表面喷涂有特殊绝缘耐高温材料。所述的燕尾槽(3)与单层同轴心管之间采用过盈配合，进水管(2)、出水管(20)与电木套筒(19)之间采用过盈配合，进水口(5)、出水口(4)与空腔板(6)之间采用过盈配合，所有的进出水管口处用密封垫片密封处理。所述的磁控窄间隙埋弧焊激磁电源是由励磁信号发生器、低通滤波、高精度数字功率放大器、励磁线圈、温度检测装置、保护电路、高精度励磁调节器组成，磁控窄间隙埋弧焊激磁电源为磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁装置提供稳定可控的矩形波激磁信号，当电弧扫描到焊缝的两侧时，电流信号变化较为明显，选用矩形波信号有利于实现焊缝跟踪，将激磁信号作用于励磁线圈，励磁装置产生稳定可控的交变磁场，摆动电弧在交变磁场的作用下，达到稳定精确的摆动；磁控窄间隙埋弧焊激磁电源的工作原理，参见图3，由励磁信号发生器产生的矩形波激磁信号，相继经过低通滤波器滤波和通过高精度数字功率放大器的高精度放大后，作用于磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁线圈，使励磁线圈与弯月形导磁铁芯共同作用产生稳定可控的交变磁场，达到稳定精确控制电弧的摆动。一旦励磁装置的温度T发生变化，将导致弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr发生变化，最终励磁装置所产生的磁场B发生巨大变化，弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr，其定义为弯月形导磁铁芯的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值，即：μr＝μ/μ0其中：真空磁导率为μ0＝4π×10-7H/m；磁导率μ和真空磁导率μ0的单位为亨特/米(H/m)，相对磁导率μr是无量纲的纯数。磁导率μ等于弯月形导磁铁芯的磁感应强度B与磁场强度H的比值，即：μ＝B/H其中：磁感应强度B的单位为特斯拉(T)；磁场强度H的单位为安培/米(A/m)。由以上可知，弯月形导磁铁芯的磁导率μ与相对磁导率μr呈一定的正比关系，与此同时也正比例影响着磁感应强度B。弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr随着温度T的变化而变化，如图4所示，当励磁装置的温度位于T1～T2时，弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr变化较平缓，导致弯月形导磁铁芯的磁导率μ基本无变化，基本不影响弯月形导磁铁芯的磁感应强度B，因此高精度励磁调节器不调整励磁信号发生器；当励磁装置的温度位于T2～T3时，弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr变化较快，导致弯月形导磁铁芯的磁导率μ快速增大，因而使磁感应强度B变化较明显，需通过高精度励磁调节器快速精确地调整，使磁感应强度与等最初磁感应强度相一致，不但加强了磁场的稳定性，同时也提高了焊缝跟踪的精度；当励磁装置的温度大于T3时，励磁装置处于非正常工作状态，此时保护电路会发出报警声音，以此提醒操作人员。本发明的有益效果是：本发明提出一种用于窄间隙埋弧焊的磁控焊缝跟踪传感器，磁控窄间隙埋弧焊激磁电源为磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁装置提供稳定可控的矩形波激磁信号，带有智能循环水冷系统的磁控窄间隙埋弧焊跟踪传感器产生稳定可控的交变磁场，电弧在稳定的交变磁场中受到洛伦兹力，使其达到精确横向摆动扫描窄间隙焊缝，焊缝偏差信息通过霍尔传感器检测传输到焊缝跟踪调节器中，进行信号处理以及控制执行机构来调整磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的位置，保证焊缝成型优良的情况下实现磁控窄间隙埋弧焊的焊缝跟踪，磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器配有可控高精度数字化的磁控窄间隙埋弧焊激磁电源，能有效的控制摆动电弧的稳定性，不仅保证传感器长期正常工作，还提高了焊缝跟踪的精度，有效的减少了劳动成本，大大提高了焊接效率。附图说明图1为本发明的工作原理示意图图2为本发明磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的结构示意图图3为本发明的磁控窄间隙埋弧焊激磁电源流程图图4为本发明的导磁铁芯的相对磁导率随温度变化示意图图中：1-导电杆，2-进水管，3-燕尾槽盖板，4-出水口，5-进水口，6-空腔板，7-密封垫片，8-弯月形腔壳，9-导电嘴，10-焊丝，11-陶瓷架，12-密封防水塞，13-螺栓，14-弯月形导磁铁芯，15-励磁线圈，16-温度检测装置，17-焊剂槽，18-冷却水腔，19-电木套筒，20-出水管具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。实施例1，参见图1，该传感器主要由磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器、焊接电源、霍尔传感器、焊缝跟踪调节器、执行机构、磁控窄间隙埋弧焊激磁电源、送丝机构、焊剂漏斗等部分组成。磁控窄间隙埋弧焊激磁电源为磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁装置提供稳定可控的矩形波激磁信号，励磁装置产生稳定可控的交变磁场，电弧在稳定的交变磁场中受到洛伦兹力，使其达到精确横向摆动扫描窄间隙焊缝，焊缝偏差信息通过霍尔传感器检测传输到焊缝跟踪调节器中，进行信号处理以及控制执行机构来调整磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的位置，在保证焊缝成型优良的情况下实现磁控窄间隙埋弧焊的焊缝跟踪。实施例2，所述的磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的结构如图2所示，导电杆(1)套有单层同轴心圆管，密封的圆管下端通过陶瓷架(11)支撑固定，导电杆(1)和单层同轴心管的上部从电木套筒(19)中心伸出，单层同轴心管与导电杆(1)外壁之间通有冷却水，冷却水的进出水管口从电木套筒(19)伸出并通过燕尾槽盖板(3)固定，导电杆(1)左边为进水管(2)，右边为出水管(20)；单层同轴心圆管左右两边是焊剂槽(17)，焊剂槽(17)的上端接有埋弧焊焊剂漏斗，传感器中的左右两侧是励磁装置和温度检测装置(16)，励磁装置是由弯月形导磁铁芯(14)和缠绕导磁铁芯上的励磁线圈(15)组成，空心结构的弯月形导磁铁芯(13)上端通过燕尾槽盖板(3)的燕尾槽滑块固定，弯月形导磁铁芯的中部固定着温度检测装置(15)，涂有耐高温防水硅胶的励磁装置通过上下端的密封防水塞(12)密封固定，励磁装置的外腔是冷却水腔(18)，空腔板(6)上开有进水口(5)，燕尾槽盖板上开有出水口(4)，励磁线圈(15)外接磁控窄间隙埋弧焊激磁电源；传感器整体结构为扁薄状，燕尾槽盖板(3)、空腔板(6)和弯月形腔壳(8)都通过螺栓(12)固定连接且各自连接处都装有密封垫片。所述的励磁装置是由弯月形导磁铁芯(14)和励磁线圈(15)组成，弯月形导磁铁芯(14)由薄导磁铁芯片叠加组成，导磁铁芯片表面喷涂有防锈漆和绝缘漆，涂防锈漆是为了防止导磁铁芯磁头长期放在冷却水中生锈，涂绝缘漆是为了降低导磁铁芯片之间产生涡流损耗，减少发热；励磁线圈(15)的方向，围绕着导磁铁芯从左向右方向绕制或从右往左方向绕制，线圈每圈之间相互尽量不要有过多的间隙，防止线圈之间产生电感量而影响磁场，最后励磁装置表面需涂有耐高温绝缘硅胶，防止励磁装置与焊接电源接触短路而损坏。所述的智能循环水冷系统是为了冷却磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器，保证传感器的正常运行。由于磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器处于窄间隙焊缝中进行焊接工作，狭小的空间和焊接高温会导致磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器处于高温的环境，因此需要智能循环水冷系统，冷却水从进水管(2)流入，接着从出水管(20)流出并进入空腔板板上的进水口(5)，最终从燕尾槽盖板上的出水口(4)流出至进水管(2)，从而冷却水达到内部自循环的状态，当温度检测装置检测温度变高时，智能地控制温控阀门由关闭状态变为打开状态，因此冷却槽中的冷却水流入进水口(5)，促进内循环冷却水与外界冷却水的循环交换，加速冷却并保证传感器处于正常的温度下，最终保证磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器长期处于正常的工作中。所述的导电杆(1)、导电嘴(9)、单层同轴心管、燕尾槽盖板(3)、空腔板(6)和弯月形腔壳(8)的材质为易导热耐高温特殊材料，电木套筒(19)为绝缘耐高温材料，密封垫片和密封防水塞为耐高温防水密封材料，弯月形导磁铁芯(14)为特殊软磁材料，励磁线圈(15)为电阻小的特殊材料，传感器表面喷涂有特殊绝缘耐高温材料。所述的燕尾槽(3)与单层同轴心管之间采用过盈配合，进水管(2)、出水管(20)与电木套筒(19)之间采用过盈配合，进水口(5)、出水口(4)与空腔板(6)之间采用过盈配合，所有的进出水管口处用密封垫片密封处理。实施例3，所述的磁控窄间隙埋弧焊激磁电源是由励磁信号发生器、低通滤波、高精度数字功率放大器、励磁线圈、温度检测装置、保护电路、高精度励磁调节器组成，磁控窄间隙埋弧焊激磁电源为磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁装置提供稳定可控的矩形波激磁信号，当电弧扫描到焊缝的两侧时，电流信号变化较为明显，选用矩形波信号有利于实现焊缝跟踪，将激磁信号作用于励磁线圈，励磁装置产生稳定可控的交变磁场，摆动电弧在交变磁场的作用下，达到稳定精确的摆动；磁控窄间隙埋弧焊激磁电源的工作原理，参见图3，由励磁信号发生器产生的矩形波激磁信号，相继经过低通滤波器滤波和通过高精度数字功率放大器的高精度放大后，作用于磁控窄间隙埋弧焊焊缝跟踪传感器的励磁线圈，使励磁线圈与弯月形导磁铁芯共同作用产生稳定可控的交变磁场，达到稳定精确控制电弧的摆动。一旦励磁装置的温度T发生变化，将导致弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr发生变化，最终使励磁装置所产生的磁场B发生巨大变化。弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr随着温度T的变化而变化，如图4所示，当励磁装置的温度位于T1～T2时，弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr变化较平缓，导致弯月形导磁铁芯的磁导率μ基本无变化，基本不影响弯月形导磁铁芯的磁感应强度B，因此高精度励磁调节器不调整励磁信号发生器；当励磁装置的温度位于T2～T3时，弯月形导磁铁芯的相对磁导率μr变化较快，导致弯月形导磁铁芯的磁导率μ快速增大，因而使磁感应强度B变化较明显，需通过高精度励磁调节器快速精确地调整，使磁感应强度与等最初磁感应强度相一致，不但加强了磁场的稳定性，同时也提高了焊缝跟踪的精度；当励磁装置的温度大于T3时，励磁装置处于非正常工作状态，此时保护电路会发出报警声音，与此同时关断磁控窄间隙埋弧焊激磁电源和焊接电源，使磁控窄间隙埋弧焊传感器停止工作。