一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器的制作方法

本文发明一种利用交变的磁场作用于tig焊接的电弧上，实现对焊缝跟踪的目的，具体的说，是一种利用磁场控制电弧偏转的焊缝跟踪传感器。

技术背景

电磁作用焊接技术是近年来逐渐完善起来的一种新的焊接技术，随着研究的不断深入，研究范围日益扩大，磁控焊接技术得到了快速发展，并逐步形成了相关的理论，同时，已有部分技术在生产实践中得以应用。

由于tig焊的电弧的弧柱是包含了大量的电子、正离子等带电粒子和中性粒子等聚合在一起的气体状态，所以在磁场的作用下，弧柱间的带电粒子受到洛伦兹力的作用做相关的运动使电弧的形态发生改变和位置发生变动。目前常用施加的磁场的方式有：施加纵向的磁场，如果电弧中带电质点运动方向与外磁场磁力线不平行，这些质点受磁场作用，将产生螺旋运动。可以使电弧聚焦，并且搅拌熔池使组织的晶粒细化，提高焊接质量；施加横向磁场，可以控制电弧的摆动和改善焊缝成型；施加尖角磁场，可以改变电弧的形状，根据焊接工艺的需要，对电弧进行对应的拓宽和压缩，弧柱能量密度和电弧电场强度提高。

潘继民等针对az31+1％ce+l％sb镁合金进行交流纵向磁场控制下的自动tig焊试验结。果表明：交流纵向磁场可促使焊接电弧周期性旋转，有利于焊缝成形。磁场的电磁搅拌作用使得焊缝组织均匀细化，接头的焊缝区和热影响区显微硬度均高于母材，抗拉强度较无磁场时明显提高。

刘政军等采用外加交流纵向磁场控制对az3l镁合金进行tig焊试验。指出，电磁搅拌使之从熔体温度场均匀化、机械作用、溶质均匀化、抑制初生á-mg各向异性生长四个方面影响晶粒的形核及长大过程。在电磁场的作用下，焊缝晶粒细化，进而改善焊接接头的抗拉强度和硬度等性能。同时，使合金中的杂质球化并弥散分布，促进气泡上浮，减少焊缝气孔，降低焊接接头热裂敏感性。系统地解释了外加对镁合金焊缝组织性能的提高。

罗键等人则采用脉冲纵向磁场控制tig焊工艺对az3lb镁合金进行试验，结果显示，受磁场的影响，镁合金焊缝的熔深减小，熔宽增大，晶粒细化，焊接接头的热裂敏感性明显降低，结晶裂纹和液化裂纹均得到有效的抑制。

在国外，lofinaovp.a等学者将埋弧自动焊焊接进行中施加外加磁场，观察且分析外加磁场对焊丝熔化速率的作用规律。日本方面，在双丝tig焊接阶段里采取外加磁场控制，影响了焊缝金属的冶金反应。manage等人分析了磁场对焊接电弧以及焊缝金属地作用规律。

综上所述，国内外学者大多是将磁场运用在焊接组织，焊接接头性能，对熔滴过度的影响等，也有一些将磁场运用到焊缝跟踪传感器上，但如何使电弧在偏移过程中稳定燃烧是一个亟待解决的问题，更没有一种通过磁场控制电弧偏移又可以控制电弧聚焦的电弧传感器

技术实现要素：

针对现有的技术缺陷，本发明的目的在于提出一种用磁场控制双钨极电弧摆动的焊缝跟踪传感器，该传感器通过外加稳定的磁场，并通过改变两个钨极上的磁感线圈的电流方向，从而牵引电弧摆动扫描焊缝。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：该装置包括磁场激励电源、霍尔传感器、焊接电源、磁感线圈、数据分析系统等部分组成，磁场激励电源向两个磁感线圈输出特定的直流电流产生磁场，由于两个钨极上的磁感线圈通电电流方向不同，从而导致钨极尖端的磁场极性不同，在空间上生成闭合的磁场线，在钨极尖端形成一定角度的横向磁场，然后有规律的改变两个钨极上的磁感线圈的电流方向，牵引电弧有规律的摆动，并且由于磁感线圈缠绕在硅环套筒上，可以达到聚磁的作用，可以使电弧摆动的角度加大。霍尔传感器接收到焊接时电弧参数的变化得到相应的数据，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊接参数，将这些参数反馈到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊接路径和焊接参数进行调整，实现焊缝自动跟踪。

本发明所述的支持套筒最下端有一层支撑面，将合适大小的硅套筒装配到支撑套筒上，而支持套筒最上端有一个进水口和一个出水口，在套筒最外层和内层之间有一个环形储水槽。本发明磁控电弧传感器内的水冷装置采用循环水冷却，进水口接进水管，出水口接出水管。当进水速率等于出水速率，以保证冷却水循环的顺畅。磁感线圈紧紧缠绕在硅套筒外壁，这种方式可以使励磁线圈温度一直磁线圈温度一直控制在一定温度点以下，以保证焊接过程中励磁正常进行。

本发明的磁场发生装置是依靠磁场激励电源给缠绕在支撑套筒上的磁感线圈通电产生纵向的磁场。

本发明所述的磁场激励电源为直流电源，可以根据焊缝状况来调节输出电流的大小从而改变磁场的大小，进而改变电弧的摆动角度大小。

本发明的工作原理及作用如下：

图3为两个钨极在与垂直轴线对称时，磁感线圈没有电流通过，钨极起弧后，两个钨极的电弧的电流都是相同流向，所以两道电弧会相互吸引汇聚成一道电弧。图4为当磁感线圈开始通电后，汇聚后的电弧在洛伦兹力的牵引下，向焊缝的一边发生偏移，图5为改变磁感线圈的电流流向，从而改变磁场的方向，同样汇聚后的电弧在洛伦兹力的牵引下，向焊缝的另一边发生偏移。

本发明具有如下的有益效果：一般单钨极的热输出能量小，形成的焊缝熔深比较浅，利用双钨极的热输出可以加大焊缝熔深提高生产率，同时钨极采用的直流正接法，电弧能够稳定的燃烧，在具有一定夹角的横向磁场的约束下，电弧不会因为惯性而发散，而达到电弧偏移的效果，从而有效的提取电弧的信息进行电弧跟踪。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的支撑套筒整体结构图

图3图4和图5为本发明工作时传感器和相对应焊接工件的焊缝位置图

图6为本发明的磁场脉冲电流的波形图

图中1—进水口，2—出水口，3—支撑套筒，4—喷嘴，5—钨极，6—硅环套筒，7—导线，8—磁感线圈，9—磁场激励电源，10—工件，11—电弧，12—磁场线

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明

参见图1，本实施例通过改变磁场方向对电弧的运动进行控制，进行自动扫描跟踪的装置包括：磁场激励电源、磁感线圈、硅套筒、支撑套筒等。磁场激励电源向磁感线圈输出特定的直流电产生磁场，并通过计算机控制磁感线圈的电流方向使磁场方向发生周期性的变化，牵引电弧有规律的进行焊缝扫描运动，霍尔传感器接收到电弧运动时焊接电流的变化得到相应的数据，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊缝位置参数，这些参数输入到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊枪的位置进行调节，实现焊缝自动跟踪。电弧进行自动扫描所需要的理论公式如下：

上式中r为电子在磁场中做圆周运动的半径，m为电子的质量，v为电子的纵向速度，q为电子所带的电荷量，b为感应磁场的大小。

参见图2，在支撑套筒下面有一个端面，选择合适大小的硅套筒装配，将磁感线圈缠绕在硅套筒上面，在支撑套筒外壁和内壁之间形成一个储水槽对磁感线圈进行冷却，并且在关于套筒中心对称的套筒顶部有一个进水口和一个出水口，方便对冷却水进行交换。

实施案例，参见图3、图4、图5，是磁控电弧跟踪的传感器相对应焊接工件的焊缝位置图，图3为磁感线圈没有电流时，两个钨极起弧后的电弧在焊缝的位置和形态，图4为在两个钨极上的磁感线圈在通电后，产生了闭合的磁场线。在磁场的作用下，电弧会受洛伦兹力的作用，牵引电弧向左偏移，扫描焊件左边的焊缝。同时改变磁感线圈电流大小，可以改变电弧偏移的角度和距离，图5为改变磁感线圈电流的方向，导致产生的磁场方向也会发生改变，同样在洛伦兹力的牵引下，电弧会向右，扫描焊件右边的焊缝。

电弧发生偏转的方向是通过控制磁感线圈电流的方向来进行控制，电弧发生偏移的时间与计算机控制磁场激励电源输出脉冲电流的时间一致。

电弧在磁场的作用下来回扫描焊缝时，相关的电弧参数被霍尔元件传感器提取，并且每一个焊缝位置都会有一个对应的焊接参数与之对应，将这些数据输入到数据分析系统进行分析得到相应的焊接参数，将这些参数反馈到调节机构，调节机构根据得到的数据对焊接路径和焊接参数进行调整，从而实现对焊缝精密的自动跟踪。