一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置

1.本发明涉及磁控电弧焊接技术领域，具体来说，涉及一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置，该装置的组成包括：异形阶梯式安装基座、u形水冷铜管、励磁线圈、导磁磁极、焊枪。


背景技术：

2.磁控电弧焊接技术，是用外加磁场控制或改善电弧焊接过程稳定性、提高焊接质量与效率的一种方法。磁控电弧是由磁场发生装置中的励磁线圈通入励磁电流，以产生所需要的横向、纵向或尖角磁场，进而改善电弧形态和调控焊接工艺。
3.尖角磁场早在上世纪八十年代，由林杰才、赵国华等人开始研究尖角磁场对细丝co2焊接电弧的影响，发现尖角磁场对焊接电弧的压缩和拉伸效应，降低飞溅，使焊缝美观；再有赵彭生、祝树燕等人率先引入双尖角磁场对等离子弧进行二次压缩；后有k.nomura、k. morisaki等国外学者研究了在tig中使用四个永磁体产生尖角磁场，电弧在尖角磁场作用下由圆形压缩为椭圆形，获得了良好的焊缝形态。
4.但是在现有研究中都普遍存在产生尖角磁场的磁场发生装置无法长时间工作且无法通入大电流的问题，因为当励磁线圈通入励磁电流时，由于励磁线圈为多层绕制，磁控电弧装置在工作时出现发热、发烫甚至线圈烧毁的现象；若降低励磁电流的大小，又无法获得所需的磁场强度及分布，并且现有磁场发生装置多为分体式、多励磁线圈结构，装置结构复杂、占用空间大、焊枪可达性差。因此缺少一种结构简单，可降低整体励磁装置温度的且可产生所需尖角磁场的装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有磁控电弧装置中励磁线圈可通入的电流小、装置整体发热、发烫严重、装置使用寿命短且装置结构复杂体积大的技术问题，提供了一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置。
6.本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：如图1和图2所示，所述装置的组成包括：异形阶梯式安装基座、u形水冷铜管、励磁线圈、导磁磁极、焊枪；
7.其中，所述异形阶梯式安装基座的主体结构为阶梯式圆柱体环，根据功能的不同可分为四个圆柱体环：第一圆柱体环(1)、第二圆柱体环(2)、第三圆柱体环(3)、第四圆柱体环(4)，四个圆柱体环的结构与功能特征分别如下：
8.第一圆柱体环(1)位于整个异形阶梯式安装基座的最上层，在圆柱体环(1)的侧面上设有四个均布的固定螺纹孔(8)，用于通过螺钉将安装基座与焊枪(9)进行固定；
9.第二圆柱体环(2)位于圆柱体环(1)的下层，在圆柱体环(2)的内部开有沿向外环边的两对半开放腰孔，用于固定所述u形水冷铜管(16)的上端位置；在圆柱体环(2)的侧面上设有四个均布的固定螺纹孔(7)，其中两个固定螺纹孔(7)位于两对半开放腰孔所在的外环侧面中心，所述四个固定螺纹孔(7)用于安装第一导磁磁极(14)；
10.第三圆柱体环(3)位于圆柱体环(2)的下层，在圆柱体环(3)的外环侧面设有两条对称分布的u形凹槽(6),所述u形凹槽(6)的深度与u形水冷铜管(16)的外径相同，u形凹槽(6)的上端与圆柱体环(2)内的半开放腰孔连通，所述u形凹槽(6)用于固定u形水冷铜管(16)的下端位置；所述u形水冷铜管(16)被圆柱体环(3)与(2)固定安装后，将励磁线圈(11)绕制在圆柱体环(3)的外环面上；
11.第四圆柱体环(4)位于整个异形阶梯式安装基座的最下层，在圆柱体环(4)的底面设有与 u形凹槽(6)错开90
°
对称分布的两个固定螺纹孔(5),所述两个固定螺纹孔(5)用于安装第二导磁磁极(13)；
12.所述导磁磁极由一对第一导磁磁极(14)和一对第二导磁磁极(13)组成，其中，第一导磁磁极为类“l”型折线结构并且其折线位置与所述异形阶梯式安装基座的第四圆柱体环(4)的高度平齐，第一导磁磁极(14)的上端通过固定螺纹孔(7)与所述异形阶梯式安装基座的第二圆柱体环(2)进行连接；第二导磁磁极为“i”形结构，第二导磁磁极(13)的上端通过固定螺纹孔(5)与所述异形阶梯式安装基座的第四圆柱体环(4)进行连接。
13.所述励磁线圈(11)通入励磁电流后，所述异型阶梯式安装基座的第二圆柱体环(2)与第四圆柱体环(4)分别形成磁极极性相异的n/s磁极，第一导磁磁极将第二圆柱体环(2)产生的n/s极传递到电弧中心与所述第四圆柱体环(4)底部环面的第二导磁磁极在焊接电弧区域形成n极与n极相对、s极与s极相对且ns极相邻的尖角磁场，同时各个磁极所在位置的 n/s极性可以随励磁电流的变换而随之变换。
14.所述的一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置适用于钨极氩弧焊(tig焊)、熔化极气体保护焊(mig焊、mag焊、co2焊)。
15.所述尖角磁场发生装置仅用单线圈产生尖角磁场。
16.所述整个装置为一体式装置，体积小，可达性高，可适用于多种坡口；
17.本发明的有益效果是：本发明提供了一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置，一方面该装置与普通磁控电弧磁场发生装置相比，创新设计了一种内嵌水冷铜管的异形阶梯式安装基座作为励磁线圈的绕制基体，内嵌水冷铜管能够有效将磁控电弧磁场发生装置工作过程中产生的励磁线圈发热、励磁铁芯发热、焊接电弧传导热充分带走，充分降低磁控电弧磁场发生装置的工作温度，使得励磁线圈在相同情况下可通过更大电流、工作更长时间，解决了普通磁控电弧装置励磁线圈发热、发烫严重的问题，能够持续保证焊接过程的稳定性，有效解决了励磁线圈发热严重而烧损的问题；另一方面，本发明提供了一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置的整体解决方案，本发明所述装置为一体式结构，整体结构小巧，解决了普通磁控装置结构臃肿、焊接可达性和适用性较差的问题，该装置体积小、易拆卸、可达性高，可适用于多种坡口，更适应于多种焊接场合。所述装置在焊接过程中能够提供长时间持续稳定的磁场分布，降低焊接损耗、焊接成本和提高焊接效率，广泛适用多种焊接方法、焊接场景的不同磁控电弧焊接工艺需求。
附图说明
18.图1是本发明的所述异形阶梯式安装基座的结构示意图
19.图中：1-第一圆柱体环，2-第二圆柱体环，3-第三圆柱体环，4-第四圆柱体环，5-固定螺纹孔，6-u形凹槽，7、8-固定螺纹孔；
20.图2是本发明的装置整体示意图
21.图中：9-焊枪，10-螺钉，11-励磁线圈，12-铜丝，13-第二导磁磁极，14-第一导磁磁极，15-固定螺钉，16-u形水冷铜管；
22.图3是本发明的所述导磁磁极示意图
23.图4是本发明的所述u形水冷铜管示意图
24.图5是本发明在某工作时刻产生的尖角磁场分布示意图
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
26.实施例1,参见图1、图2，本实施例提供了一种一体式水冷磁控尖角磁场发生装置，所述装置的组成包括：异形阶梯式安装基座、u形水冷铜管、励磁线圈、导磁磁极、焊枪；
27.其中，所述异形阶梯式安装基座的主体结构为阶梯式圆柱体环，如图1所示，根据功能的不同可分为四个圆柱体环：第一圆柱体环(1)、第二圆柱体环(2)、第三圆柱体环(3)、第四圆柱体环(4)，四个圆柱体环的结构与功能特征分别如下：
28.第一圆柱体环(1)位于整个异形阶梯式安装基座的最上层，在圆柱体环(1)的侧面上设有四个均布的固定螺纹孔(8)，用于通过螺钉将安装基座与焊枪(9)进行固定，如图2所示；
29.第二圆柱体环(2)位于圆柱体环(1)的下层，在圆柱体环(2)的内部开有沿向外环边的两对半开放腰孔，用于固定所述u形水冷铜管(16)的上端位置；在圆柱体环(2)的侧面上设有四个均布的固定螺纹孔(7)，其中两个固定螺纹孔(7)位于两对半开放腰孔所在的外环侧面中心，所述四个固定螺纹孔(7)用于安装第一导磁磁极(14)，如图2所示；
30.第三圆柱体环(3)位于圆柱体环(2)的下层，在圆柱体环(3)的外环侧面设有两条对称分布的u形凹槽(6),所述u形凹槽(6)的深度与u形水冷铜管(16)的外径相同，u形凹槽(6)的上端与圆柱体环(2)内的半开放腰孔连通，用于固定u形水冷铜管(16)的上端位置；所述u 形水冷铜管(16)被圆柱体环(3)与(2)固定安装后，将励磁线圈(11)绕制在圆柱体环(3)的外环面上，如图2所示；
31.第四圆柱体环(4)位于整个异形阶梯式安装基座的最下层，在圆柱体环(4)的底面设有与 u形凹槽(6)错开90
°
对称分布的两个固定螺纹孔(5),所述两个固定螺纹孔(5)用于安装第二导磁磁极(13)，如图2所示；
32.实施例2,如图3所示为本发明装置的导磁磁极示意图，所述导磁磁极由一对第一导磁磁极(14)和一对第二导磁磁极(13)组成，其中，第一导磁磁极为类“l”型折线结构并且其折线位置与所述异形阶梯式安装基座的第四圆柱体环(4)的高度平齐，第一导磁磁极(14)的上端通过固定螺纹孔(7)与所述异形阶梯式安装基座的第二圆柱体环(2)进行连接；第二导磁磁极为“i”形结构，第二导磁磁极(13)的上端通过固定螺纹孔(5)与所述异形阶梯式安装基座的第四圆柱体环(4)进行连接；
33.实施例3,所述u形水冷铜管(12)共有两组，如图四所示为本发明装置的u形水冷铜管示意图，四个接头之间可采用串联或者并联任意组合连接，每个连接部位均设有密封圈；当焊枪开始工作时，水冷装置打开，冷却液在u形水冷铜管中循环流动降低该装置的整体温度；
34.实施例4，如图5所示为本发明在某工作时刻产生的尖角磁场分布示意图，所述励磁线圈(11)通入励磁电流后，所述异型阶梯式安装基座的第二圆柱体环(2)与第四圆柱体环(4)分别形成磁极极性相异的n/s磁极，第一导磁磁极将第二圆柱体环(2)产生的n/s极传递到电弧中心与所述第四圆柱体环(4)底部环面的第二导磁磁极在焊接电弧区域形成n极与n极相对，s极与s极相对且ns极相邻的尖角磁场；同时各个磁极所在位置的n/s极性可以随励磁电流的变换而随之变换。
35.实施例5，所述一种一体式水冷磁控电弧尖角磁场发生装置，在励磁线圈绕制400-500 匝数时，可通入1-10a电流，焊接工作30分钟后，该装置整体温度较低，励磁线圈无明显发热现象；对比普通无水冷磁控电弧磁场发生装置在相同焊接条件下仅可通入1-3a电流且装置工作两分钟后励磁线圈急剧发热，无法继续进行焊接工作。
36.实施例6,所述装置适用于钨极氩弧焊(tig焊)、熔化极气体保护焊(mig焊、mag焊、 co2焊)。
37.实施例7,所述尖角磁场发生装置仅用单线圈产生尖角磁场。
38.实施例8,所述整个装置为一体式装置，体积小，可达性高，可适用于多种坡口；
39.以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明原理和权利要求所保护范围的情况下，所作出的若干具体变换，都属于本发明的保护范围之内。