[发明专利]磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁场控制焊接方法及其磁场发生装置，特别是一种磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置。

背景技术

随着材料科学和工程技术的发展，现代结构材料对焊接质量的要求越来越高。研究表明，焊接接头的内部晶粒结构显著影响焊缝金属的强度等性能，细小的等轴晶能减少结晶裂纹、提高力学性能(如强度、韧性、疲劳寿命)。因此，控制焊接接头内部晶粒形态、尺寸成为人们研究的热点。磁场控制焊接技术是通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，进而影响焊接过程，改善焊接工艺。国内外现有的用于焊接技术的磁场形式主要有横向磁场、纵向磁场，尖角磁场和旋转磁场等，通过大量实验证明，这几种磁场形式都可以对电弧实现调节，其主要是通过调节励磁电流实现对磁场的调节，从而影响电弧形态，改善焊缝成形。

尽管现有的磁场形式通过调节励磁电流实现对磁场大小的调节，进而实现对电弧形态、熔滴过渡、熔池状态的影响，改善焊接过程，但是这种仅仅通过对励磁电流的调节，实现对焊接过程影响的装置并不完美。一方面它只能调节磁场的大小，不能调节磁场的分布；另一方面其对磁场强度的调节范围较小，若要实现大的磁场强度就需要一个大的线圈或大电流，这对于实际工程应用都具有不小的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有磁场装置的缺陷，提供了一种磁透镜作用下振荡焊接方法及磁透镜装置，利用控制磁路的原理来实现对磁场强度和分布进行控制，通过调节极靴间隙来实现对磁场大小和磁场分布的调节，进而实现电弧的收缩、分散、旋转运动，控制焊接过程，改善焊缝成形。

磁透镜工作原理

图2磁透镜的聚焦原理示意图。通电的线圈就是一个简单的电磁透镜，它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。磁力线围绕导线呈环状，磁力线上任意一点的磁感应强度B都可以分解成平行于透镜主轴的分量Bz和垂直于主轴的分量Br(图2-1a)，速度为V的平行电子束进入透镜的磁场时，位于A电的电子将受到Br分量的作用。根据右手法则，电子所受的切向力Ft(如图2-1b)。Ft使电子获得一个切向速度 Vt。Vt随即和Bz分量叉乘，形成另一个向透镜主轴靠近的径向力Fr使电子向主轴偏转(聚焦)。当电子穿过线圈走到B点位置时，Br的方向改变了180度，Ft随之反向只能使Vt变小，但不能改变Vt的方向，因此穿过线圈的电子仍然趋向于向主轴靠近，结果使电子作圆锥螺旋近轴运动，终将汇聚于主轴上一点(如图2-1c)，即焦点，这与光学凸透镜对平行光的聚焦十分相似，故叫磁透镜。

本发明的原理如下：

在直流焊接的过程中施加交变磁场、交流焊接的过程中施加直流静磁场，通过电流和磁场的相互作用产生电磁振荡；同时通过磁透镜原理对焊接电弧进行有效控制，控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝组织。

根据上述原理，为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种磁透镜作用下振荡焊接方法，通过外加磁场控制焊接电弧，影响电弧的形态、熔滴过渡和焊接熔池，从而影响焊接过程，改善焊接工艺，其特征在于：

(1)在直流焊接的过程中施加交变磁场，而在交流焊接的过程中施加直流静磁场，通过电流和磁场的相互作用产生电磁振荡；

(2)同时通过磁透镜装置对焊接电弧进行有效控制，从而有效控制焊接过程，改善焊缝成形，细化焊缝组织。

在上述的焊接方法中，在焊缝的上方设置双极靴磁透镜装置控制焊接过程。

上上述的焊接方法中，在焊缝的下方设置单极靴磁透镜装置控制焊接过程。

一种双极靴磁透镜装置，应用于上述焊接方法，包括位于焊缝正上方的焊枪和线圈，其特征在于所述焊枪位于一个内圆筒内；有一个连接胶木，其内螺纹与焊枪旋接，外螺纹与内圆筒旋接；所述线圈安置在一个外盒内，外盒上端开口处有法兰与一个磁头顶盖通过螺栓固定连接，所述磁头顶盖内凸缘通过螺栓与所述内圆简固定连接；所述内圆筒的下端口与所述外盒的下端口构成双极靴，双极靴之间的间隙通过旋转所述连接胶木实现调节。

一种单极靴磁透镜装置，应用于上述焊接方法，包括位于焊缝正上方的焊枪和线圈，其特征在于所述线圈安置在一个位于焊缝正下方的磁场底板上，外围有一个环状磁场侧板，在所述线圈中心有一个尖锥形极靴，其采锥对准焊缝，而下端与所述磁场底板连接成一体。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实出实质性特点和显著优点：