[发明专利]一种具有磁聚电弧作用的磁控旋转电弧传感器

说明书

本发明提出了一种具有磁聚电弧作用的旋转电弧传感器，可用于复杂曲面的表面修复、自动化焊接的焊缝跟踪以及解决当前磁控旋转电弧传感器的电弧发散不稳、电弧过渡角大和电弧热量不集中等弊端。发明所述的传感器包括封盖体、取代气罩和固定磁极的倒锥形下壳体、输送冷却油的输油管、产生水平面上和竖直平面上横向磁场的磁极组以及套在磁极上的软铁套和固定磁极的胶木塞。本传感器结构呈倒锥形，故简单紧凑可达性好，可对电弧进行磁汇聚、机械压缩和热压缩，因而焊接时不仅使得电弧稳定偏转，还使得电弧在偏转的同时发生汇聚，提高电弧挺度，提升了传感器信号的稳定性以及焊接电弧的热效率，进而提升了生产率。

技术领域

本发明应用于焊接自动化和复杂曲面修复的再制造领域，具体涉及一种具有磁聚电弧作用的旋转电弧传感器。

背景技术

近年来，随着电磁作用焊接技术的不断完善，磁控电弧传感器在堆焊自由曲面特征识别和埋弧焊智能焊缝跟踪的研究具有巨大的应用前景和实用价值。

电弧是一种持续的气体放电现象，其组成成分的99.9％是电子。因此，在焊接时对电弧施加磁场使得电弧偏转，如磁偏吹现象就是由于电弧周围的磁场分布不均匀所造成的。目前常用的施加磁场的方式有：外加横向磁场和外加纵向磁场。横向磁场可控制电弧偏转和改善焊缝成形，纵向磁场可收缩电子螺旋运动的半径和搅拌焊接熔池提高焊接质量。

国外很早就已经研究磁场对焊接技术的影响。上世纪七、八十年代，乌克兰基辅工业大学的学者发现了外加纵向磁场可促进熔池金属流动和晶粒细化，提升焊缝性能；1980年， Takeda K等人提出电弧在横向磁场的作用下呈弯弧状的结论；2002年，Gavrilov等人发现电弧在横向磁场的作用下发生加速和偏转减速的现象，并对其原因进行了分析。

国内方面主要有：清华大学通过对电弧内部能量分布的研究，提出了一个横向磁场中动态电弧的近似计算模型；太原工业大学利用双尖角磁场把电弧压缩成椭圆形，并将其应用于等离子焊中；西安交通大学殷咸青研究了外加交变纵向磁场对LD10CS铝合金在He- TIG焊接下的焊缝组织细化机理；北京工业大学提出过一种基于三相电的磁控电弧旋转的发生装置，并将其应用于焊接电弧控制和焊接工艺改善。

综上所述，国内外学者多是研究磁场对焊接组织、熔池金属流动和改善焊接成形等。很少有将其应用到焊缝跟踪传感器上的，更没有提出一种具有磁场既能控制其偏转又可以使其在偏转的同时又汇聚的磁控旋转电弧传感器。

发明内容

磁场控制电弧偏转与电弧磁偏吹现象的机理类似，而磁偏吹本身就是电弧不稳的一种现象。因此为了解决磁控电弧，电弧不稳的问题，本发明提供了一种具有磁场既能控制其偏转又可以使其在偏转的同时汇聚的磁控旋转电弧传感器。可用于复杂曲面的表面修复、自动化焊接的焊缝跟踪以及解决当前磁控旋转电弧传感器的电弧发散不稳、电弧过渡角大和电弧热量不集中等弊端。发明所述的传感器包括封盖体、取代气罩和固定磁极的倒锥形下壳体、产生X和Y两个方向的横向磁场的磁极组以及固定磁极的胶木圈。

本发明具有以下优点：结构简单紧凑，而且由于磁极组成倒锥形排列，既可以增强传感器的可达性又能减少角焊缝两侧工件对磁场的阻碍，以及焊接时不仅使得电弧稳定旋转，还使得电弧在偏转的同时发生汇聚，提高电弧挺度。这大大提升了传感器信号的稳定性以及焊接电弧的热效率，进而提升了生产率。

本发明解决以上技术问题所采用的技术方案，一种具有磁聚电弧作用的旋转电弧传感器，包括封盖体、下壳体、胶木塞和磁极组。本发明为了使得传感器产生可使得电弧既偏转又在偏转中发生汇聚，同时又考虑了传感器的可达性，遂将本传感器的结构设计成倒锥形。其特点有：下壳体呈倒锥形，内部底端设有八个浅凹槽和胶木塞的八个夹角为45度的孔一起固定磁极组，并使得磁极组的磁极轴线与壳体母线平行，呈倒锥式排列，所述锥形的圆锥角为70度到80度；壳体的内孔壁与焊枪采用螺纹连接，既可固定传感器又能取代气罩的功能；传感器设有进油口和出油口，可用于对磁极直接冷却；下壳体与封盖体通过 M4螺钉连接进行封盖和防止胶木塞松动。