專利名稱：磁透鏡作用下振蕩焊接方法及磁透鏡裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁場控制焊接方法及其磁場發生裝置，特別是一種磁透鏡作用下 振蕩焊接方法及磁透鏡裝置。
技術背景隨著材料科學和工程技術的發展，現代結構材料對焊接質量的要求越來越高。研 究表明，焊接接頭的內部晶粒結構顯著影響焊縫金屬的強度等性能，細小的等軸晶能 減少結晶裂紋、提高力學性能(如強度、韌性、疲勞壽命)。因此，控制焊接接頭內 部晶粒形態、尺寸成為人們研究的熱點。磁場控制焊接技術是通過外加磁場控制焊接 電弧，影響電弧的形態、熔滴過渡和焊接熔池，進而影響焊接過程，改善焊接工藝。 國內外現有的用于焊接技術的磁場形式主要有橫向磁場、縱向磁場，尖角磁場和旋轉 磁場等，通過大量實驗證明，這幾種磁場形式都可以對電弧實現調節，其主要是通過 調節勵磁電流實現對磁場的調節，從而影響電弧形態，改善焊縫成形。盡管現有的磁場形式通過調節勵磁電流實現對磁場大小的調節，進而實現對電弧 形態、熔滴過渡、熔池狀態的影響，改善焊接過程，但是這種僅僅通過對勵磁電流的 調節，實現對焊接過程影響的裝置并不完美。 一方面它只能調節磁場的大小，不能調 節磁場的分布；另一方面其對磁場強度的調節范圍較小，若要實現大的磁場強度就需 要一個大的線圈或大電流，這對于實際工程應用都具有不小的難度。 發明內容本發明的目的在于克服了現有磁場裝置的缺陷，提供了一種磁透鏡作用下振蕩悍 接方法及磁透鏡裝置，利用控制磁路的原理來實現對磁場強度和分布進行控制，通過 調節極靴間隙來實現對磁場大小和磁場分布的調節，進而實現電弧的收縮、分散、旋 轉運動，控制焊接過程，改善焊縫成形。磁透鏡工作原理圖2磁透鏡的聚焦原理示意圖。通電的線圈就是一個簡單的電磁透鏡，它能造成 一種軸對稱不均勻分布的磁場。磁力線圍繞導線呈環狀，磁力線上任意一點的磁感 應強度B都可以分解成平行于透鏡主軸的分量Bz和垂直于主軸的分量Br(圖2— la), 速度為V的平行電子束進入透鏡的磁場時，位于A電的電子將受到Br分量的作用。 根據右手法則，電子所受的切向力Ft (如圖2 — lb) 。 Ft使電子獲得一個切向速度Vt。 Vt隨即和Bz分量叉乘，形成另一個向透鏡主軸靠近的徑向力Fr使電子向主軸 偏轉(聚焦)。當電子穿過線圈走到B點位置時，Br的方向改變了 180度，Ft隨之 反向只能使Vt變小，但不能改變Vt的方向，因此穿過線圈的電子仍然趨向于向主軸 靠近，結果使電子作圓錐螺旋近軸運動，終將匯聚于主軸上一點(如圖2—lc)，即 焦點，這與光學凸透鏡對平行光的聚焦十分相似，故叫磁透鏡。 本發明的原理如下在直流焊接的過程中施加交變磁場、交流焊接的過程中施加直流靜磁場，通過電 流和磁場的相互作用產生電磁振蕩；同時通過磁透鏡原理對焊接電弧進行有效控制， 控制焊接過程，改善焊縫成形，細化焊縫組織。根據上述原理，為達到上述目的，本發明采用下述技術方案一種磁透鏡作用下振蕩焊接方法，通過外加磁場控制焊接電弧，影響電弧的形態、 熔滴過渡和焊接熔池，從而影響焊接過程，改善焊接工藝，其特征在于(1) 在直流焊接的過程中施加交變磁場，而在交流焊接的過程中施加直流靜磁 場，通過電流和磁場的相互作用產生電磁振蕩；(2) 同時通過磁透鏡裝置對焊接電弧進行有效控制，從而有效控制焊接過程，改 善焊縫成形，細化焊縫組織。在上述的焊接方法中，在焊縫的上方設置雙極靴磁透鏡裝置控制焊接過程。 上上述的焊接方法中，在焊縫的下方設置單極靴磁透鏡裝置控制焊接過程。 一種雙極靴磁透鏡裝置，應用于上述焊接方法，包括位于焊縫正上方的焊槍和線 圈，其特征在于所述焊槍位于一個內圓筒內；有一個連接膠木，其內螺紋與焊槍旋接， 外螺紋與內圓筒旋接；所述線圈安置在一個外盒內，外盒上端開口處有法蘭與一個磁 頭頂蓋通過螺栓固定連接，所述磁頭頂蓋內凸緣通過螺栓與所述內圓簡固定連接；所 述內圓筒的下端口與所述外盒的下端口構成雙極靴，雙極靴之間的間隙通過旋轉所述 連接膠木實現調節。一種單極靴磁透鏡裝置，應用于上述焊接方法，包括位于焊縫正上方的焊槍和線 圈，其特征在于所述線圈安置在一個位于焊縫正下方的磁場底板上，外圍有一個環狀 磁場例極，在所述線圈中心有一個尖錐形極靴，其采錐對準焊縫，而下端與所述磁場 底板連接成一體。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的實出實質性特點和顯著優點-. 本發明采用電磁振蕩和磁透鏡原理有效控制悍接過H改善焊縫成形，細化焊縫組織，提高焊接質量。通過實驗證明，使用磁透鏡，通過測量可知其極靴附近磁場強 度可提高一倍，能更有效控制電弧；施加電磁振蕩，焊縫晶粒組織由原粗大的柱狀晶 轉變為細小的等軸晶。本發明提供的磁透鏡裝置，設計合理，結構簡單緊湊，易于實 現，便于操作。
圖1是本發明的雙極靴磁透鏡裝置的結構示意圖。圖2是磁透鏡聚焦的原理示意圖。圖3是本發明的單極靴磁透鏡裝置的結構示意圖。圖4是有無電磁振蕩下焊接焊縫組織對比全相圖(圖中圖a為無電磁振蕩，圖b 為有電磁振蕩)。
具體實施方式
實施例一本磁透鏡作用下振蕩焊接方法是通過外加磁場控制焊接電弧，影響電 弧的形態、熔滴過渡和焊接熔池，從而影響焊接過程，改善焊接工藝。其特點是采 用交流TIG焊接，其磁場是由永磁體產生的靜磁場，使用雙極靴磁透鏡，有效控制焊接過程，改善焊接成形。其焊接效果見圖4，由圖4可看出，施加電磁振蕩，晶粒組織由原粗大的柱狀晶轉變為細小的等軸晶。本例中采用的雙極靴磁透鏡裝如圖1所示，它包括位于焊縫11正上方的焊槍8 和線圈3，焊槍8位于一個內圓筒9內；有一個連接膠木7，其內螺紋與焊槍8旋接， 外螺紋與內圓筒9旋接；線圈3安置在一個外盒10內，外盒10上端開口處有法蘭與 一個磁頭頂蓋4通過螺栓6固定連接，磁頭頂蓋4內凸緣通過螺栓5與內圓筒9固定 連接；內圓簡9的下端口 2與外盒10的下端口 1構成雙極靴，雙極靴之間的間隙通 過旋轉連接膠木7實現調節。實施例二本實施例基本上與上述實施例相同，所不同之處是采用直流焊接，施負交變磁場，使用單極靴磁透鏡裝置。本實施例中采用的單極靴磁透鏡裝置如圖3所示，它包括位于焊縫11正上 方的焊槍8和線圈3，線圈3安置在一個位于焊縫11正下方的磁場底板13上，外圍 有一個環狀磁場側板14，在線圈3中心有一個尖錐形極靴12，其尖錐對準焊縫ll， 而下端與磁場底板連接成一體。
權利要求
1、一種磁透鏡作用下振蕩焊接方法，通過外加磁場控制焊接電弧，影響電弧的形態、熔滴過渡和焊接熔池，從而影響焊接過程，改善焊接工藝，其特征在于a.在直流焊接的過程中施加交變磁場，而在交流焊接的過程中施加直流靜磁場，通過電流和磁場的相互作用產生電磁振蕩；b.同時通過磁透鏡裝置對焊接電弧進行有效控制，從而有效控制焊接過程，改善焊縫成形，細化焊縫組織。
2、 根據權利要求1所述的磁透鏡作用下振蕩焊接方法，其特征在于在焊縫的上方設 置雙極靴磁透鏡裝置控制焊接過程。
3、 根據權利要求1所述的磁透鏡作用下振蕩焊接方法，其特征在于焊縫的下方設置 單極靴磁透鏡裝置控制焊接過程。
4、 一種雙極靴磁透鏡裝置，應用于根據權利要求1所述的磁透鏡作用下振蕩焊接方 法，包括位于焊縫(11)正上方的焊槍(8)和線圈(3)，其特征在于所述焊槍(8) 位于一個內圓筒(9)內；有一個連接膠木(7)，其內螺紋與焊槍(8)旋接，外 螺紋與內圓筒(9)旋接；所述線圈(3)安置在一個外盒(10)內，外盒(10) 上端開口處有法蘭與一個磁頭頂蓋(4)通過螺栓(6)固定連接，所述磁頭頂蓋(4)內凸緣通過螺栓(5)與所述內圓簡(9)固定連接；所述內圓筒(9)的下 端口 (2)與所述外盒(10)的下端口 (1)構成雙極靴，雙極靴之間的間隙通過 旋轉所述連接膠木(7)實現調節。
5、 一種單極靴磁透鏡裝置，應用于根據權利要求1所述的磁透鏡作用下振蕩焊接方 法，包括位于焊縫(11)正上方的焊槍(8)和線圈(3)，其特征在于所述線圈(3) 安置在一個位于焊縫(11)正下方的磁場底板(13)上，外圍有一個環狀磁場例 極(14)，在所述線圈(3)中心有一個尖錐形極靴(12)，其尖錐對準焊縫(11)， 而下端與所述磁場底板(13)連接成一體。
全文摘要
本發明涉及一種磁透鏡作用下振蕩焊接方法及磁透鏡裝置。本方法是通過外加磁場控制焊接電弧；并在直流焊接過程中施加交變磁場，而在交流焊接過程中施加直流靜磁場，產生電磁振蕩；同時通過磁透鏡裝置對焊接電弧進行有效控制。磁透鏡裝置有安置在焊縫上方的雙極靴磁透鏡裝置和安裝在焊縫正下方的單極靴磁透鏡裝置。本發明施加電磁振蕩，焊縫晶粒組織由原粗大的柱狀晶轉變為細小的等軸晶，使用磁透鏡裝置，其極靴附近磁場強度可提高一倍，能更有效控制電弧。本發明提供的磁透鏡裝置，設計合理，結構簡單緊湊，易于實現，便于操作。
文檔編號B23K9/08GK101332530SQ20081004062
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月16日 優先權日2008年7月16日
發明者任忠鳴, 任維麗, 余建波, 孫雙雙, 康 鄧 申請人:上海大學