CN109530864A - 一种用磁场控制tig电弧的焊缝跟踪传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器，该传感器包括蜗轮蜗杆、支撑套筒、霍尔传感器等部分组成。该传感器主要由磁场激励电源、产生磁场的磁感线圈和蜗轮蜗杆传动机构组成。磁感线圈缠绕在支撑套筒上，激励电源使磁感线圈产生纵向磁场，并且磁场的磁感应强度关于中心轴线对称，中心轴线磁感应强度最大，越远离中心轴线，磁感应强度越小，通过蜗轮蜗杆传动使磁场发生左右偏移，导致TIG电弧两边磁场大小不均匀，从而电弧两边的收缩程度不同，使得电弧左右偏转扫描焊缝，经霍尔传感器提取电弧信息，再通过焊缝跟踪实时调节机构判断焊缝跟踪偏差，进而调节焊接路径和焊接参数，从而实施对焊缝的自动跟踪。

Description

一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器

技术领域

本文发明一种利用磁场作用于TIG焊接的电弧上，实现对焊缝的自动跟踪和改善焊缝的质量的目的，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。

背景技术

随着磁场技术的不断完善，磁场技术运用到越来越多的领域，同样磁场技术在焊接领域也具有巨大的发展前景和实用价值。

电弧是两个电极之间产生的强烈持久的放电现象，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旋转。目前常用施加的磁场的方式有：施加纵向的磁场，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。

在国外，lofinaov P. 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。

在国内，常云龙、车小平等人为了研究铝合金脉冲MIG焊在电弧上施加纵向磁场时对熔滴过渡的影响，采取高速录制设备收取焊接时熔滴表现形态，分析熔滴过渡地变化形式。李军、江淑园等人在铝合金TIG焊焊接过程中对其施加恒定纵向磁场，发现当没有加磁时，焊缝金属组织较大、焊缝纹路不规则；而当恒定纵向磁场存在时，其焊缝金属组织变得细密、焊接接头性能得到提高。

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。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器，该传感器通过外加稳定的纵向磁场，并通过蜗轮蜗杆使磁场发生偏移，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：该装置包括蜗轮蜗杆传动装置、支撑套筒、霍尔传感器、磁场激励电源、数据分析***等部分组成，磁场激励电源向磁感线圈输出特定的直流电流产生纵向磁场，通过蜗轮蜗杆传统使磁场发生偏移，牵引电弧有规律的偏移，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***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上端连接两根蜗杆，并且在支撑套筒的上端面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储水槽。

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，进而改变电弧的收缩程度。

本发明所述的传动装置依靠蜗轮旋转从而使带动蜗杆传动，蜗杆和支撑套筒为一个整体也带动套筒上的磁感线圈偏移从而使磁场发生偏移。

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储水槽外壁，并在外壁涂上绝缘材料，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。

本发明的工作原理及作用如下：

图4为钨极和支撑套筒的中心轴在重合时，钨极起弧后的电弧在对称的磁场作用下扫描焊缝的位置和形态，图5为在蜗轮蜗杆的传动作用下，磁场相对于钨极向左偏移，即电弧处于不对称的磁场作用下，并且钨极左边的磁场强度要小于钨极右边磁场强度，从而导致钨极左边电弧中的电子的旋转半径要大于右边电弧中的电子的旋转半径，表现为钨极左边的电弧宽度要大于钨极右边电弧的宽度，扫描焊件左边的焊缝，图6为在蜗轮蜗杆的传动作用下，磁场相对于钨极向右偏移，即电弧处于不对称的磁场作用下，并且钨极右边的磁场强度要小于钨极左边磁场强度，从而导致钨极右边电弧中的电子的旋转半径要大于左边电弧中的电子的旋转半径，表现为钨极右边的电弧宽度要大于钨极左边电弧的宽度，扫描焊件右边的焊缝。

本发明具有如下的有益效果：钨极没有发生移动，所以电弧能够稳定的燃烧，在纵向磁场的约束下，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，并且纵向磁场能够使熔池搅拌，从而使焊缝组织更细小，力学性能更好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图2和图3为本发明的蜗杆和支撑套筒整体结构图，

图4图5和图6为本发明工作时传感器和相对应焊接工件的焊缝位置图，图中1—磁场激励电源，2—蜗杆，3—进水口，4—蜗轮，5—出水口，6—磁感线圈，7—感应磁场，8—钨极，9—喷嘴，10—支撑套筒，11—导线。

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，本实施例通过偏移的磁场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、蜗轮蜗杆、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，并通过蜗轮蜗杆传动使磁场发生定向的偏移，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***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和图3，在套筒上方连接着蜗杆，通过蜗轮蜗杆的传动使支撑套筒也发生定向的偏移，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4、图5、图6，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4为钨极和支持套筒的中心轴在重合时，钨极起弧后的电弧在对称的磁场作用下扫描焊缝的位置和形态，图5为在蜗轮蜗杆的传动作用下，磁场相对于钨极向左偏移，即电弧处于不对称的磁场作用下，并且钨极左边的磁场强度要小于钨极右边磁场强度，从而导致钨极左边电弧中的电子的旋转半径要大于右边电弧中的电子的旋转半径，表现为钨极左边的电弧宽度要大于钨极右边电弧的宽度，扫描焊件左边的焊缝，图6为在蜗轮蜗杆的传动作用下，磁场相对于钨极向右偏移，即电弧处于不对称的磁场作用下，并且钨极右边的磁场强度要小于钨极左边磁场强度，从而导致钨极右边电弧中的电子的旋转半径要大于左边电弧中的电子的旋转半径，表现为钨极右边的电弧宽度要大于钨极左边电弧的宽度，扫描焊件右边的焊缝。

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***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。

Claims (3)

1.该传感器主要由磁场激励电源、产生磁场的磁感线圈和蜗轮蜗杆传动机构组成，焊枪的钨极不发生移动，在偏移的纵向磁场作用下，达到电弧形态聚焦和电弧旋转摆动的效果，获取相关电弧的信息从而实现焊缝跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器，其特征在于在焊枪外面套上一个支撑套筒，将漆包铜线由上而下紧密的缠绕在支撑套筒上面形成磁感线圈，并用绝缘材料将铜线包裹，在支撑套筒上面连接两个蜗杆，利用涡轮蜗杆传动，使支撑套筒和磁感线圈左右偏移。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器，在传动机构连接一个编码器控制支撑套筒的偏移距离，当蜗轮蜗杆向右传动，即支撑套筒向右偏移距离达到最大时，电弧向左扫描的距离达到最大值，同理，当蜗轮蜗杆左右传动，即支撑套筒向左偏移距离达到最大时，电弧向右扫描的距离达到最大值，此时编码器控制支撑套筒的最大偏移距离与电弧扫描焊缝的最大距离相对应，并获取相关电弧的信息从而实现焊缝跟踪。