【CN109530864A】一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器【专利】

权利要求书1页 说明书3页 附图3页
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权 利 要 求 书
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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。
发明内容 [0007] 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。 [0008] 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、数据分析系统等部分组成 ，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 系统进行分析得到 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
(51)Int .Cl . B23K 9/127(2006 .01) B23K 9/167(2006 530864 A (43)申请公布日 2019.03.29
( 54 )发明 名称 一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器
( 57 )摘要 本发明公开了一种采用磁场控制TIG电弧的
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说 明 书
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数据对焊接路径和焊接参数进行调整，实现焊缝自动跟踪。 [0009] 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。 [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 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。 [0014] 本发明的工作原理及作用如下：
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。
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。
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一种用磁场控制TIG电弧的焊缝跟踪传感器
技术领域 [0001] 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 [0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 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。 [0006] 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。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910004123 .5
(22)申请日 2019 .01 .03
(71)申请人 湘潭大学 地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘 27号湘潭大学
(72)发明人 李湘文 秦子濠 罗华 郭韬 向垂悦 揭光奇