一种基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪制造技术

本发明专利技术属于K‑TIG焊枪技术领域，公开了一种基于永磁铁阵列的磁控K‑TIG焊枪，焊枪枪头的铜套下沿安装十字固定板，十字固定板的四个支撑板下部分别安装有磁铁固定槽，磁铁固定槽内放置有一定数量的永磁铁，永磁铁以磁铁固定槽的挡板和设置于磁铁固定槽内的磁铁固定块限位；四个磁铁固定槽中的永磁铁按照N极与N极相对、S极与S极相对布置且对称等量设置。本发明专利技术使用数目可控的永磁铁代替电磁铁，构造环形磁场压缩K‑TIG焊接电弧，在保证磁场可控的前提下简化装置；增加电弧的拘束效应和穿透能力，改善焊接电弧热源特性并提高稳定性；调节各向永磁铁数目，针对性地获得所需工艺窗口，实现TIG焊的高效化。

A K TIG magnetron permanent magnet array based on welding torch

The invention belongs to the technical field of K TIG gun, discloses a permanent magnet array K magnetron TIG welding based on the welding gun head copper sleeve lower edge of the installation of cross fixed plate, four plate cross fixed plate are respectively provided with a magnet fixing groove, magnet fixing groove is placed in a certain number of permanent magnets the permanent magnet in the magnet retaining groove and a baffle is arranged in the fixing groove of the fixed magnet magnet block; permanent magnet four magnets in the fixing groove according to the N pole and N pole, S pole and S pole relative relative arrangement and symmetric equivalent set. The invention uses the number of controllable permanent magnet instead of electromagnet, constructing circular magnetic field compression K TIG welding arc, in ensuring the premise of the controllable magnetic field device is simplified; increase of restraint effect of arc and penetration, improve the welding arc characteristics and improve the stability; regulation of anisotropic permanent magnet number, to obtain the desired process window. To achieve efficient TIG welding.

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪
本专利技术属于一种K-TIG焊枪
，具体的说，是涉及一种增加可调磁场收缩电弧柱的磁控K-TIG焊枪。
技术介绍
TIG焊能够实现高品质焊接，然而现有TIG焊电弧能量密度较低，限制了其焊接效率。基于传统TIG焊枪，通过水冷钨极产生阴极收缩效应，配合较大的焊接电流，得到一种新型穿孔焊接工艺方法，称为CF-TIG焊或K-TIG焊；其原理在于：TIG焊接工艺中，焊接电弧建立在钨极(阴极)与工件熔池(阳极)之间，电弧与阴极之间的粘附形态主要决定于阴极的热电子发射行为，而阴极的热电子发射主要发生在温度高于3000K的钨极尖端表面。为了拘束电弧，通过水冷铜制电极套带走钨极的热量，压缩钨极尖端的高温区面积，从而将电子发射区域压缩到钨极尖端的极小部位，电弧根部的面积缩小，电磁收缩力增加，弧柱沿径向上压缩，作用在熔池表面的电弧压力增加，能量密度增加。这样，电弧力能够克服熔池液面的表面张力，压迫熔池表面在工件厚度方向上产生深熔小孔；如果焊接电流足够大，工件被完全熔透，能够形成贯穿工件的小孔。K-TIG焊可对中厚板在不开坡口的前提下单道次焊接实现“单面焊接，双面成形”，在3～12mm厚度的黑色及有色金属焊接领域具备广泛的应用前景。虽然能量密度很高的激光焊、电子束焊和等离子弧焊具有更强的穿透能力，K-TIG焊作为一种使用自由电弧的焊接工艺，在设备造价、运行维护费用、设备操作复杂程度以及焊枪行走灵活性等方面具有明显的优势。目前，经过大量的工艺应用实验发现：K-TIG焊接工艺适合于焊接低热导率的金属材料，随着材料热导率增加，小孔的稳定性降低。在焊接中厚板时，电弧收缩程度不够，不利于形成稳定的穿透小孔，得到合格焊缝的工艺窗口较小。主要原因在于，目前K-TIG焊接采用自由电弧为热源，自由电弧的形态决定于电极形态、电极间隙和电流值。一方面，经过阴极水冷后，电弧的能量密度提升有限。另一方面，水冷阴极对电弧的收缩效应只是在较短的弧长范围内存在，焊接过程中电弧的微小波动会影响小孔的稳定性。因而，有必要改善电弧形态稳定性。总而言之，如何进一步改进K-TIG焊接工艺，有效地调控焊接电弧形态，保证小孔的稳定性，是稳定K-TIG焊接过程，保证得到质量合格焊缝的关键。外加磁场压缩电弧技术是一种改善电弧焊过程稳定性的常用方法，即通过改变电弧的形态，控制电弧的特性来提高焊接工艺的适应性。焊接中常用的磁场有三种：(1)外加横向磁场，即外加磁场的磁力线垂直通过电弧轴线；(2)外加纵向同轴磁场，即外加磁场的磁力线方向与电弧轴线方向平行；(3)外加环形磁场，它可使电弧弧柱的形状变为椭圆形，使弧柱能量密度和电弧电场强度提高。外加横向交变磁场控制小电流(<10A)电弧，可以显著地影响电弧形态及电弧能量密度，低频交流磁场使电弧摆动，而高频交流磁场可以使电弧收缩；随外加磁场强度的增加，这种收缩效应逐渐加剧。但是，大电流电弧的挺度很大，该控制方法难以达到满意效果。外加纵向磁场主要用来促使电弧旋转，改变弧柱等离子流和电流密度的径向分布，影响母材的加热、熔化和焊缝成形。外加环形磁场能够沿电弧周长对电弧产生作用力，常被用来改变电弧的压缩形态，从而较显著地改变电弧的热-力特性。国外的学者对环形磁场约束电弧进行了很多研究。Yamaguchi利用铁磁性材料围绕喷嘴设计了外部同轴环形磁场，避免了磁致双弧。日本大阪大学的Hirata课题组将尖头磁场加载在等离子弧柱上方，弧柱被压缩变形成能量密度更高的椭圆柱状，验证了能够对拘束电弧进行磁致收缩。Arata等人测试了磁压缩等离子电弧的基本特性后发现：经过尖头磁场压缩后，等离子弧柱横截面由圆形变为椭圆形，电场强度增加，电流密度增加，将焊接速度提高了50％，得到外观质量良好的焊缝。Nomura研究了磁头分布对TIG电弧形态的影响，认为改变磁场形态能够调整磁控电弧的形态，得到更大深宽比的焊缝。在国内，太原理工大学的赵彭生等人在焊接和切割领域对磁场压缩等离子弧进行了大量的工艺应用实验发现：等离子弧经双尖角磁场再压缩后，电弧截面压扁，能量场及压力场向长径密集，电位梯度、最大电流密度及滞点压力均有不同程度的增加，产生“双弧”的临界电流也有所提高；外磁场的引入使得焊接工艺性能及焊缝成形可以通过磁场强度和电弧方位进行大幅度的调节，从而提高等离子弧焊接的工艺适应性，扩大了它的应用范围，同时可以一定程度上抑制双弧的产生，提高焊缝成形的稳定性，提高焊接效率，对于中板的焊接能获得良好的工艺窗口。国外的学者对环形磁场约束电弧进也行了很多研究。上述研究中使用电磁铁形成磁场，通过改变励磁电流改变小孔形状。但电磁铁装置较为繁杂、占用空间较大并且需要独立的电源，不利于方便地安拆以适应灵活的焊接任务。
技术实现思路
本专利技术要解决的是如何简便地优化K-TIG焊焊接电弧的技术问题，提供一种基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪，使用数目可控的永磁铁代替电磁铁，以构造环形磁场压缩K-TIG焊接电弧，在保证磁场可控的前提下简化装置；利用可调永磁铁数量的多磁极构造尖头磁场以达到可控地增加电弧的拘束效应，增加电弧的穿透能力，可以焊接更厚的工件；改善K-TIG焊接电弧的热源特性，进一步提高K-TIG焊接电弧的稳定性；适当地调节各向永磁铁数目，可针对性地获得所需的优良工艺窗口，进而实现TIG焊的高效化和高速化。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪，包括外侧设置有铜套的焊枪枪头，所述焊枪枪头上固定有磁控装置，所述磁控装置包括十字固定板、磁铁固定槽、永磁铁和磁铁固定块；所述十字固定板为具有四个支撑板的十字形平板结构，其中心位置设置有用于与所述焊枪枪头固定的焊枪固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有多个用于与所述磁铁固定槽连接的第一固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有一个其沿长度方向的长条孔；所述磁铁固定槽为长方体槽形结构，其槽口顶部两侧向外加宽作为与所述十字固定板的连接部位，该连接部位上设置有与所述十字固定板的所述第一固定孔相对应的多个第二固定孔；所述磁铁固定槽的长方体槽形结构一端设置有挡板、另一端开口设置；四个所述磁铁固定槽分别安装在所述十字固定板的四个支撑板下部，每个所述磁铁固定槽设置所述挡板的一端靠近所述十字固定板中心而开口一端远离所述十字固定板中心；所述十字固定板和所述磁铁固定槽以穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔的螺栓连接；每个所述磁铁固定槽中放置至少一块永磁铁，四个所述磁铁固定槽中的所述永磁铁按照N极与N极相对、S极与S极相对布置且对称等量设置；每个所述磁铁固定槽中的永磁铁前端通过所述挡板限位、末端通过设置在所述磁铁固定槽中的所述磁铁固定块限位，所述磁铁固定块以其上部的螺栓结构穿过所述十字固定板的所述长条孔并通过螺母固定。其中，所述磁控装置固定于焊枪枪头的铜套下沿。其中，所述十字固定板直接或者通过衬垫材料以过度配合的方式固定于焊枪枪头。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪，通过在四个磁铁固定槽中分别放置一定数量的永磁铁，从而在焊枪枪头处构成磁控装置形成环形磁场，进而对等离子弧产生拘束作用，能够极大地压缩等离子弧的横截面积，增大等离子弧的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于永磁铁阵列的磁控K‑TIG焊枪，包括外侧设置有铜套的焊枪枪头，其特征在于，所述焊枪枪头上固定有磁控装置，所述磁控装置包括十字固定板、磁铁固定槽、永磁铁和磁铁固定块；所述十字固定板为具有四个支撑板的十字形平板结构，其中心位置设置有用于与所述焊枪枪头固定的焊枪固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有多个用于与所述磁铁固定槽连接的第一固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有一个其沿长度方向的长条孔；所述磁铁固定槽为长方体槽形结构，其槽口顶部两侧向外加宽作为与所述十字固定板的连接部位，该连接部位上设置有与所述十字固定板的所述第一固定孔相对应的多个第二固定孔；所述磁铁固定槽的长方体槽形结构一端设置有挡板、另一端开口设置；四个所述磁铁固定槽分别安装在所述十字固定板的四个支撑板下部，每个所述磁铁固定槽设置所述挡板的一端靠近所述十字固定板中心而开口一端远离所述十字固定板中心；所述十字固定板和所述磁铁固定槽以穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔的螺栓连接；每个所述磁铁固定槽中放置至少一块永磁铁，四个所述磁铁固定槽中的所述永磁铁按照N极与N极相对、S极与S极相对布置且对称等量设置；每个所述磁铁固定槽中的永磁铁前端通过所述挡板限位、末端通过设置在所述磁铁固定槽中的所述磁铁固定块限位，所述磁铁固定块以其上部的螺栓结构穿过所述十字固定板的所述长条孔并通过螺母固定。...

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁铁阵列的磁控K-TIG焊枪，包括外侧设置有铜套的焊枪枪头，其特征在于，所述焊枪枪头上固定有磁控装置，所述磁控装置包括十字固定板、磁铁固定槽、永磁铁和磁铁固定块；所述十字固定板为具有四个支撑板的十字形平板结构，其中心位置设置有用于与所述焊枪枪头固定的焊枪固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有多个用于与所述磁铁固定槽连接的第一固定孔，所述十字固定板的四个支撑板分别设置有一个其沿长度方向的长条孔；所述磁铁固定槽为长方体槽形结构，其槽口顶部两侧向外加宽作为与所述十字固定板的连接部位，该连接部位上设置有与所述十字固定板的所述第一固定孔相对应的多个第二固定孔；所述磁铁固定槽的长方体槽形结构一端设置有挡板、另一端开口设置；四个所述磁铁固定槽分别安装在所述十字固定板的四个支撑板下部，每个所述磁铁固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖明，伊松，张宇琛，罗震，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12