一种用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置及方法。本发明专利技术在基本磁控电阻点焊设备的基础上，将激磁线圈换为海尔贝克磁场阵列，并增加一种动态反馈系统，该系统和设备能变换磁场阵列，通过非接触方式，在电阻点焊过程的凝固前阶段构成熔核扩展模式磁场，对电阻点焊熔核中的液态金属施加周向作用力以实现增大焊点尺寸，并通过动态反馈系统真实判断出熔核开始凝固的时刻，在熔核开始凝固时转换磁场阵列模式，构成搅拌增强磁场，达到细化结晶晶粒、均匀化学成份、改善裂纹敏感性，并最终提高电阻点焊接头综合机械性能的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置及方法


[0001]本专利技术涉及的是一种焊接
的装置，具体涉及的是一种磁场阵列辅助电阻点焊系统。

技术介绍

[0002]本专利技术涉及的是一种焊接
的装置，具体涉及的是一种磁场阵列辅助电阻点焊系统。
[0003]电磁搅拌作为改善金属凝固过程一次结晶组织的一种有效方法，已经成功应用于电弧焊、铸造等领域。其原理是通过电磁场的非接触作用使高温金属磁流体发生有规律的高速流动，从而影响和改变熔化金属一次结晶过程。外部磁场的作用能够细化焊缝金属的一次结晶组织并提高接头强度。磁控电弧焊接技术的广泛研究充分证明了外部磁场细晶强化焊接接头综合力学性能的有效性。
[0004]经过对现有技术的检索发现，目前已有的焊接磁场搅拌辅助装置具有以下局限性：
[0005]1)磁场模式单一，外加磁场使熔化金属周向同向受力且无径向受力，熔核径向上的溶质、热量传递速率较低；
[0006]2)熔核边缘附近与熔核中心附近的相比，磁场的水平分量强度较低，因此熔核边缘附近熔化金属所受作用力较低，晶粒细化效果较弱；
[0007]3)磁场模式的转换没有真实的按照熔核冷却凝固阶段的变化进行匹配，在转换为辅助搅拌电流时熔核并未冷却到开始凝固，此时磁力的作用仍为扩大熔核尺寸，在经历一段辅助搅拌电流时间后才开始凝固，此时磁力才有细化晶粒的作用。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种磁场阵列辅助电阻点焊系统。本专利技术在基本磁控电阻点焊设备的基础上，将激磁线圈换为海尔贝克磁场阵列，并增加一种动态反馈系统，该系统和设备能变换磁场阵列，通过非接触方式，在电阻点焊过程的凝固前阶段构成熔核扩展模式磁场，对电阻点焊熔核中的液态金属施加周向作用力以实现增大焊点尺寸，并通过动态反馈系统真实判断出熔核开始凝固的时刻，在熔核开始凝固时转换磁场阵列模式，构成搅拌增强磁场，达到细化结晶晶粒、均匀化学成份、改善裂纹敏感性，并最终提高电阻点焊接头综合机械性能的目的。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括：同步系统、电力变换装置、上激磁线圈组、下激磁线圈组、上电极、下电极、点焊焊枪、第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和电压传感器，其中：同步系统的输入端通过第一霍尔传感器、第二霍尔传感器和电压传感器分别与电阻点焊焊枪、上、下激磁线圈组和上、下电极相连接，同步系统的输出端与电力变换装置的输入端相连接以传输电磁搅拌同步控制信号和激磁线圈保护信号，下激磁线圈组和上激磁线圈组分别固定设置于电阻点焊焊枪上，上激磁线圈组和下激磁线圈组的驱动输
入端和接地端分别与电力变换装置的输出端并联。
[0010]所述的电力变换装置包括：交直流变换器、激磁控制驱动器和全局控制器，其中：全局控制器和同步系统对应连接，8个激磁控制驱动器的控制输入端与全局控制器相连接，8个激磁控制驱动器的输出端分别与8个驱动开关管相串联，1个驱动开关管与磁阵列中每隔3个电磁铁相连，上、下激磁线圈组均连接至交流直流变换器主电路输出端，交直流变换器的控制输入端与全局控制器相连接，交直流变换器的主电路输入端则直接和交流电网相连接。
[0011]所述的同步系统检测点焊焊枪的工作电流和工作电压，计算出动态电阻相对变化速度(R
n
‑3‑
R
n
‑2)/(R
n
‑2‑
R
n
‑1)，动态电阻相对变化速度的值可以反应物质液态向固态转变的程度，以此判断当前处于焊接阶段还是冷却阶段，并以此判断对电子变换装置发出转换磁场信号的时机；
[0012]所述的同步系统检测激磁线圈工作电流，为电力变换装置提供激磁线圈过流保护信号，以封锁电力变换装置的驱动输出实现保护功能。
[0013]所述的上激磁线圈组和下激磁线圈组的结构特征为：每个线圈组为16个带有铁芯的螺线管电磁线圈组成环形阵列，以其周向或垂直于阵列平面的方向交错排列。
[0014]所述的电力变换装置输出到每个螺线管电磁线圈的电流信号大小和相位可控，电力变换装置接收到数字信号01或10后分别提供等强度电流给上、下激磁线圈组中特定的带有铁芯的螺线管电磁线圈使上激磁线圈组俯视顺时针观察时磁极方向为垂直向内
‑
顺时针循环排列，下激磁线圈组俯视时磁极方向为垂直向外
‑
顺时针循环排列，电力变换装置接收到数字信号11后分别提供等强度电流给上、下激磁线圈组中特定的带有铁芯的螺线管电磁线圈，使上激磁线圈组俯视顺时针观察时磁极方向为垂直向内
‑
顺时针
‑
垂直向外
‑
逆时针循环排列，下激磁线圈组俯视时磁极方向为垂直向外
‑
逆时针
‑
垂直向内
‑
顺时针循环排列。
[0015]所述的点焊焊枪用于实现压紧工件并提供适当的点焊焊接电流。
[0016]所述的电阻点焊焊枪提供两个阶段不同大小的电流，分别为焊接电流和辅助电流，其中，较大电流为焊接电流，较小电流为辅助电流。
[0017]所述的电力变换装置输出到上、下激磁线圈的励磁电流信号大小相同。
[0018]应用所述装置进行薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]1)将待焊工件以搭接的方式置于所述磁场阵列辅助电阻点焊的上电极和下电极中间，通过上电极和下电极施加压力夹紧被焊工件；
[0020]2)当磁场阵列辅助系统处于开机或复位状态时，同步系统通过第一霍尔传感器检测电阻点焊焊枪的焊接电流的大小并判断焊接电流是否为零，若为是，执行步骤3)，若为否，执行步骤4)；
[0021]3)同步系统发送关断数字信号00给电力变换装置，使其继续处于关断状态，同步系统储存测量序号n值为1，并返回步骤2)；
[0022]4)同步系统判断第一霍尔传感器测定电流值是否大于3/4焊接电流大小，若为是，发送数字信号01至电力变换装置，并执行步骤8)；若为否，发送数字信号10至电力变换装置，并执行步骤5)；
[0023]5)同步系统通过电压传感器测定电压值V和第一霍尔传感器测定电流值I，并判断
测量序号n值是否大于3，若为否，执行步骤6)；若为是，执行步骤 7)；
[0024]6)计算并记录此时电阻值R
n
＝V/I，更新测量序号n＝n+1，延迟5ms后返回步骤5)；
[0025]7)同步系统更新前三次的电阻值R
n
‑3＝R
n
‑2，R
n
‑2＝R
n
‑1，R
n
‑1＝R
n
，计算并记录R
n
＝V/I，计算动态电阻相对变化速度(R
n
‑3‑
R
n
‑2)/(R
n
‑2‑
R
n
‑1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于0.2mm
‑
4mm薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置，其特征在于，包括同步系统、电力变换装置、上激磁线圈组、下激磁线圈组、电阻点焊焊枪、电压传感器、第一霍尔传感器和第二霍尔传感器；所述电压传感器的输入端分别于上、下电极相连；所述电压传感器的输出端与同步系统输入端相连；所述的同步系统的输入端通过第一霍尔传感器与电阻点焊焊枪连接；所述的同步系统的输出端通过第二霍尔传感器分别与上激磁线圈组、下激磁线圈连接组；同步系统的输出端与电力变换装置的输入端连接；上激磁线圈组和下激磁线圈组分别固定设置于电阻点焊焊枪的电极臂上；上激磁线圈组和下激磁线圈组的驱动输入端和接地端分别与电力变换装置的输出端并联。2.根据权利要求1所述的用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置，其特征在于，所述的上激磁线圈组、下激磁线圈组均为16个带有铁芯的螺线管电磁线圈组成，且线圈的轴向以电极周向和电极轴向平行的方向环绕电极交错排放构成阵列型激磁线圈组，每个环形线圈组内绕圆心每旋转90
°
的4个螺线管为1组螺线管，每组螺线管内的4个螺线管通电时生成的磁场方向和强度相同，上、下激磁线圈组共8组螺线管与之驱动输入端相连，同步系统能分别向8组螺线管输出电流；所述的上激磁线圈组、下激磁线圈组同轴固定于电阻点焊焊枪电极臂上，且在电极闭合状态下相对于上、下电极接触面对称分布；所述的带有铁芯的螺线管电磁线圈分别由同步系统提供不同方向电流以分别控制极性方向。3.根据权利要求1所述的用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置，其特征在于，所述的电力变换装置接收到数字信号01或10后分别提供等强度电流给上、下激磁线圈组中特定的带有铁芯的螺线管电磁线圈使上激磁线圈组俯视顺时针观察时磁极方向为垂直向内
‑
顺时针循环排列，下激磁线圈组俯视时磁极方向为垂直向外
‑
顺时针循环排列；所述的电力变换装置接收到数字信号11后分别提供等强度电流给上、下激磁线圈组中带有铁芯的螺线管电磁线圈，使上激磁线圈组俯视顺时针观察时磁极方向为垂直向内
‑
顺时针
‑
垂直向外
‑
逆时针循环排列，下激磁线圈组俯视时磁极方向为垂直向外
‑
逆时针
‑
垂直向内
‑
顺时针循环排列；阵列的排列汇聚其他侧的磁场于激磁线圈组靠近工件一侧，从而增加靠近工件一侧的磁场强度，形成的磁场能使熔融金属以与普通环形磁铁磁场不同的方式受力形成多个微区的循环流动。4.根据权利要求1所述的用于薄板金属材料的磁场阵列辅助电阻点焊装置，其特征在于，所述的电阻点焊焊枪提供两个阶段不同大小的电流，分别为焊接电流和辅助电流；所述的电力变换装置提供两个阶段不同大小的电流，分别为扩展电流和搅拌电流，并能根据同步系统发出的信号分别给每个电磁线圈提供电流；所述的同步系统通过第二霍尔传感器检测上激磁线圈、下激磁线圈的工作电流，输出数字信号给电力变换装置，根据接收到的信号，以封锁电力变换装置的驱动输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红，闫维嘉，张禹，栗卓新，李国栋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：