阅读说明：本技术 一种外加磁场的自动焊接装备及方法 (Automatic welding equipment and method with external magnetic field ) 是由 刘德政 李炎 罗静 朱文利 王友 赵敬 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种外加磁场的自动焊接装备及方法,所述自动焊接装备包括：第一位置调节机构、焊枪单元、线圈单元、第二位置调节机构和第三位置调节机构,焊枪单元包括相连的焊枪和第一驱动件,第一驱动件与第一位置调节机构的第一端相连；线圈单元包括相连的磁线圈和第二驱动件,第二驱动件与第一位置调节机构的第二端相连,驱动方向与第一驱动件的驱动方向平行；第二位置调节机构与第一位置调节机构相连,其调节方向与第一位置调节机构相垂直；第三位置调节机构与第二位置调节机构相连,其调节方向与第一位置调节机构相平行,且与第二位置调节机构相垂直。本发明通过磁场对电弧的控制,改善了焊缝成形,提高了焊接质量。(The invention discloses an automatic welding device and method with an external magnetic field, wherein the automatic welding device comprises: the welding gun unit comprises a welding gun and a first driving piece which are connected, and the first driving piece is connected with a first end of the first position adjusting mechanism; the coil unit comprises a magnetic coil and a second driving piece which are connected, the second driving piece is connected with the second end of the first position adjusting mechanism, and the driving direction is parallel to that of the first driving piece; the second position adjusting mechanism is connected with the first position adjusting mechanism, and the adjusting direction of the second position adjusting mechanism is vertical to that of the first position adjusting mechanism; the third position adjusting mechanism is connected with the second position adjusting mechanism, and the adjusting direction of the third position adjusting mechanism is parallel to the first position adjusting mechanism and is vertical to the second position adjusting mechanism. The invention improves the welding seam forming and improves the welding quality by controlling the electric arc through the magnetic field.)

一种外加磁场的自动焊接装备及方法

技术领域

本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种外加磁场的自动焊接装备及方法。

背景技术

传统厚板焊接需要开大坡口，不仅成本大，而且大坡口焊缝容易形成应力集中，造成裂纹气孔等缺陷，严重影响了焊接质量。近几年将磁场和焊接技术联系起来而衍生出来的磁控焊接因其能够提高焊接接头力学性能的优点而受到重视，磁控焊接技术在焊接中引入磁场，由于磁场搅拌的作用可以细化晶粒，改善焊接接头的力学性能，而且磁场对电弧摆动的控制可以对焊接热输入在侧壁与底部进行合理分配，从而得到成形良好的焊缝。

发明内容

为了解决传统厚板焊接中坡口过大，焊材消耗过大焊接质量不佳的问题，本发明提出一种外加磁场的自动焊接装备及方法，通过磁场对电弧的控制，改善了焊缝成形，提高了焊接质量。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种外加磁场的自动焊接装备，包括：

第一位置调节机构；

焊枪单元，包括相连的焊枪和第一驱动件，所述第一驱动件与所述第一位置调节机构的第一端相连；

线圈单元，包括相连的磁线圈和第二驱动件，所述第二驱动件与所述第一位置调节机构上与第一端相对设置的第二端相连，其驱动方向与所述第一驱动件的驱动方向相平行；所述第一位置调节机构用于调节线圈单元与焊枪单元之间的相对距离；

第二位置调节机构，与所述第一位置调节机构相连，其调节方向与所述第一位置调节机构相垂直；

第三位置调节机构，与所述第二位置调节机构相连；其调节方向与所述第一位置调节机构相平行，且与第二位置调节机构相垂直。

作为本发明的进一步改进，所述第一位置调节机构包括底板，以及设于底板上的凸轮、第三驱动件、第一辅助件和第二辅助件；所述第三驱动件与凸轮相连，其驱动方向与所述第一驱动件和第二驱动件的驱动方向平行；

所述第一辅助件和第二辅助件的一端分别与所述凸轮上相对的两侧相连，另一端分别与第一驱动件和第二驱动件相连；当所述凸轮被第三驱动件驱动运动时，所述第一辅助件和第二辅助件做相向运动。

作为本发明的进一步改进，所述第一辅助件和第二辅助件的结构相同，均包括轮子、弹性杆和导向块；

所述轮子与凸轮的侧壁接触；

所述导向块设于所述底板上；

所述弹性杆的一端与所述相连，另一端贯穿所述导向块后与对应的第一驱动件或者第二驱动件相连；

当所述凸轮被第三驱动件驱动运动时，所述第一辅助件和第二辅助件中的轮子沿凸轮表面运动，使得所述第一驱动件和第二驱动件做相向运动。

作为本发明的进一步改进，所述第一驱动件和第二驱动件均为气缸。

作为本发明的进一步改进，所述第二位置调节机构的调节方向为水平方向，所述第一位置调节机构和第三位置调节机构的调节方向为竖直方向。

作为本发明的进一步改进，所述外加磁场的自动焊接装备还包括底盘和驱动装置，所述第一位置调节机构设于所述底盘上；所述驱动装置包括动力组件、滚动组件和传力组件，动力组件位于所述底盘上；所述滚动组件可转动地与所述底盘相连，并与所述动力组件通过传力组件连接，驱动外加磁场的自动焊接装备运动至指定位置。

作为本发明的进一步改进，所述动力组件包括第一电机；所述滚动组件包括四个车轮、第一转动轴和第二转动轴，各车轮分别可转动地设置在底盘底部；所述第一转动轴和第二转动轴的两端分别与对应的车轮相连，且可转动地设置在底盘底部；所述传力组件包括第一齿轮、第二齿轮和第一皮带，所述第一齿轮与所述第一电机的输出轴，所述第二齿轮与所述第一转动轴相连，所述第一皮带连接在第一齿轮和第二齿轮上。

第二方面，本发明提供了一种基于第一方面中任一项所述的外加磁场的自动焊接设备的焊接方法，其特征在于：

基于焊缝处的总磁感应强度的计算公式，计算出焊缝位置与线圈单元中磁线圈的位置关系参数：

基于所述位置关系参数，利用所述第一位置调节机构、第二位置调节机构和第二位置调节机构，调节所述焊枪单元和线圈单元的位置，使得线圈单元与焊缝位置的位置与所述位置关系参数相适配。

作为本发明的进一步改进，所述总磁感应强度的计算公式为：

其中，B_r为有限长通电磁线圈空间任意点径向磁感应强度，B_c为切向磁感应强度，B_z为轴向磁感应强度；Δh₁＝L-h，Δh₂＝L-h；μ₀为空间磁导率；I是磁线圈中的通电电流；R是磁线圈半径；r是磁线圈截面圆心至焊缝处的距离；L是磁线圈的长度，h是焊缝位置在磁线圈长度方向上的投影到磁线圈长度中心的距离。

作为本发明的进一步改进，所述基于所述位置参数，利用所述第一位置调节机构、第二位置调节机构和第二位置调节机构，调节焊枪单元和线圈单元的位置步骤之前还包括：

利用驱动装置将所述第一位置调节机构、第二位置调节机构和第二位置调节机构运送至指定位置，使得焊接件位于所述焊枪单元和线圈单元之间。

本发明的有益效果：

本发明在焊接过程中，通过调节磁感应强度的大小控制电弧摆动(焊接电弧中，大量的带电粒子集中在弧柱烁亮区，带电离子在磁场中会受到洛伦兹力，通过控制外部磁场的大小和方向即可控制电弧的摆动)的弧度，综合交流磁场，电弧和熔池的相互作用产生电磁搅拌作用，改变熔池液态金属结晶和传热过程，细化晶粒，提高焊缝的力学性能。

本发明在传统电弧焊接的基础上外加交流磁场，通过磁场对电弧的控制，改善了焊缝成形，提高了焊接质量，合理的设置磁场参数能够应用到窄间隙焊接领域，具有很强的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种实施例的外加磁场的自动焊接装备的整体结构示意图；

图2为本发明一种实施例的第一位置调节机构的结构示意图；

图3为本发明一种实施例的第三位置调节机构的结构示意图；

图4为本发明一种实施例的驱动装置的结构示意图；

其中：

1-第一位置调节机构；101-底板；102-凸轮，103-第三驱动件；104-轮子；105-弹性杆；106-导向块；2-第二位置调节机构；3-第三位置调节机构；4-焊枪单元；401-焊枪；402-第一驱动件；5-线圈单元；501-磁线圈；502-第二驱动件；6-底盘；7-驱动装置；701-动力组件；702-滚动组件，8-控制箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种外加磁场的自动焊接装备，包括：

第一位置调节机构1；

焊枪单元4，包括相连的焊枪401和第一驱动件402，所述第一驱动件402与所述第一位置调节机构1的第一端相连；

线圈单元5，包括相连的磁线圈501和第二驱动件502，所述第二驱动件502与所述第一位置调节机构1上与第一端相对设置的第二端相连，其驱动方向与所述第一驱动件402的驱动方向平行；所述第一位置调节机构1用于调节线圈单元5与焊枪单元4之间的相对距离；

第二位置调节机构2，与所述第一位置调节机构1相连，其调节方向与所述第一位置调节机构1相垂直；

第三位置调节机构3，与所述第二位置调节机构2相连；其调节方向与所述第一位置调节机构1相平行，且与第二位置调节机构2相垂直；

控制箱8，所述控制箱8内设有控制器，所述控制器的输出端分别与所述第一位置调节机构、第二位置调节机构、第三位置调节机构、焊枪单元和线圈单元相连，控制各电器件的工作状态。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一位置调节机构1包括底板101，以及设于底板101上的凸轮102、第三驱动件103、第一辅助件和第二辅助件；所述第三驱动件103与凸轮102相连，其驱动方向与所述第一驱动件402和第二驱动件502的驱动方向平行；

所述第一辅助件和第二辅助件的一端分别与所述凸轮102上相对的两侧相连，另一端分别与第一驱动件402和第二驱动件502相连；当所述凸轮102被第三驱动件103驱动运动时，所述第一辅助件和第二辅助件做相向运动，具体实施时，所述第三驱动件3可以选用丝杆驱动。

具体地，所述第一辅助件和第二辅助件的结构相同，均包括轮子104、弹性杆105和导向块106；

所述轮子104与凸轮102的侧壁接触；

所述导向块106设于所述底板101上；

所述弹性杆105的一端与所述轮子104相连，另一端贯穿所述导向块106后与对应的第一驱动件402或者第二驱动件502相连；

当所述凸轮102被第三驱动件103驱动运动时，所述第一辅助件和第二辅助件中的轮子104沿凸轮102表面运动，使得所述第一驱动件402和第二驱动件502做相向运动。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述第一驱动件402和第二驱动件502均为气缸，用于驱动对应的焊枪401或磁线圈501做直线运动。

在具体实施过程中，可以设定所述第二位置调节机构2的调节方向为水平方向，所述第三位置调节机构3的调节方向为竖直方向。

实施例2

基于实施例1，本发明实施例与实施例1的区别在于：

所述外加磁场的自动焊接装备还包括底盘6和驱动装置7，所述驱动装置7包括动力组件701、滚动组件702和传力组件(图中未示出)，所述动力组件701与所述底盘6相连；所述滚动组件702可转动地与所述底盘6相连，并与所述动力组件701通过传力组件连接，驱动外加磁场的自动焊接装备运动至指定位置。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述动力组件701包括第一电机；所述滚动组件702包括四个车轮、第一转动轴和第二转动轴，各车轮分别可转动地设置在底盘6底部；所述第一转动轴和第二转动轴的两端分别与对应的车轮相连，且可转动地设置在底盘6底部；所述传力组件包括第一齿轮、第二齿轮和第一皮带，所述第一齿轮与所述第一电机的输出轴，所述第二齿轮与所述第一转动轴相连，所述第一皮带连接在第一齿轮和第二齿轮上。

实施例3

本发明提供了一种基于实施例1或2中任一项所述的外加磁场的自动焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：

(1)基于焊缝处的总磁感应强度的计算公式，计算出焊缝位置与线圈单元5中磁线圈501的位置关系参数：

(2)基于所述位置关系参数，利用所述第一位置调节机构1、第二位置调节机构2和第二位置调节机构2，调节所述焊枪单元4和线圈单元5的位置，使得线圈单元5与焊缝位置的位置与所述位置关系参数相适配。

作为本发明的进一步改进，所述总磁感应强度的计算公式为：

其中，B_r为有限长通电磁线圈501空间任意点径向磁感应强度，B_c为切向磁感应强度，B_z为轴向磁感应强度；Δh₁＝L-h，Δh₂＝L-h；μ₀为空间磁导率；I是磁线圈501中的通电电流；R是磁线圈501半径；r是磁线圈501截面圆心至焊缝处的距离；L是磁线圈501的长度，h是焊缝位置在磁线圈501长度方向上的投影到磁线圈501长度中心的距离。

进一步地，所述基于所述位置参数，利用所述第一位置调节机构1、第二位置调节机构2和第二位置调节机构2，调节焊枪单元4和线圈单元5的位置步骤之前还包括：

利用驱动装置7将所述第一位置调节机构1、第二位置调节机构2和第二位置调节机构2运送至指定位置，使得焊接件位于所述焊枪单元4和线圈单元5之间。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。