基本信息
- 項目名稱：
- 電磁控制高速TIG焊接設備
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 高速焊時易發(fā)生電弧后拖，引起焊縫嚴重咬邊、駝峰等成形不良問題。為了解決上述問題，我們研制了一種新型電磁控制設備。通過該設備將磁場引入電弧區(qū)以改善電弧形態(tài)，從而使TIG焊接電弧在挺直的狀態(tài)下工作，最終實現(xiàn)提高焊接速度、改善焊縫成形不良、提高焊接質量的目的。設備適用于薄板或薄壁管件的焊接。已在國內某企業(yè)不銹鋼焊管生產線上成功應用，其焊接速度從0.4m/min提高到5.5m/min，提高了10倍以上。
- 詳細介紹：
- 本設備包括勵磁電源和一套磁頭裝置：勵磁電源主要技術特征是一次逆變電路和二次逆變電路與主電路相連，一次逆變控制電路采用PWM控制方式，通過一次驅動電路與主電路中的一次全橋逆變器相連，二次逆變控制電路中的方波發(fā)生器通過二次驅動電路與主電路的二次全橋逆變器相連。其優(yōu)點是高效節(jié)能，功率因數(shù)高，空載損耗小，具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，輸出電流可為恒定的直流和交流方波，機內設有合閘軟啟動控制、過壓保護、過流保護、過熱保護和變壓器防偏磁保護，一旦發(fā)生異常情況，將自動停止輸出，待異常情況消失后，自動恢復工作：本設備除了可以滿足高速TIG焊接以外還可以滿足各種氣體保護焊、埋弧焊、等離子焊、激光焊等焊接工藝要求，具有體積小、重量輕、攜帶方便等特點；磁頭裝置分為橫向磁頭與縱向磁頭兩種，附帶導磁桿（嘴）、水冷裝置、絕緣保護等，磁頭裝置的材料和形式可根據(jù)實際工作情況特殊設計，以滿足實際需要，達到最佳效果的目的。整套設備穩(wěn)定性好，可長時間工作，實用性強。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的： 本設備旨在提高焊接速度，提高能源的利用率，最終實現(xiàn)高效焊接。 基本思路： 高速焊接時，會使電弧后托，引起焊縫的嚴重咬邊、駝峰和成形不良等問題。為了解決上述問題，本作品采用了先進的雙逆變技術，研制了一種新型電磁控制設備，產生穩(wěn)定的磁場。磁場對電弧產生電磁作用力，改善電弧形態(tài)，使TIG焊電弧在挺直的情況下實施焊接，最終實現(xiàn)高速焊接。 創(chuàng)新點： (1)率先將磁場引入到高速TIG焊接領域，在外加磁場的作用下，通過分析電弧力，揭示了外加磁場對熔池液態(tài)金屬的作用機制，設備大幅度提高普通TIG焊的焊接速度。 (2)探索了焊接工藝和磁場參數(shù)相匹配的最佳范圍，研制電磁控制高速TIG焊設備，設計槍體磁頭結構，最終為高速TIG焊工程應用提供保證。 技術關鍵： (1)本作品是研制一套電磁控制高速TIG焊接設備，包括焊勵磁電源和磁頭等。勵磁電源是磁控焊接技術研究中的關鍵部件，尤其是勵磁電源的負載是電感線圈，存在儲能和釋放能量的過程。在電路設計時，一定要考慮到電感線圈這一特殊負載。 (2)磁頭結構的設計，磁頭結構應與TIG焊槍匹配，不僅要結構緊湊，冷卻絕熱好，還要能夠將磁場順利引入到電弧區(qū)，實現(xiàn)對電弧和熔池的控制。 主要技術指標： 額定功率500W，空載電壓60V，勵磁電流范圍0-10A，頻率：低頻段1-50Hz，高頻段50-1000Hz；焊接速度從常規(guī)焊速0.2-0.4m/min提高到4-5.5m/min，提高效率10倍以上。
科學性、先進性
- 在薄板或薄壁管件焊接過程中，現(xiàn)有提高焊接速度的方法通常是采用改變焊接工藝參數(shù):(1)加大焊接電流，或者是加大保護氣流量，雖然在一定程度上電弧挺直度增加，焊接熱輸入增加，對焊縫質量有著相當大的影響，同時加大氣流量使焊接成本增加。(2)改變鎢極端部形態(tài)，前傾角度與焊接速度密切相關，實際施焊過程中，電極一旦做好，前傾角度無法改變，只能對應一個焊接速度，致使其應用受限。采用本設備具有附加裝置簡單、投入成本低、耗能少等突出優(yōu)點。 外加磁場可以改變焊接電弧特性，有效地攪拌焊接熔池，改變熔池金屬的結晶狀況，細化焊逢金屬的一次結晶組織，降低結晶裂紋和氣孔的敏感性。目前對高速焊情況下的電弧特性、焊縫成形機理的探索成為國內外焊接學者研究的熱點之一。對普通焊接電弧特性、焊縫成形機理國內外已研究較多，但對磁場作用下的高速焊電弧形態(tài)、磁場分布、熔池攪拌過程研究不多，尤其是對外加磁場大幅度提高焊接速度的研究還未見報道。開展電磁控制高速TIG焊接設備研究具有廣闊的工程應用價值。
獲獎情況及鑒定結果
- 申請國家發(fā)明專利：一種提高TIG焊接速度的裝置和方法 申請?zhí)枺?01010010007.3
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 專利轉讓
作品可展示的形式
- 實物、產品圖片、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1、生產效率高：使用該設備后，焊接速度從0.2-0.4m/min提高到4-5.5m/min，生產效率提高了10倍以上。 2、節(jié)能：傳統(tǒng)提高焊接速度做法是而采取加大電流、加大保護氣流量、改變鎢極形狀等辦法，采用本設備能夠降低焊接電流，節(jié)約保護氣流量。 3、性能良好：勵磁電源采用逆變技術，輸出電流穩(wěn)定，可連續(xù)長時間工作，整機具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。 4、保護措施全：電流波形為方波，機內設有合閘軟啟動控制和過流、過壓、過熱保護電路，一旦出現(xiàn)異常情況，將自動停止輸出，待異常情況消失后，自動恢復工作。 該設備不僅適合TIG焊，還適于CO2/MIG/MAG/PAW等方法。在焊管行業(yè)具有廣泛的應用前景和巨大的實用價值。 該設備已經在國內某企業(yè)不銹鋼焊接管生產線上成功應用，得到了企業(yè)的好評。目前全國生產不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，僅在沈陽、西安生產此類產品企業(yè)年產值在5000萬元以上的就有13家之多，市場前景巨大。
同類課題研究水平概述
- TIG焊在現(xiàn)代工業(yè)中應用廣泛，但其熔深小、生產效率低。為了提高TIG焊接效率，人們采取了許多有效的方法，如活性劑TIG焊、超聲波TIG復合技術和高速TIG焊等[1]，其中高速TIG焊是采用提高焊接速度的方法來提高焊接效率。但焊速提高會導致TIG電弧陽極斑點滯后，電弧后拖，引起咬邊、駝峰等焊接缺陷。目前通常采用改變焊接工藝參數(shù)如加大焊接電流，加大保護氣流量的方法。但只能一定程度上提高焊速，同時加大焊接成本。 在焊接過程中引入磁場控制已成為一種正在發(fā)展的先進焊接技術[2]。電弧作為一種等離子體，具有優(yōu)良的導電性，用外部磁場可以改變電弧的形態(tài)和運動特性，提高焊接生產效率。目前，國內外對普通焊接電弧的研究較多，而對電磁控制高速焊的研究較少，尤其是對電磁控制高速焊設備的研究尚未報道。究其原因，主要是作為高速TIG焊關鍵技術的電磁控制設備，其輸出為電感負載，激磁電流和磁場頻率等參數(shù)調節(jié)要求范圍很寬，導致設備研制復雜，另外磁場分布對控制效果影響很大，使得電磁控制高速焊設備現(xiàn)場應用難度加大。本作品采用先進的雙逆變技術研制了一種新型的電磁控制設備。該設備輸出交直流脈沖，頻率（具有高低頻轉換裝置）、占空比和電流幅值均連續(xù)可調。該設備具有體積小、重量輕、效率高、調節(jié)方便、控制靈活等特點；保護功能齊全，對電網電壓波動給予自動補償；當出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過熱等故障時，報警指示燈亮，設備自動停止工作。 該設備已經在國內某不銹鋼焊管生產企業(yè)成功應用，其焊接速度從0.4m/min提高到5.5m/min，提高了10倍以上，該設備得到了企業(yè)認可。目前全國生產不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，在沈陽、西安生產此類產品企業(yè)年產值在5000萬元以上的就有13家之多，市場前景巨大。在薄板及薄壁焊管行業(yè)具有廣泛的應用前景和巨大的實用價值。 [1] Kunihiro okamura. Ultra High speed Arc Welding (4m /min) [ J ]. Industrial robot, 1998, 25 (3) : 185-192. [2] J.Tusek. Raising arc welding productivity[J]. Welding Review International, August. 1996, 102-105.
