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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 電磁控制高速TIG焊接設(shè)備
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 高速焊時(shí)易發(fā)生電弧后拖，引起焊縫嚴(yán)重咬邊、駝峰等成形不良問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，我們研制了一種新型電磁控制設(shè)備。通過(guò)該設(shè)備將磁場(chǎng)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(shí)現(xiàn)提高焊接速度、改善焊縫成形不良、提高焊接質(zhì)量的目的。設(shè)備適用于薄板或薄壁管件的焊接。已在國(guó)內(nèi)某企業(yè)不銹鋼焊管生產(chǎn)線上成功應(yīng)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(xì)介紹：
- 本設(shè)備包括勵(lì)磁電源和一套磁頭裝置：勵(lì)磁電源主要技術(shù)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(guò)一次驅(qū)動(dòng)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(guò)二次驅(qū)動(dòng)電路與主電路的二次全橋逆變器相連。其優(yōu)點(diǎn)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(dòng)態(tài)性能，輸出電流可為恒定的直流和交流方波，機(jī)內(nèi)設(shè)有合閘軟啟動(dòng)控制、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和變壓器防偏磁保護(hù)，一旦發(fā)生異常情況，將自動(dòng)停止輸出，待異常情況消失后，自動(dòng)恢復(fù)工作：本設(shè)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(hù)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(diǎn)；磁頭裝置分為橫向磁頭與縱向磁頭兩種，附帶導(dǎo)磁桿（嘴）、水冷裝置、絕緣保護(hù)等，磁頭裝置的材料和形式可根據(jù)實(shí)際工作情況特殊設(shè)計(jì)，以滿足實(shí)際需要，達(dá)到最佳效果的目的。整套設(shè)備穩(wěn)定性好，可長(zhǎng)時(shí)間工作，實(shí)用性強(qiáng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 本設(shè)備旨在提高焊接速度，提高能源的利用率，最終實(shí)現(xiàn)高效焊接。 基本思路： 高速焊接時(shí)，會(huì)使電弧后托，引起焊縫的嚴(yán)重咬邊、駝峰和成形不良等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，本作品采用了先進(jìn)的雙逆變技術(shù)，研制了一種新型電磁控制設(shè)備，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)對(duì)電弧產(chǎn)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(shí)施焊接，最終實(shí)現(xiàn)高速焊接。 創(chuàng)新點(diǎn)： (1)率先將磁場(chǎng)引入到高速TIG焊接領(lǐng)域，在外加磁場(chǎng)的作用下，通過(guò)分析電弧力，揭示了外加磁場(chǎng)對(duì)熔池液態(tài)金屬的作用機(jī)制，設(shè)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(chǎng)參數(shù)相匹配的最佳范圍，研制電磁控制高速TIG焊設(shè)備，設(shè)計(jì)槍體磁頭結(jié)構(gòu)，最終為高速TIG焊工程應(yīng)用提供保證。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)本作品是研制一套電磁控制高速TIG焊接設(shè)備，包括焊勵(lì)磁電源和磁頭等。勵(lì)磁電源是磁控焊接技術(shù)研究中的關(guān)鍵部件，尤其是勵(lì)磁電源的負(fù)載是電感線圈，存在儲(chǔ)能和釋放能量的過(guò)程。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到電感線圈這一特殊負(fù)載。 (2)磁頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，磁頭結(jié)構(gòu)應(yīng)與TIG焊槍匹配，不僅要結(jié)構(gòu)緊湊，冷卻絕熱好，還要能夠?qū)⒋艌?chǎng)順利引入到電弧區(qū)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧和熔池的控制。 主要技術(shù)指標(biāo)： 額定功率500W，空載電壓60V，勵(lì)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(xué)性、先進(jìn)性
- 在薄板或薄壁管件焊接過(guò)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(hù)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(duì)焊縫質(zhì)量有著相當(dāng)大的影響，同時(shí)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(guān)，實(shí)際施焊過(guò)程中，電極一旦做好，前傾角度無(wú)法改變，只能對(duì)應(yīng)一個(gè)焊接速度，致使其應(yīng)用受限。采用本設(shè)備具有附加裝置簡(jiǎn)單、投入成本低、耗能少等突出優(yōu)點(diǎn)。 外加磁場(chǎng)可以改變焊接電弧特性，有效地?cái)嚢韬附尤鄢兀淖內(nèi)鄢亟饘俚慕Y(jié)晶狀況，細(xì)化焊逢金屬的一次結(jié)晶組織，降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性。目前對(duì)高速焊情況下的電弧特性、焊縫成形機(jī)理的探索成為國(guó)內(nèi)外焊接學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。對(duì)普通焊接電弧特性、焊縫成形機(jī)理國(guó)內(nèi)外已研究較多，但對(duì)磁場(chǎng)作用下的高速焊電弧形態(tài)、磁場(chǎng)分布、熔池?cái)嚢柽^(guò)程研究不多，尤其是對(duì)外加磁場(chǎng)大幅度提高焊接速度的研究還未見(jiàn)報(bào)道。開(kāi)展電磁控制高速TIG焊接設(shè)備研究具有廣闊的工程應(yīng)用價(jià)值。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利：一種提高TIG焊接速度的裝置和方法 申請(qǐng)?zhí)枺?01010010007.3
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品圖片、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、生產(chǎn)效率高：使用該設(shè)備后，焊接速度從0.2-0.4m/min提高到4-5.5m/min，生產(chǎn)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(hù)氣流量、改變鎢極形狀等辦法，采用本設(shè)備能夠降低焊接電流，節(jié)約保護(hù)氣流量。 3、性能良好：勵(lì)磁電源采用逆變技術(shù)，輸出電流穩(wěn)定，可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，整機(jī)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 4、保護(hù)措施全：電流波形為方波，機(jī)內(nèi)設(shè)有合閘軟啟動(dòng)控制和過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)電路，一旦出現(xiàn)異常情況，將自動(dòng)停止輸出，待異常情況消失后，自動(dòng)恢復(fù)工作。 該設(shè)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(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價(jià)值。 該設(shè)備已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某企業(yè)不銹鋼焊接管生產(chǎn)線上成功應(yīng)用，得到了企業(yè)的好評(píng)。目前全國(guó)生產(chǎn)不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，僅在沈陽(yáng)、西安生產(chǎn)此類產(chǎn)品企業(yè)年產(chǎn)值在5000萬(wàn)元以上的就有13家之多，市場(chǎng)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(yīng)用廣泛，但其熔深小、生產(chǎn)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(fù)合技術(shù)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(lái)提高焊接效率。但焊速提高會(huì)導(dǎo)致TIG電弧陽(yáng)極斑點(diǎn)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(hù)氣流量的方法。但只能一定程度上提高焊速，同時(shí)加大焊接成本。 在焊接過(guò)程中引入磁場(chǎng)控制已成為一種正在發(fā)展的先進(jìn)焊接技術(shù)[2]。電弧作為一種等離子體，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，用外部磁場(chǎng)可以改變電弧的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)特性，提高焊接生產(chǎn)效率。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)普通焊接電弧的研究較多，而對(duì)電磁控制高速焊的研究較少，尤其是對(duì)電磁控制高速焊設(shè)備的研究尚未報(bào)道。究其原因，主要是作為高速TIG焊關(guān)鍵技術(shù)的電磁控制設(shè)備，其輸出為電感負(fù)載，激磁電流和磁場(chǎng)頻率等參數(shù)調(diào)節(jié)要求范圍很寬，導(dǎo)致設(shè)備研制復(fù)雜，另外磁場(chǎng)分布對(duì)控制效果影響很大，使得電磁控制高速焊設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用難度加大。本作品采用先進(jìn)的雙逆變技術(shù)研制了一種新型的電磁控制設(shè)備。該設(shè)備輸出交直流脈沖，頻率（具有高低頻轉(zhuǎn)換裝置）、占空比和電流幅值均連續(xù)可調(diào)。該設(shè)備具有體積小、重量輕、效率高、調(diào)節(jié)方便、控制靈活等特點(diǎn)；保護(hù)功能齊全，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)給予自動(dòng)補(bǔ)償；當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱等故障時(shí)，報(bào)警指示燈亮，設(shè)備自動(dòng)停止工作。 該設(shè)備已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某不銹鋼焊管生產(chǎn)企業(yè)成功應(yīng)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(shè)備得到了企業(yè)認(rèn)可。目前全國(guó)生產(chǎn)不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，在沈陽(yáng)、西安生產(chǎn)此類產(chǎn)品企業(yè)年產(chǎn)值在5000萬(wàn)元以上的就有13家之多，市場(chǎng)前景巨大。在薄板及薄壁焊管行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價(jià)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.
