基本信息
- 項目名稱：
- 電磁控制高速TIG焊接設(shè)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(shè)備。通過該設(shè)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(zhì)量的目的。設(shè)備適用于薄板或薄壁管件的焊接。已在國內(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。
- 詳細介紹：
- 本設(shè)備包括勵磁電源和一套磁頭裝置：勵磁電源主要技術(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，通過一次驅(qū)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(qū)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(nèi)設(shè)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(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(dǎo)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(shè)計，以滿足實際需要，達到最佳效果的目的。整套設(shè)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(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 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(shù)，研制了一種新型電磁控制設(shè)備，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。磁場對電弧產(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(lǐng)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(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，包括焊勵磁電源和磁頭等。勵磁電源是磁控焊接技術(shù)研究中的關(guān)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(shè)計時，一定要考慮到電感線圈這一特殊負載。 (2)磁頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計，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艌鲰樌氲诫娀^(qū)，實現(xiàn)對電弧和熔池的控制。 主要技術(shù)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(xué)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(zhì)量有著相當(dāng)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(guān)，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(yīng)一個焊接速度，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?nèi)鄢亟饘俚慕Y(jié)晶狀況，細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。目前對高速焊情況下的電弧特性、焊縫成形機理的探索成為國內(nèi)外焊接學(xué)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(nèi)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(shè)備研究具有廣闊的工程應(yīng)用價值。
獲獎情況及鑒定結(jié)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(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 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)約保護氣流量。 3、性能良好：勵磁電源采用逆變技術(shù)，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(nèi)設(shè)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(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)用前景和巨大的實用價值。 該設(shè)備已經(jīng)在國內(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。目前全國生產(chǎn)不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，僅在沈陽、西安生產(chǎn)此類產(chǎn)品企業(yè)年產(chǎn)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(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提高焊接效率。但焊速提高會導(dǎo)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(shù)[2]。電弧作為一種等離子體，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，用外部磁場可以改變電弧的形態(tài)和運動特性，提高焊接生產(chǎn)效率。目前，國內(nèi)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(shè)備的研究尚未報道。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，其輸出為電感負載，激磁電流和磁場頻率等參數(shù)調(diào)節(jié)要求范圍很寬，導(dǎo)致設(shè)備研制復(fù)雜，另外磁場分布對控制效果影響很大，使得電磁控制高速焊設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用難度加大。本作品采用先進的雙逆變技術(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；保護功能齊全，對電網(wǎng)電壓波動給予自動補償；當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過熱等故障時，報警指示燈亮，設(shè)備自動停止工作。 該設(shè)備已經(jīng)在國內(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)認可。目前全國生產(chǎn)不銹鋼焊管、鈦管的企業(yè)有上千家，在沈陽、西安生產(chǎn)此類產(chǎn)品企業(yè)年產(chǎn)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(yīng)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.
