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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 磁場(chǎng)控制電弧超窄間隙TIG小型焊接裝置及研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本課題組基于哈工大（威海）特種焊接實(shí)驗(yàn)室對(duì)磁控電弧窄間隙TIG焊接設(shè)備的研究，設(shè)計(jì)直接用于標(biāo)準(zhǔn)焊槍上的小型磁控裝置。其巧妙的伸縮裝置可調(diào)節(jié)鐵芯進(jìn)入焊縫深處，設(shè)計(jì)緊湊簡(jiǎn)約；采用三路電源調(diào)節(jié)，光耦隔離，保證磁場(chǎng)的形態(tài)的穩(wěn)定可控。本設(shè)備創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)超窄間隙焊接和TIG焊的優(yōu)勢(shì)集成，磁控裝置有效控制電弧形態(tài)，解決焊接時(shí)的側(cè)壁熔合問題；小型化設(shè)備成本更低，能耗更小，綠色環(huán)保，方便靈活，利于工業(yè)化批量化生產(chǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 近年來，隨著焊接結(jié)構(gòu)大型化的發(fā)展，超窄間隙焊接因?yàn)槠錁O高的焊接生產(chǎn)率，優(yōu)良的接頭力學(xué)性能，較小的殘余應(yīng)力和變形，所以其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。但是，該技術(shù)在厚板焊接領(lǐng)域的推廣應(yīng)用極其有限，本課題組就是基于此，設(shè)計(jì)磁場(chǎng)控制電弧左右擺動(dòng)，以解決超窄間隙焊接中的重大難題——側(cè)壁熔合問題。 本設(shè)計(jì)是直接用于標(biāo)準(zhǔn)焊槍上的小型磁控裝置，靈活方便，降低成本，減小能耗，綠色環(huán)保。其巧妙的伸縮裝置，可調(diào)節(jié)鐵芯進(jìn)入焊縫深處，可實(shí)現(xiàn)厚板的超窄間隙的焊接，將電磁鐵進(jìn)行了更為人性化與實(shí)用化的設(shè)計(jì)，縮小其體積并且與焊槍配合度更高，使調(diào)整電磁鐵與鎢極的相對(duì)位置更加簡(jiǎn)單、可靠，使用也更加方便；采用三路電源調(diào)節(jié)，利用光耦隔離來保護(hù)主控制器，達(dá)到磁場(chǎng)裝置安全穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)的效果。 本設(shè)備可應(yīng)用于大型鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、艦船及核應(yīng)堆上要求采用大厚度鋼板連接的多個(gè)領(lǐng)域，滿足生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用，解決窄間隙焊接的難題。本設(shè)備具有低成本，高經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢(shì)，有利于這種新型的高效焊接推廣。另外，將此設(shè)備應(yīng)用到表面堆焊，表面改性領(lǐng)域，也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。
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)
- 一、目的：在焊接小角度坡口時(shí)，側(cè)壁熔合是關(guān)鍵的技術(shù)性難題。可控交變磁場(chǎng)外加在標(biāo)準(zhǔn)焊槍上，使焊接電弧左右擺動(dòng)，擴(kuò)大作用面積，從而解決側(cè)壁融合的問題。焊接設(shè)備小型化設(shè)計(jì)，致力于減少能量消耗、節(jié)省材料、提高效率、降低成本等目的。二、基本思路： 為了使電弧能量分布更加合理而左右擺動(dòng)，解決側(cè)壁熔合這一厚板窄間隙焊接難題，本課題組確定了小型化磁場(chǎng)控制裝置的基本思路，以標(biāo)準(zhǔn)TIG焊槍為參照，設(shè)計(jì)機(jī)械裝置，滿足磁場(chǎng)高度調(diào)節(jié)，并設(shè)計(jì)電路有效控制磁場(chǎng)形態(tài)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，整理參數(shù)，證明其可行性。三、創(chuàng)新點(diǎn)： 1、本設(shè)備創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)超窄間隙焊接和TIG焊的優(yōu)勢(shì)集成。2、磁控裝置有效控制電弧形態(tài)，解決焊接時(shí)的側(cè)壁熔合問題。3、小型化設(shè)備成本更低，能耗更小，綠色環(huán)保，方便靈活，利于工業(yè)化批量化生產(chǎn)。 四、技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和主要技術(shù)指標(biāo)：1、磁場(chǎng)裝置的鐵芯垂直高度便于調(diào)整，保證受熱在合理范圍內(nèi)。參照WS-200型焊槍，所設(shè)計(jì)的磁控裝置外觀尺寸為16*6*4cm，鐵芯垂直高度調(diào)節(jié)范圍為60mm，電磁鐵尖端與鎢極距離為20mm。2、裝置產(chǎn)生磁場(chǎng)有效控制電弧形態(tài)。作用于電弧的磁場(chǎng)：6mT左右，線圈中電流范圍為1-4A。3、電源的頻率與電流大小一定范圍內(nèi)可調(diào)，并能消除阻抗等影響。所用主要芯片型號(hào)：驅(qū)動(dòng)芯片IR2110 光耦LTP541 開關(guān)管45N20。4、磁場(chǎng)控制裝置能夠穩(wěn)定工作。采用三路電源設(shè)計(jì)思路，所有控制部分與工作部分使用光耦隔離，保護(hù)控制器，以達(dá)到互不影響、穩(wěn)定可靠的優(yōu)良效果。5、裝置整體小巧輕便，便于實(shí)際應(yīng)用。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 超窄間隙焊接是近年來隨著焊接結(jié)構(gòu)大型化，焊接鋼板越來越厚，對(duì)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和焊接接頭性能能夠的要求越來越高的條件下發(fā)展起來的一項(xiàng)新型焊接技術(shù)。在厚板結(jié)構(gòu)的焊接中，如果能充分減小填充面積，則可極大的提高生產(chǎn)效率。超窄間隙焊解決的技術(shù)關(guān)鍵是側(cè)壁熔合問題，我們采用利用電源及電磁線圈產(chǎn)生外加磁場(chǎng)，從而利用磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化使電弧左右擺動(dòng)，從而加寬了電弧作用區(qū)域，同時(shí)因電磁力的作用，電弧也不會(huì)往一方偏轉(zhuǎn)，以有效解決側(cè)壁熔合這一難題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- “磁場(chǎng)控制電弧超窄間隙TIG小型焊接裝置及研究”在2011年4月哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）舉行的第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）選拔賽中獲一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 接殘余應(yīng)力和殘余變形，更低的焊接生產(chǎn)成本等顯著技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，將其歸為先進(jìn)制造技術(shù)，當(dāng)之無(wú)愧。然而，迄今為止，該技術(shù)在厚板焊接領(lǐng)域的推廣應(yīng)用仍極其有限，我國(guó)不少行業(yè)至今在應(yīng)用上仍未實(shí)現(xiàn)零突破。 在實(shí)際應(yīng)用方面，超窄間隙焊適用于所有用到厚板結(jié)構(gòu)的行業(yè)及領(lǐng)域。鑒于該技術(shù)與設(shè)備的商品化等因素，迄今應(yīng)用最多的是鍋爐、壓力容器（含深潛器、核反應(yīng)容器等）領(lǐng)域，其次是大型產(chǎn)業(yè)機(jī)械（如大型壓力機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的中空軸、機(jī)身和殼體等），在電力行業(yè)的厚壁管道，壓力管道，海洋結(jié)構(gòu)，鐵路建筑鋼結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域都有一定應(yīng)用。這也顯示著超窄間隙焊接廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 窄間隙焊具有極高的焊接生產(chǎn)率，更優(yōu)良的接頭力學(xué)性能，更小的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形，更低的焊接生產(chǎn)成本等顯著技術(shù)與經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，將其歸為先進(jìn)制造技術(shù)，當(dāng)之無(wú)愧。然而，迄今為止，該技術(shù)在厚板焊接領(lǐng)域的推廣應(yīng)用仍極其有限，我國(guó)不少行業(yè)至今在應(yīng)用上仍未實(shí)現(xiàn)零突破。其中難以應(yīng)用的最大困難即是側(cè)壁均勻熔合可靠性差這幾關(guān)鍵性技術(shù)難題。 由于TIG焊本身的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致了在窄間隙TIG焊接過程在電弧穩(wěn)定、加工精度高，這也吸引了眾多的研究者，包括日本學(xué)者Yamada等人提出的超強(qiáng)雙電弧TIG焊，加拿大學(xué)者的窄間隙雙絲TIG焊，哈爾濱焊接研究所的激光-電弧復(fù)合熱源窄間隙精密方法，這些新型焊接方法雖然也能對(duì)側(cè)壁熔合問題起到一定的改進(jìn)作用，但大多數(shù)設(shè)備裝置較復(fù)雜，不方便對(duì)其進(jìn)行小型化的改進(jìn)。 本裝置借鑒了烏克蘭學(xué)者的研究成果，即磁場(chǎng)介入導(dǎo)致的電弧擺動(dòng)對(duì)窄間隙中的側(cè)壁熔合問題有積極的影響，雖然原理簡(jiǎn)單，但效果良好，且本裝置體積小巧，操作簡(jiǎn)單，可直接加載到標(biāo)準(zhǔn)焊槍上進(jìn)行焊接操作。 目前，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，許多大型鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、艦船及核反應(yīng)堆上都要求采用大厚度鋼板連接。我國(guó)焊接此類鋼結(jié)構(gòu)基本上停留于手工焊接水平，磁控電弧窄間隙TIG焊接應(yīng)用極少，這不僅很難提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，而且焊接質(zhì)量水平不高。當(dāng)前，大厚度鋼板越來越廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)中，我國(guó)在傳統(tǒng)的手工焊基礎(chǔ)上，加快利用窄間隙焊接的步伐。適用于厚板鈦合金的窄間隙TIG焊接設(shè)備具有的優(yōu)異性能可以實(shí)現(xiàn)其他金屬材料的焊接，滿足生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用，解決窄間隙焊接的難題。本課題組從厚板鈦合金磁控電弧窄間隙TIG為出發(fā)點(diǎn)，致力于對(duì)焊接設(shè)備進(jìn)行小型化，模塊化達(dá)到便于產(chǎn)業(yè)化的推廣的目的，這也順應(yīng)我國(guó)當(dāng)前的海洋大開發(fā)戰(zhàn)略。本設(shè)備可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，不僅保證焊縫質(zhì)量，同時(shí)可以提高焊接效率，能夠?yàn)槲覈?guó)焊接領(lǐng)域做貢獻(xiàn)，有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。
