[其他]磁場控制銷釘電弧焊

無效

• 申請號: 85106720
• 申請日: 1985-09-04
• 公開（公告）號: CN85106720B
• 公開（公告）日: 1988-02-24
• 發明（設計）人: 孫子建
• 申請（專利權）人: 機械工業部鄭州機械研究所
• 主分類號: B23K9/08
• 分類號: B23K9/08;B23K9/20
• 代理公司: 鄭州市專利事務所
• 代理人: 李德芝

用于銷釘電弧焊的方法，特別是大截面黑色金屬銷釘的焊接。

各種銷釘焊接方法中，用得最廣泛的是電弧焊接。經驗表明，電弧焊接銷釘必須采用大電流、短持續時間的“硬”規范進行。隨著銷釘直徑的增大，電流也須相應地加大。例如直徑8毫米的銷釘用500安、0.25秒，直徑16毫米就要用1200安、0.8秒。這種“硬”規范工作方法要求焊接設備能迅速提供強大電流，然后又在短促時間后準確地切斷。這些要求使電源和控制系統，特別焊大直徑銷釘時，變得復雜昂貴，因此限制了大直徑銷釘焊廣泛應用實際上的可能。“硬”規范的急熱急冷也使有淬火傾向的材料難以焊接。

降低電流的嘗試表明在這種情況下電弧常自動短路熄滅，過程不穩定，接頭質量低劣。圖1為銷釘焊小電流時過程不穩的示意圖，其原因發現如下：當電弧在銷釘端面某處引燃后，使局部金屬熔化。熔化了的液態金屬要淌下來，使此處間隙縮短，如圖1a。縮短了的間隙為電弧的存在提供了良好條件，使電弧更愿意繼續在這里燃燒下去。結果使這里的金屬進一步熔化，形成大熔滴，而另外一些地方的金屬沒有被電弧直接接觸，基本上不熔化（圖1b）。這樣，銷釘端面發生了嚴重的熔化不均勻的現象，工件上的熔池也同樣地偏離銷釘中心線。這種情況的進一步發展或是使電弧被淌下來的大粒熔滴所短路而熄滅，焊接過程中斷（圖1C）。或是形成一邊滿溢一邊卻未熔合的接頭（圖1d）。

圖2是大電流焊接過程示意圖。提高電流使電弧對熔滴產生更大的壓力，把熔滴液態金屬推出去，推向別處（圖2a）。此處電弧空間拉長，電弧自動移向別處距離較短的地方去（圖2b）。電弧的不斷移動使整個銷釘端面得到較均勻的加熱和熔化，保證了接頭的質量，同時也避免了因短路而使電弧熄滅的可能。

在電弧處加上磁場也能使電弧運動。從而使工件端面熔化均勻、US-4511784是利用磁場驅動電弧使在兩個管子端面間不斷地旋旋轉使管端均勻受熱而達到焊接的一種方法。這種方法中的磁場是垂直于電弧的橫向磁場。這種橫向磁場由套在管子兩邊的二個電流方方向相反的線圈來產生。對于銷釘和板材這樣兩個不同截面的配對體，無法加上這種線圈，也無法產生這種磁場。

本發明的目的在于利用磁場驅動銷釘焊中的電弧。使大截面的銷釘也能用較小的電流進行焊接，保證電弧燃燒穩定，銷釘和母材熔化均勻充分，接頭牢固可靠。

本發明的特點是在銷釘（1）軸線方向上套了一個線圈（2），如圖3a（磁場控制銷釘電弧焊原理圖）所示。線圈中通以直流電流，這樣在銷釘和工件（3）間的空氣隙中將產生一個與銷釘軸線平行的軸向恒定磁場（4）。當銷釘和工件是黑色金屬時，它們將成為磁路中的鐵芯，使間隙處有更集中的磁力線分布。

在間隙處的磁場基本上是平行于銷釘的軸向磁場（邊緣處稍有外傾），而間隙處的電弧中的電流卻像電弧本身形狀一樣是一個圓錐體分布，因此電弧中各處電流流線的方向與該處磁場的方向往往不一致。不一致的方向產生橫向推力。當各處的推力方向都相同，電弧整體會被橫推到另一個地方去，并進而沿銷釘圓周移動，如圖3b（銷釘焊中軸向磁場對電弧作用圖）中所示那樣從原來位置A到虛線所示的位置A′上去。電弧各處的推力方向也可能相反，那末電弧會產生有轉。要是方向相反的推力大小不相等，那末電弧除了自轉以外也仍要發生移動。所有這一切運動的結果都促使電弧在銷釘端面上不斷地運動，決不靜止地固定在一個地方，銷釘及工件不均勻加熱和熔化的現象即使在較低電流時也不致發生。

在銷釘端部和熔池的液態金屬中，電流的流線方向也不可能同該處磁力線方向完全一致，因此也會像電弧一樣不斷地旋轉和移動，不會聚積在一個地方，而造成電弧的短路。因此，即使電弧電流較小，燃燒仍能穩定。

以前人們為了克服銷釘焊中的磁偏吹現象，也采用施加與銷釘軸線平行的軸向磁場的方法。但是為了達到使電弧和液態金屬不斷運動的目的，必須施加強得多的磁場。

為了使結合處成形良好，像其他電弧焊接銷釘方法那樣，最好采用陶瓷圈或焊劑圈以強迫成形。

磁場的作用使較大直徑的銷釘能用較小的電流進行焊接。

由于電流降低，銷釘和工件受熱減少，所以電流的持續時間必須相應延長，例如對于直徑16毫米的銷釘本來用1200安、0.8秒，在銷釘上加上1500～2000安匝的磁場線圈后，只要400安就完全可以得到穩定的電弧和可靠的接頭，但電流持續時間應延長到3.0秒。

由于在銷釘焊接中輔助時間，如裝夾銷釘、對準等，遠遠超過電弧燃燒時間，所以燃弧時間即使延長了好幾倍，對總的生產效率實際上影響甚微。