一种聚磁型焊接电极及其应用

技术领域

本发明属于TIG焊接技术领域，具体涉及一种聚磁型焊接电极及其应用。

背景技术

非熔化极气体保护焊(TIG)是在焊接过程中不通过电极熔化向熔池中过渡填充金属的焊接方法，采用不熔化的钨棒作为电极(称为钨极)，利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化，根据需要可以选择填充或者不填充金属。非熔化极气体保护焊具有焊接过程稳定、焊接质量好、易于实现机械化等优点。

但是钨极的载流能力有限，尤其是采用交变电流焊接时，钨极的许用电流更低，导致其熔透能力较差，焊接效率低。现有技术中，常采用磁场辅助TIG焊接，通过将电磁控制技术和传统的TIG焊接方法相结合，在焊接区内引入磁场，电弧在磁场的作用下发生旋转、压缩、摆动或扩张，从而对电弧行为和焊接熔池流动过程进行控制，达到提高焊接效率、改善焊缝成形和焊接质量的目的。

但目前磁控焊接的磁头多采用在焊枪枪体上安装永磁体，或在焊枪喷嘴上安装螺旋管磁头产生磁场，磁场辅助手段在焊接区内产生的磁感应强度有限，外加的磁场比较分散，相同的安匝数条件下，作用在焊接电弧区和熔池内的磁场强度较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚磁型焊接电极及其应用，本发明提供的聚磁型焊接电极能够提高焊接电弧区和熔池内的磁场强度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种聚磁型焊接电极，包括聚磁棒和连接在所述聚磁棒任一一端的钨电极棒。

优选的，所述钨电极棒包括第一钨电极棒和第二钨电极棒，分别设置在所述聚磁棒的两端。

优选的，所述聚磁棒为磁性金属材料；

所述磁性金属材料包括金属单质铁、金属单质钴、金属单质镍、铁合金、钴合金和镍合金中的一种或几种。

优选的，所述钨电极棒包括单质钨或钨合金；

所述钨合金包括铈钨合金、钍钨合金、锆钨合金、镧钨合金和钇钨合金中的一种或几种。

优选的，所述聚磁棒和钨电极棒的直径相同。

优选的，所述聚磁棒和钨电极棒的直径均为2～10mm。

优选的，所述聚磁棒的长度为10～15cm。

优选的，所述钨电极棒的长度为0.5～3cm。

优选的，所述钨电极棒的一端呈锥形；

所述钨电极棒的另一端和聚磁棒连接。

本发明还提供了上述技术方案所述的聚磁型焊接电极在TIG焊接中的应用。

本发明提供了一种聚磁型焊接电极，包括聚磁棒和连接在所述聚磁棒任一一端的钨电极棒。本发明通过在电极中设置聚磁棒，通过聚磁棒的聚磁作用，减少磁感应强度向焊接电弧区和熔池内传递过程中的损耗，增强磁场强度，改善磁场辅助TIG焊接过程中电弧的压缩效果，提高电弧的挺度和刚度，进而提高TIG焊接的焊接效率和焊接质量。

附图说明

图1为实施例1提供的聚磁型焊接电极的结构示意图；

图2为实施例2提供的聚磁型焊接电极的结构示意图；

图3为应用例1中设置有聚磁型焊接电极的焊枪的结构示意图；

图4为传统钨极作为焊接电极时外加磁感应线圈通电后的磁场分布情况；

图5为聚磁型焊接电极作为焊接电极时外加磁感应线圈通电后的磁场分布情况；

图6为外加磁感应线圈的聚磁型焊接电极的横截面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种聚磁型焊接电极，包括聚磁棒和连接在所述聚磁棒任一一端的钨电极棒。

在本发明中，所述钨电极棒优选包括第一钨电极棒和第二钨电极棒；所述第一钨电极棒和第二钨电极棒分别优选设置在所述聚磁棒的两端。

在本发明中，若无特殊说明，所有材料均为本领域技术人员熟知的市售产品。

在本发明中，所述聚磁棒优选为磁性金属材料；所述磁性金属材料优选包括金属单质铁、金属单质钴、金属单质镍、铁合金、钴合金和镍合金中的一种或几种。在本发明中，所述单质铁优选为电工纯铁；所述电工纯铁中的铁含量优选为99.50～99.90％；含碳量优选为≤0.04％。

在本发明中，所述钨电极棒优选包括单质钨或钨合金；所述钨合金优选包括铈钨合金、钍钨合金、锆钨合金、镧钨合金和钇钨合金中的一种或几种。本发明对所述钨合金中各元素的配比没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。

在本发明中，所述聚磁棒和钨电极棒的直径优选为相同。在本发明中，所述聚磁棒和钨电极棒的直径均优选为2～10mm，进一步优选为3～9mm，更优选为4～8mm。

在本发明中，所述聚磁棒的长度优选为10～15cm，进一步优选为11～14cm，更优选为12～13cm。在本发明中，所述钨电极棒的长度优选为0.5～3cm，进一步优选为1.0～2.5cm，更优选为1.5～2.0cm。

在本发明中，所述钨电极棒的一端优选为呈锥形；所述钨电极棒的另一端优选和聚磁棒连接。本发明对所述锥形的锥角没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。

本发明对所述聚磁型焊接电极的制备方法没有特殊的限定，只要能够将所述聚磁棒和钨电极棒连接即可。在本发明中，所述连接优选包括焊接或螺纹连接。

本发明还提供了上述技术方案所述的聚磁型焊接电极在TIG焊接中的应用。

在本发明中，所述应用优选为在磁场辅助TIG焊接中的应用。

在本发明中，所述在磁场辅助TIG焊接中的应用优选包括以下步骤：

将所述聚磁型焊接电极用钨极夹固定并放入焊枪中，将磁感应线圈套设在焊枪上；

对磁感应线圈通电，进行磁场辅助TIG焊接。

在本发明中，所述磁感应线圈的几何中心无需和所述聚磁型焊接电极的几何中心对中。

为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种聚磁型焊接电极及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例的聚磁型焊接电极的结构示意图如图1所示；包括聚磁棒1和钨电极棒2；

其中，聚磁棒1为电工纯铁棒，长度为10cm，直径为2mm；

钨电极棒2为一端呈锥形的单质钨电极棒，长度为2.0cm，直径为2mm；钨电极棒2和聚磁棒1的一段通过焊接的方式进行连接。

实施例2

本实施例的聚磁型焊接电极的结构示意图如图2所示；包括聚磁棒1第一钨电极棒3和第二钨电极棒4；

其中，聚磁棒1为电工纯铁棒，长度为15cm，直径为10mm；

第一钨电极棒3和第二钨电极棒4均为一端呈锥形的单质钨电极棒，长度为3cm，直径为10mm；第一钨电极棒3和聚磁棒1的一段通过焊接的方式进行连接，第二钨电极棒4和聚磁棒1的另一端通过焊接的方式进行连接。

应用例1

将实施例2中的聚磁型焊接电极用钨极夹固定并放入焊枪中，将磁感应线圈套设在焊枪上，装置的示意图如图3所示，其中，1为聚磁棒，3为第一钨电极棒，4为第二钨电极棒，5为磁感应线圈，6为磁头，7为焊枪枪体。

性能测试

以实施例2所述的聚磁型焊接电极作为焊接电极，采用comsol软件对焊接电弧区磁场分布进行模拟，以焊枪内装入传统钨极作为焊接电极作为对照组，模拟结果如图4和图5所示；

图4为传统钨极作为焊接电极时外加磁感应线圈通电后的磁场分布情况；图5为聚磁型焊接电极作为焊接电极时外加磁感应线圈通电后的磁场分布情况；通过模拟结果可知，由聚磁型焊接电极周围发散出的磁感线数量是由钨极周围发散出的磁感线的3倍以上，磁感应强度显著增强；

外加磁感应线圈的聚磁型焊接电极的横截面示意图如图6所示，假设磁感应线圈8的横截面是以P

根据如下公式计算：B＝B

B＝S

空气中的磁导率μ

由此可知，当采用本发明提供的聚磁型焊接电极时，绝大多数的磁感线集中在聚磁型焊接电极处。因此，磁感应线圈的几何中心P

综上可以看出，本发明提供的聚磁型焊接电极装配简单，无需和磁感应线圈对中，即可提高焊接电极处的磁感应强度，提高磁场辅助TIG焊接的焊接效果。

对于以传统钨极作为焊接电极时，焊接区域的磁感应强度的计算公式可以根据毕奥-萨伐尔定律推导得出，具体的计算公式如下所示：

其中，r

根据上述公式可知：

当r

当

由此可知，当P点距离原点的距离r

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。