一种抑制外界磁场干扰的氩弧焊装置研究

论文摘要

目前国内大型冶金行业电磁环境较为复杂,比如电解车间普遍采用大电流强度的电解槽,其母线运行电流达数万安培以上,在空间产生的磁场使焊接电弧明显偏移甚至不能起弧,只能采取切断母线停止电解冶炼来对其进行维修与护理,严重影响了生产效率。本课题针对此问题,设计了一种抑制磁场干扰的氩弧焊装置,采用磁头装置与焊枪结合的设计方式,将产生的纵向磁场完全导入电弧区域用来控制电弧形态并对外界磁场干扰进行抑制,从而提高焊接准确性和稳定性,大大提高了生产效率。此装置具有附加装置简单、投入成本低、耗能少等特点,易于工程实现。目前国内关于通过外加磁场抑制干扰磁场对焊接电弧的位置、形状和运行状态的影响,从而提高焊接质量,改善焊接工艺方面的研究和设计未曾见到任何文章和报道。首先,基于ANSYS为研究手段,对影响磁场分布和磁场强度的各种因素进行了有限元分析和计算,为设计科学合理的外加磁场发生装置提供理论基础。设计了一台恒流稳压励磁电源,该电源通过半桥逆变和同步整流对磁头装置进行供电。本装置通过氩弧焊焊接试验,有效抑制了外界干扰磁场对电弧的影响,验证了该装置的正确性及合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及课题意义
• 1.2 磁场控制焊接技术发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 外加磁场方案的选择
• 2.1 外加横向磁场对电弧的作用
• 2.2 外加纵向磁场对电弧的作用
• 2.3 外加尖角磁场对电弧的作用
• 2.4 外加磁场方案的选择
• 3 磁头装置方案的选择
• 3.1 电磁场有限元分析理论
• 3.1.1 电磁场基本理论
• 3.1.2 有限元法
• 3.1.3 有限元软件概述
• 3.2 励磁装置参数的确定
• 3.2.1 励磁装置的ANSYS仿真模型的建立
• 3.2.2 磁芯材料的选择及磁化曲线的验证
• 3.2.3 励磁线圈及磁壁的参数设计
• 3.2.4 磁头装置结构的设计
• 3.3 本章小结
• 4 纵向磁场励磁电源的设计
• 4.1 励磁电源主电路设计
• 4.1.1 半桥式逆变电路原理
• 4.1.2 同步整流原理
• 4.1.3 主电路原理图及说明
• 4.1.4 主电路参数设计
• 4.2 励磁电源控制电路设计
• 4.3 MOSFET隔离驱动电路设计
• 4.4 励磁电源的仿真及实验波形
• 5 外界磁场干扰下励磁装置对电弧运动特性影响的实验研究
• 5.1 实验系统搭建
• 5.2 实验及结果分析
• 5.2.1 未加纵向磁场电弧在横向干扰磁场影响下的形态对比
• 5.2.1 添加励磁装置电弧在横向干扰磁场影响下的形态对比
• 6 结论及展望
• 致谢
• 参考文献