CN101200018A - 旋转电弧窄间隙焊炬 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种旋转电弧窄间隙焊炬。包括有：空心轴高速伺服电机1、偏心套筒2、上调心轴承3、密封轴承4、下调心轴承5、导电杆6、焊枪壳体8、导电嘴14等。其特征是：空心轴高速伺服电机1与之相连的偏心套筒2带动导电杆6和导电嘴14绕焊炬的轴线偏心公转，公转的转动原点在导电杆6的中部附近，导电杆6从固定的下调心轴承5中心通过，并与之固定；旋转幅度由偏心套筒2的偏心量和转动原点的下调心轴承5在导电杆6上的位置共同调节。焊丝随着导电杆6和导电嘴14的转动产生旋转电弧。软电缆12连接软电缆12加载焊接电源。本发明的损耗部件均为标准件，因此实施成本低，且焊炬使用寿命长，采用软导线连接方便可靠，焊炬工作时不受外界干扰。

Description

旋转电弧窄间隙焊炬

技术领域

本发明涉及一种焊接设备，具体地说是一种窄间隙焊接设备。

技术背景

窄间隙GMAW是一种针对厚度一般大于20mm的焊接技术。其优点是热输入适中，焊接效率高，适于全位置焊，具有较好的综合性能。窄间隙GMAW焊的应用水平代表了一个国家的窄间隙焊接水平，现在西方工业发达国家的窄间隙焊接技术已经大量应用于实际生产。在我国仅有少量的实际应用，很多还停留在实验阶段。

窄间隙GMAW焊的主要技术难点是侧壁不熔合和焊接飞溅，坡口间隙尺寸多为9～12mm。解决侧壁不熔合的根本方法是使电弧在靠近侧壁的地方燃烧，增强对侧壁的热输入。降低焊接飞溅的方法主要是通过焊接参数的匹配控制熔滴过渡。现在具体采用的窄间隙GMAW焊接方法有4种：

1导电杆在坡口内横向摆动。通过摆动器带动导电杆在坡口内横向摆动。这是解决侧壁不熔合问题最先采用的方法。在窄间隙内，由于导电嘴尺寸的限制焊枪摆动范围不大，且控制系统比较复杂，对侧壁熔合效果不是很好。

2双焊丝或多焊丝焊。这种方法不需要电弧摆动，两根焊丝在坡口内分别靠近一侧侧壁，使电弧对侧壁充分加热。其缺点是要求特殊的双丝焊枪，需要两套送丝系统，焊枪体积较大，需要增大坡口间隙，这样就降低了应用窄间隙焊接的意义。

3采用麻花形或波浪式弯曲送丝。把几股焊丝拧成麻花状或将单股焊丝弯成波浪形从导电杆送进，弯曲方向垂直与焊接方向。由于焊丝自身的弯曲形状使得焊丝在熔化过程中电弧沿垂直于焊接方向产生横向摆动现象。这种方法没有摆动机构，但需要弯丝系统。其缺点是由于导电嘴的磨损，焊丝的材料特性，焊丝本身的死结等，造成焊丝的不规则摆动，容易引起缺陷。现有的弯丝设备和工艺还不完善，并且弯丝系统还需要特殊的控制部分，增加了设备的制造难度。

4采用偏心旋转的方法。这种方法焊丝从焊枪导电杆的中心送入，依靠与导电杆相连的导电嘴端部的偏心孔使焊丝偏心送出。导电杆和导电嘴自身旋转，带动从导电嘴出来的焊丝绕导电杆的中轴线做偏心旋转。但其自身的缺点严重：导电嘴和导电杆高速自转，焊丝与导电嘴之间存在高速的相对旋转运动，在焊接高温下，导电嘴磨损极大，寿命很短，焊接时消耗很大，并且偏心导电嘴为非标准件，需要特殊制作，所以这种方法大大增加了焊接成本，反复的拆换导电嘴增加了作业时间和强度。为了使电弧有足够的偏心旋转范围，导电嘴的尺寸较大，相应的坡口间隙较大，约14mm左右。因为导电杆自身旋转，电极接入困难，采用电刷接入，高速旋转情况下电刷磨损大，容易造成导电不良。

发明内容

本发明提供的一种旋转电弧窄间隙焊炬，包括有：空心轴高速伺服电机1、偏心套筒2、上调心轴承3、密封轴承4、下调心轴承5、导电杆6、焊枪壳体8、上绝缘套7和下绝缘套9、绝缘垫圈10、导电板11、软电缆12、接电柱13、导电嘴14。其特征是：空心轴高速伺服电机1与之相连的偏心套筒2带动导电杆6和导电嘴14绕焊炬的轴线偏心公转，公转的转动原点在导电杆6的中部附近，导电杆6从固定下调心轴承5中心通过，并与之固定；旋转幅度由偏心套筒2的偏心量和转动原点的下调心轴承5在导电杆6上的位置共同调节。焊丝从空心伺服电机1的中心孔通过送入导电杆6，随着导电杆6与导电嘴14的转动产生旋转电弧。软电缆12连接在导电杆6上，通过接电柱13、导电板11和软电缆12加载焊接电源。

所述的一个与伺服电机1相连的偏心套筒2，其内部开有偏心孔，在偏心孔中镶嵌一个上调心轴承3，导电杆6的一端穿过上调心轴承3中心并与轴承紧密连接；

导电杆6采用锥摆方式，摆动的固定点在导电杆6的中部，导电杆6穿过一个固定在焊炬外壳的下调心轴承5，并与轴承紧密连接；导电杆6的上端固定在偏心套筒2中的上调心轴承3；

所述的旋转电弧的旋转方式为导电杆6、导电嘴14带动焊丝和电弧一同做锥摆运动

所述的焊接电源通过紫铜的软电缆12直接连接到导电杆6的预设接线端，软电缆12与导电杆6的连接处靠近导电杆6中部的固定点处。软电缆12共有8根，均匀的分布在导电杆6的周围。

所述的软电缆12一端连接在导电杆6上，另一端固定在一块导电板11上，导电板11固定在焊炬的外壳上，二者之间有绝缘垫圈10。焊接电源直接接在接电柱13和导电板11上。

所述的导电嘴14与导电杆6相连，导电嘴14采用标准CO₂导电嘴车削而成，可以插入窄间隙坡口中。

本发明在焊炬的顶部设有与普通GMAW焊枪相连的接电柱，在使用时根据不同型号的焊机和焊枪采用不同形状的接口。保护气通过导电板上的导气孔直接通入焊炬下端，先形成紊流，然后经保护气喷嘴形成层流喷出。

本发明的主要优点是：焊枪设计简单小巧，外形美观，工作稳定可靠；导电嘴与焊丝之间几乎没有相对运动，二者之间只有绕焊炬轴线公转而不自转，导电嘴磨损小，使用寿命长；焊枪成本低，所采用主要部件和配件均为常用标准件。焊枪旋转部分质量轻，转动惯量小，转动稳定；导电嘴尺寸小，焊丝旋转幅度可调，使用本焊枪焊接坡口间隙可以大大减小；电源接入简单方便；通过软导线加载焊接电流，还可以提高了加载的稳定性和可靠性，以及加载端的寿命，同时软导线的自身刚度还可以进一步防止导电杆发生自转。焊枪工作稳定可靠，焊炬转动不受外界干扰。采用导电杆中部固定，两端作偏心旋转的方法，更适于窄间隙焊接，加大了焊接可适用的最大板厚和旋转幅度。

附图说明

图1是本发明的整体图；

图2是偏心套筒的结构图；

图3是焊接时导电杆摆动形式示意图；

图4是两种旋转方式的焊接示意图。

具体实施方式

本发明的原理是：电机通过偏心套筒带动导电杆和导电嘴绕焊枪中轴线做偏心旋转，导电嘴只公转，而不自转，焊丝从导电嘴的中心送出，这样焊丝和导电嘴之间只有轴向相对运动而几乎没有周向相对运动，从而减少了磨损，达到了提高焊枪转动稳定性和提高焊枪寿命的目的。

下面结合附图1，2对焊枪的结构组成和工作过程进行说明。焊枪的偏心旋转部分如附图1所示，主要由空心轴高速伺服电机1，偏心套筒2，上调心轴承3，密封轴承4，下调心轴承5，导电杆6，焊枪壳体8，上绝缘套7和下绝缘套9，绝缘垫圈10，导电板11，软电缆12，接电柱13，导电嘴14组成。工作方式如下：送丝管从伺服电机1空心轴中间通过进入导电杆6。伺服电机1的轴直接与偏心套筒2相连，带动其旋转。上调心轴承3安装在套筒2内壁，下调心轴承5固定在焊枪外壳8的内壁，伺服电机1、偏心套筒2和下调心轴承5同轴安装。导电杆6穿过上调心轴承3和下调心轴承5的内孔，中间用上绝缘套7和下绝缘套9塞紧隔开。偏心套筒2的示意图见图2，它的作用是产生并调节偏心量，带动导电杆6偏心转动。上调心轴承3的作用是使导电杆6和与其相连的导电嘴14只随偏心套筒2绕焊枪的中轴线进行公转而没有自转，从而消除焊丝和导电嘴14之间的旋转摩擦。下调心轴承5为转动原点，在此处导电杆6的偏心量为0，导电杆6的转动形式如图4所示。这种方法与现有旋转方法和另一种转动原点在端部导电杆中部产生偏心量的转动方法相比，导电杆与坡口的夹角更大，可以使喷嘴更深入坡口，提高保护效果，较少保护气使用流量，降低焊接成本，并且电弧燃烧的位置更靠近侧壁。密封轴承4固定在外壳8的内壁，对偏心套筒2起到支撑定位的作用，防止套筒2因转动而震动。焊接电源电缆通过接电柱13与导电板11相连，在焊枪内部导电板11通过软电缆12与导电杆6连接，从而实现加载。连接点靠近下调心轴承5，这样可以保证电源的良好接入，软电缆摆动幅度较小。固定导电板11还可以消除因为焊枪外部电缆拉紧等因素造成的对焊枪摆动的影响。保护气从导电板11的侧孔通入。导电板11与焊枪主体之间用绝缘垫圈10隔开，焊枪壳体8不带电。整个焊枪性能稳定，外观小巧美观。焊丝通过接电柱13的中心孔进入焊炬。

从图4可以看出采用中间固定方法比一端固定方法具有更大的旋转幅度。

本焊枪的整体工作方式是电机通过偏心套筒带动导电杆和导电嘴偏心公转，转动原点在导电杆的中部。焊丝从空心电机的中心孔通过送入导电杆，在导电杆的带动下做旋转运动。电弧随焊丝旋转，加热面积加大，消除侧壁不熔合现象。本发明可以通过调整偏心套筒的偏心量来控制焊丝的旋转幅度。在采用普通导电嘴，由于导电嘴的总长只有45mm，所以单面焊接的最大厚度小于60mm，该焊炬根据导电嘴的不同可以使用各种直径的焊丝。

Claims (7)

1.一种旋转电弧窄间隙焊炬，包括有：空心轴高速伺服电机(1)、偏心套筒(2)、上调心轴承(3)、密封轴承(4)、下调心轴承(5)、导电杆(6)、焊枪壳体(8)、上绝缘套(7)和下绝缘套(9)、绝缘垫圈(10)、导电板(11)、软电缆(12)、接电柱(13)、导电嘴(14)；其特征是：空心轴高速伺服电机(1)与之相连的偏心套筒(2)带动导电杆(6)和导电嘴(14)绕焊炬的轴线偏心公转，公转的转动原点在导电杆(6)的中部，导电杆(6)从固定下调心轴承(5)中心通过，并与之固定；旋转幅度由偏心套筒(2)的偏心量和转动原点的下调心轴承(5)在导电杆(6)上的位置共同调节；焊丝从空心伺服电机(1)的中心孔通过送入导电杆(6)，随着导电杆(6)与导电嘴(14)的转动产生旋转电弧，软电缆(12)连接在导电杆(6)上，通过接电柱(13)、导电板(11)和软电缆(12)加载焊接电源。

2.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：所述的一个与伺服电机(1)相连的偏心套筒(2)，其内部开有偏心孔，在偏心孔中镶嵌一个上调心轴承(3)，导电杆(6)的一端穿过上调心轴承(3)中心并与轴承紧密连接。

3.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：导电杆(6)采用锥摆方式，摆动的固定点在导电杆(6)的中部，导电杆(6)穿过一个固定在焊炬外壳的下调心轴承(5)，并与轴承紧密连接，导电杆(6)的上端固定在偏心套筒(2)中的上调心轴承(3)。

4.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：所述的旋转电弧的旋转方式为导电杆(6)、导电嘴(14)带动焊丝和电弧一同做锥摆运动。

5.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：所述的焊接电源通过紫铜的软电缆(12)直接连接到导电杆(6)的预设接线端，软电缆(12)与导电杆(6)的连接处靠近导电杆(6)中部的固定点处，软电缆(12)共有8根，均匀的分布在导电杆(6)的周围。

6.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：所述的软电缆(12)一端连接在导电杆(6)上，另一端固定在一块导电板(11)上，导电板(11)固定在焊炬的外壳上，二者之间有绝缘垫圈(10)，焊接电源直接接在接电柱(13)和导电板(11)上。

7.根据权利要求1所述的旋转电弧窄间隙焊炬，其特征是：所述的导电嘴(14)与导电杆(6)相连，导电嘴(14)采用标准CO₂导电嘴车削而成，可以插入窄间隙坡口中。

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