CN101412143A - 摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬，包括连接电缆固连在电刷机构和联接头上，空心轴电机通过联轴器连接直型导电杆，焊丝从电缆联接头的中心孔穿入后从导电嘴的中心孔穿出，在直型导电杆的下端固定连接件，微弯型导电杆的一端通过连接件与直型导电杆相联，另一端与导电嘴相接。空心轴电机直接驱动直型导电杆和可伸入工件坡口的微弯型导电杆绕焊炬中心轴线往复转动，带动从导电嘴中心孔送出的焊丝端部的电弧在工件坡口内作圆弧形摇动实现摇动电弧窄间隙焊接。本发明焊炬结构简单紧凑、实施成本低、工作可靠性高、实用性强，适应平位置和空间位置焊缝不同的施焊工艺需要。焊丝摇动规则性强、电弧指向性好，焊接质量高。

Description

摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬

技术领域

本发明涉及一种空心轴电机驱动的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬，属于焊接技术领域。

背景技术

窄间隙熔化极气体保护电弧焊，是一种以气体作为保护介质、焊丝自动送入焊接区的机械化或自动化电弧焊接方法，适用母材板厚一般大于30mm、I型坡口间隙小于20mm的场合。这种工艺使用气体保护，焊后无需清渣，可空间位置施焊，焊接热输入适中，工艺性好，综合技术与经济性能优越，是一种高效、高质量、低成本的先进焊接技术，受到了人们的高度重视。如何保证坡口两侧壁得到均匀稳定的熔深，是窄间隙熔化极电弧焊接技术的关键之一。为此，国内外先后开发出了多种窄间隙熔化极电弧焊接工艺，典型的有：高速旋转电弧焊接法、波浪(或蛇形)焊丝焊接法、超窄间隙焊接法等。

专利号为ZL200510038527.4、名称为“空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置”的专利公开了焊接电缆联接头、空心轴电机部分、电刷馈电机构、喷嘴机构及由光栅与光耦组成的测速机构，采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入间隙的直型导电嘴运动，以及采用单一压紧弹簧使电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合，并经固联在电刷上的电缆与联接头成导电连接实现焊接馈电，使穿过电机空心轴和导电杆中心孔从导电嘴偏心孔送出焊丝的端部产生旋转电弧，同时配用不同形式喷嘴机构，实现旋转电弧窄间隙焊接。该方法及装置的缺点是：(1)与其他类型旋转电弧焊接法一样，不能用于空间位置施焊；(2)导电嘴的高速自转，使得焊丝与导电嘴之间存在高速相对运动，导致导电嘴磨损大、寿命低，并且偏心导电嘴为非标准件，需要特殊制作，因而明显增加了焊接成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种实施成本低、工作可靠性高、实用性强的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法及焊炬。

本发明摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法的技术方案是包括如下步骤：A、将焊接电缆通过电缆联接头与焊炬相接，将焊丝从电缆联接头的中心孔穿入，通过空心轴电机、联轴器、直型导电杆、连接件和微弯型导电杆的中心孔后，从导电嘴的中心孔送出。B、转动空心轴电机使得微弯型导电杆弯向待焊坡口的正前方，实现焊丝摇动中点的焊前定位。C、启动引弧过程，焊接电流由电缆联接头导入，经过连接电缆、电刷、直型导电杆、连接C、启动引弧过程，焊接电流由电缆联接头导入，经过连接电缆、电刷、直型导电杆、连接件、微弯型导电杆和导电嘴，流入焊接电弧。D、空心轴电机直接驱动直型导电杆和可伸入工件坡口的微弯型导电杆绕焊炬中心轴线往复转动，带动从导电嘴中心孔送出的焊丝端部的电弧在工件坡口内作电弧的圆弧形摇动轨迹的摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接。

本发明摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊炬的技术方案是：包括连接电缆固连在电刷和联接头上，空心轴电机通过联轴器连接直型导电杆，焊丝从电缆联接头的中心孔穿入后，通过空心轴电机、联轴器、直型导电杆后从导电嘴的中心孔穿出，微弯型导电杆的一端通过连接件与直型导电杆相联，另一端与导电嘴相接。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、通过选用摇动频率、摇动幅值、电弧在两侧壁的停留时间，可以满足平位置和空间位置焊缝不同的施焊工艺需求。

2、采用空心轴电机直接驱动导电杆带动电弧摇动，简化了焊炬机构设计，减小了电机驱动功率和传动噪声，焊炬结构紧凑、重量轻、实用性强。

3、使用微弯型导电杆，配合电机摇动定位控制，使得焊丝摇动规则性强、电弧指向性好，焊接质量高。

4、导电嘴采用常规形式，可由市售标准件车削而成，制作简单方便，且较低的摇动频率使得导电嘴磨损小、寿命长，因而焊接成本大为减低。

5、喷嘴机构可利用现有技术，配套方便。

6、施焊时，在不使用超窄间隙的情况下，能得到均匀稳定的两侧壁熔深，同时还降低了母材剩磁对电弧稳定性的影响。

7、使用光耦与光栅构成的同一套检测机构，可实现摇动频率检测和焊丝摇动定位的双重功能，提高了检测机构的集成度，减小了焊炬体积。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明焊炬与工件坡口11工作结构的主视图。

图2为图1中焊炬的右视图。

图3为图1中焊丝20摇动中点的焊前检测定位原理图。

图4为图1中电弧21的圆弧形摇动轨迹34与焊缝35的位置关系示意图。

图中：1—送丝滚轮，2—联接头，3—联接头支座，4—空心轴电机，5—电机支座，6—光栅，7—防尘罩，8—压紧弹簧，9—轴承，10—微弯型导电杆，11—工件坡口，12—支撑板，13—电机空心轴，14—光耦，15—电刷罩，16—电刷，17—轴承座，18—连接件，19—导电嘴，20—焊丝，21—电弧，22—联轴器，23—直型导电杆，24—电刷机构，25—焊炬中心轴线，26—焊炬固定孔，27—连接电缆，28—联接喷嘴机构用螺钉孔，29—待焊坡口(工件坡口11在焊前的空间投影)，30—光电管，31、32—光栅6上相互垂直的中心线，33—导电嘴的中心线，34—电弧的圆弧形摇动轨迹(相对于焊炬)，35—焊缝。

图3、4中：V_w—焊接方向，O—摇动中心(即焊炬中心轴线25的投影点)，O_l—摇动轨迹34的中点，θ—摇动角度范围，A₁A₂—坡口(或焊缝)中心线，B₁B₂—导电嘴19的中心线；C₁C₂和C₃C₄为光栅6上相互垂直的中心线，交于O₂点；直线C₁C₂与直线B₁B₂处于同一平面；焊炬中心轴线25(直线O₂B₂)垂直于C₁C₂，并与直线B₁B₂交于B₂点、与直线A₁A₂交于O点。

具体实施方式

如图1、2所示，由送丝滚轮1送出的焊丝20从联接头2的中心孔穿入，通过联接头支座3、电机空心轴13的中心孔、联轴器22、直型导电杆23、连接件18、微弯型导电杆10的中心孔后，从导电嘴19的中心孔穿出，在工件坡口11处产生焊接电弧21。其采用通用型气体保护焊机电缆联接头2，使得本焊炬能方便地与通用型焊机的馈电电缆联接。空心轴电机4安装在电机支座5上，电机空心轴13的下端穿过电机支座5与联轴器22联接。连接电缆27固连在电刷机构24和联接头2上，电刷机构24包括电刷罩15、电刷16和压紧弹簧8，电刷罩15固定在轴承座17上，给电刷16和压紧弹簧8提供定位作用，并与电刷16配合。电刷16在压紧弹簧8的作用下与直型导电杆23上的法兰台面成导电紧密动配合。直型导电杆23的一端通过电刷16、压紧弹簧8和电刷罩15，经联轴器22与电机空心轴13相联，另一端通过轴承9支撑在轴承座17上。微弯型导电杆10的一端通过连接件18与直型导电杆23相联、另一端与导电嘴19相接。焊丝20与微弯型导电杆10和导电嘴19中的中心孔形成导电紧密动配合。焊接电缆联接头2、电机空心轴13、联轴器22、直型导电杆23、电刷16、轴承9、连接件18的轴心在一条直线上，该直线形成焊炬中心轴线25，以保证焊丝20的正常送进、微弯型导电杆10和直型导电杆23的平稳摇动。在所述直型导电杆23上设置一个摇动频率检测与焊丝摇动定位机构，该机构包括光耦14和光栅6。联接头支座3、电机支座5、光耦14、轴承座17固联在支撑板12上，形成的焊炬整体可方便地通过支撑板12上的焊炬固定孔26与焊炬高度调节机构相联。光栅6套装在联轴器22上，与光耦14配合使用；防尘罩7罩盖在光耦14和光栅6的外部，并与支撑板12固联。

如图2所示，在轴承座17和支撑板12上设置联接喷嘴机构用螺钉孔28。连接电缆27的一端与电刷16固连，另一端与联接头支座3相接。焊接时，焊接电流由联接头2导入，经联接头支座3、连接电缆27、电刷16、直型导电杆23、连接件18、微弯型导电杆10、导电嘴19，流入焊接电弧21，从而实现电缆无缠绕下的焊接馈电；同时，电机空心轴13中无大电流流过，降低了电机轴的设计要求，减小了电机体积。

如图3所示，光栅6上相互垂直的中心线31、32相互垂直，焊炬装配时，使得导电嘴19的中心线33(即直线B₁B₂)与光栅6的中心线31(即直线C₁C₂)处于同一平面。焊前，使空心轴电机4带动光栅6、微弯型导电杆10和导电嘴19一起转动。在光栅6的另一中心线32(即直线C₃C₄)上开有一个与光电管30配合使用的通光孔或通光条，该通光孔或者通光条对准光耦14中的光电管30时，控制器检测到光电开关信号，停止空心轴电机4的转动，此时微弯型导电杆10朝向待焊坡口29的正前方，从而实现了焊前对焊丝摇动中点O₁的定位。此外，为了使待焊坡口29两侧壁得到均匀的熔深，在焊接过程中需要使焊炬中心对准待焊坡口29中心，即要使焊炬中心线25与待焊坡口29中心线A₁A₂相交于O点。

如图4所示，焊接过程中电弧21绕摇动中心O点摇动，其相对于焊炬的摇动轨迹呈圆弧形34，通过焊前设定或实时调节电机4的摇动角度θ，可方便地调节电弧的圆弧形摇动轨迹34的长度，达到调整电弧摇动幅值的目的，形成合适的焊缝35。

本发明的技术原理是：馈电机构为电弧21供电，选配的喷嘴机构为焊接电弧21提供气体保护；空心轴电机4直接驱动可伸入工件坡口11的微弯型导电杆10往复转动，带动从导电嘴19中心孔送出焊丝20端部的电弧21在工件坡口11内作较低频率的圆弧形摇动，配用合适的电弧摇动频率、摇动幅值和侧壁停留时间，有效控制电弧热分布和熔池金属流动，在低成本条件下满足平位置和空间位置焊缝不同的施焊工艺需要。

本发明摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法是包括如下步骤：

1、将外部焊接电缆通过电缆联接头2与焊炬相接，焊丝20从电缆联接头2的中心孔穿入，通过联接头支座3、驱动电机4的空心轴13、联轴器22、直型导电杆23、连接件18和微弯型导电杆10的中心孔后，从导电嘴19的中心孔送出。

2、转动空心轴电机4使得微弯型导电杆10弯向待焊坡口29的正前方，实现焊丝20摇动中点O₁的焊前定位。该焊前定位的方法是：在焊炬装配时，先使得导电嘴19的中心线33与光栅6的中心线31处于同一平面；焊前，再使空心轴电机4带动光栅6、微弯型导电杆10和导电嘴19一起转动，当位于光栅6的中心线32上的通光孔或通光条对准光耦14中的光电管30时，控制系统使空心轴电机4停止转动，此时微弯型导电杆10朝向待焊坡口29的正前方，实现了焊前对焊丝20摇动中点O₁的自动定位。

3、根据坡口间隙、施焊方式(平焊或空间位置焊)、焊缝层次或道次的不同，设定相应的电弧摇动工艺参数，该电弧摇动工艺参数包括摇动频率、摇动幅值、电弧在坡口两侧壁停留时间，并按常规窄间隙焊接要求设置其余焊接工艺参数。通过设定空心轴电机4的摇动角度θ来预置摇动幅值。

4、启动引弧过程，焊接电流由电缆联接头2导入，经过联接头支座3、连接电缆27、电刷16、直型导电杆23、连接件18、微弯型导电杆10和导电嘴19，流入焊接电弧21。

5、电弧21引燃后，按事先设定的焊接工艺参数进行摇动电弧窄间隙焊接。焊接过程中，使焊炬中心线25与工件坡口11中心线A₁A₂相交于O点，同时空心轴电机4通过联轴器22驱动直型导电杆23和可伸入坡口11的微弯型导电杆10绕焊炬中心轴线25往复转动，微弯型导电杆10带动从导电嘴19中心孔送出焊丝20端部的电弧21在坡口11内作圆弧形34式的摇动。

Claims (9)

1、一种摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法，其特征是包括如下步骤：

A、将焊接电缆通过电缆联接头(2)与焊炬相接，将焊丝(20)从电缆联接头(2)的中心孔穿入，通过空心轴电机(4)、联轴器(22)、直型导电杆(23)、连接件(18)和微弯型导电杆(10)的中心孔后，从导电嘴(19)的中心孔送出；

B、转动空心轴电机(4)使得微弯型导电杆(10)弯向待焊坡口(29)的正前方，实现焊丝(20)摇动中点(O₁)的焊前定位；

C、启动引弧过程，焊接电流由电缆联接头(2)导入，经过连接电缆(27)、电刷(16)、直型导电杆(23)、连接件(18)、微弯型导电杆(10)和导电嘴(19)，流入焊接电弧(21)；

D、空心轴电机(4)直接驱动直型导电杆(23)和可伸入工件坡口(11)的微弯型导电杆(10)绕焊炬中心轴线(25)往复转动，带动从导电嘴(19)中心孔送出的焊丝(20)端部的电弧(21)在工件坡口(11)内作电弧的圆弧形摇动轨迹(34)的摇动，实现摇动电弧窄间隙焊接。

2、根据权利要求1所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法，其特征是步骤B所述焊丝摇动中点的焊前定位方法是：

A、焊炬装配时，使得导电嘴(19)的中心线(33)与光栅(6)的中心线(31)处于同一平面；

B、使空心轴电机(4)带动光栅(6)、微弯型导电杆(10)和导电嘴(19)一起转动，当位于光栅(6)的中心线(32)上的通光孔或通光条对准光耦(14)中的光电管(30)时，空心轴电机(4)停止转动；

C、微弯型导电杆(10)弯向待焊坡口(29)的正前方，完成焊前对焊丝(20)摇动中点(O₁)的定位。

3、根据权利要求1所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法，其特征是：在步骤D所述的焊接过程中，使焊炬中心线(25)与工件坡口(11)中心线(A₁A₂)相交于O点。

4、根据权利要求1所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法，其特征是：在步骤B焊丝摇动中点的焊前定位后，根据坡口间隙、施焊方式、焊缝层次或道次的不同，设定相应的电弧摇动工艺参数，该电弧摇动工艺参数包括摇动频率、摇动幅值、电弧在坡口两侧壁停留时间。

5、根据权利要求4所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法，其特征是：通过设定空心轴电机(4)的摇动角度(θ)来预置所述摇动幅值。

6、一种实现权利要求1所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊炬，包括连接电缆(27)固连在电刷(16)和联接头(2)上，空心轴电机(4)通过联轴器(22)连接直型导电杆(23)，焊丝(20)从电缆联接头(2)的中心孔穿入后，通过空心轴电机(4)、联轴器(22)、直型导电杆(23)后从导电嘴(19)的中心孔穿出，其特征是：所述微弯型导电杆(10)的一端通过连接件(18)与直型导电杆(23)相联，另一端与导电嘴(19)相接。

7、根据权利要求6所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊炬，其特征是：在所述直型导电杆(23)上设置一个摇动频率检测与焊丝摇动定位机构。

8、根据权利要求7所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊炬，其特征是：所述摇动频率检测与焊丝摇动定位机构包括光耦(14)和光栅(6)。

9、根据权利要求8所述的摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊炬，其特征是：在光栅(6)的中心线(32)上开有一个与光电管(30)配合使用的通光孔或通光条，导电嘴(19)的中心线(33)与光栅(6)的另一中心线(31)位于同一平面，中心线(31)与中心线(32)相互垂直。

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