CN101780581A - 中冷器自动焊接设备及运用其进行自动焊接的工艺 - Google Patents
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Abstract
一种由自动焊接工作台组成的中冷器焊接设备，包括机架、传送机构、定位机构、焊枪、驱动机构、送丝装置、激光制导仪、调整机构和摆动装置；其中机架包括支座、焊接平台、竖立于焊接平台两侧的支架和架设于支架顶部的横梁；传送机构设于焊接平台中部；定位机构设于焊接平台两侧，用于将焊接工件准确定位并固定于焊接工位；于两侧支架上均设有水平延伸的齿条板，焊枪由驱动机构驱动而沿齿条板横向移动；送丝装置固定于横梁上，用于向焊枪连续提供和补充焊丝；在齿条板上装有激光制导仪，焊枪沿所述齿条板横向行走时，一边自动沿激光线所引导的直线方向运行，一边由摆动装置带动而左右摆动，使两个相邻工件的熔池相溶形成一个完整的熔池，实现全自动焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动焊接技术，特别是指一种用于自动焊接铝合金中冷器机械工件的专用自动焊接设备及运用该设备进行自动焊接的工艺。
背景技术
中冷器是大客车、轨道交通工具上的冷却系统中的一个重要的部件，该部件是铝合金焊接结构件。长期以来，一直采用手工焊接方式完成该部件的焊接加工。由于手工焊接方式造成加工质量差，效率十分低下，焊缝不平整，而且极易产生焊穿、未焊透、焊缝成形不好等一系列焊接缺陷。近几年，许多加工企业都在想方设法寻找自动焊接的方法来解决这个焊接工艺难题，但是都未取得实质性的成功。尤为严重的是中冷器的需求量连年翻番，而能焊接铝合金的焊工又非常稀缺，要在短期内培养大量合格的焊接技术工人是难以做到的。这样铝合金焊接工艺已成为中冷器加工方面很难突破的瓶颈之一。
因此，确实需要一种能够克服现有技术的不足，提高工作效率，保证铝合金工件的焊接质量的自动焊接设备的新技术。
发明内容
本发明的目的是向市场提供一种能自动焊接工件如铝合金中冷器的专用设备，提高产品的加工效率，保证焊接质量，使普通的工人也能够容易操作和使用，从而使加工成本降低。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种由至少一台自动焊接工作台组成的中冷器自动焊接设备，该自动焊接工作台主要由机架、传送机构、定位机构、焊枪、焊枪运行的驱动机构、送丝装置、激光制导仪、调整机构、以及摆动装置等组成。其中，机架包括底部支座、焊接平台、竖立于焊接平台两侧的支架、以及架设于支架顶部的横梁。传送机构设置于焊接平台的中部。定位机构设置于焊接平台的两侧，用于将焊接工件准确定位和固定于焊接工位。于支架上设有至少一个焊枪，由驱动机构驱动沿水平方向移动。该驱动机构包括固定于支架上的水平延伸的齿条板，与齿条板相啮合的驱动齿轮，驱动电机以及减速器。送丝装置固定于横梁上，每一个焊枪对应设有一个送丝装置，用于向焊枪连续地提供和补充焊丝。在齿条板上安装有激光制导仪，该激光制导仪可射出直线型激光束。通过调整机构可以调整齿条板的水平位置，从而调整激光线的水平位置，使焊枪行走轨迹线和激光线一致地与焊缝中心线对齐，从而令焊枪沿齿条板横向行走时，自动地沿激光线所引导的直线方向运行，即沿焊缝线运行。通过摆动装置，可以令焊枪在沿激光线向前运行的同时实现左右摆动，使两个相邻工件的熔池相溶形成一个完整的熔池。
本发明另一方面提供了一种成套的中冷器自动焊接设备，包括一第一焊接工作台，一第二焊接工作台，一翻转机构，以及一电控箱。其中该第一和第二焊接工作台的结构基本上相同，包括机架、传送机构、定位机构、焊枪、焊枪运行的驱动机构、送丝装置、激光制导仪、调整机构、以及焊枪摆动装置。当工件的第一面在第一焊接工作台上焊接完毕，由传送机构移至翻转机构上，翻转后放到第二焊接工作台上焊接工件的第二面。
通过上述技术方案，由调整装置可以迅速调整齿条板的横向位置，使激光制导仪射出的激光线、焊缝线和焊枪行走轨迹线三线合一，而摆动装置则使焊枪在精确沿激光制导直线即焊缝线运行的同时做左右摆动，保证将两个相邻工件的熔池形成一个完整熔池，从而使铝合金焊接加工完全实现了自动化，节省了人力，提高了加工效率并保证了焊接的质量。
本发明的又一方面还提供了一种利用本发明的自动焊接设备进行中冷器自动焊接的工艺，包括在该自动焊接设备中提供激光制导仪，将所述激光制导仪所射出的直线调整为与焊缝中心线相重合，驱动焊枪沿该激光直线所引导的方向运行，从而实现全自动的焊接操作。
本发明在另一方面还进一步提供了一种中冷器自动焊接工艺，包括在该自动焊接设备中提供焊枪摆动装置，由该摆动装置带动焊枪在沿激光线所引导的方向运行的同时左右摆动，从而使两个相邻工件的熔池相溶形成一个完整的熔池，更为有利的是，焊接电流可随着铝合金工件上的焊道的形状改变而相应改变，以保持单位质量上的热输入量基本衡定，保证了焊接的质量。
附图说明
图1A为示意根据本发明的自动焊接设备的结构的主视图；
图1B为示意根据本发明的自动焊接设备的结构的左视图；
图2为根据本发明的自动焊接设备的摆动机构的示意图；以及
图3为根据本发明的自动焊接设备的三线定位机构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1A和1B分别为根据本发明中冷器自动焊接设备的一种具体实施方案的主要结构的主视图和左视图。如图所示的实例中，该自动焊接设备包括一第一焊接工作台10、一第二焊接工作台20、一位于该第一和第二焊接工作台10、20之间的翻转机构30、以及一电控箱40。所述第一焊接工作台10、翻转机构30、及第二焊接工作台20的底部分别按序固定于基座50上。
第一和第二焊接工作台10、20是结构基本类似的自动焊接设备，可以对机械工件，例如铝合金工件进行自动焊接。根据本发明的一个实施例，该自动焊接设备以焊接铝合金中冷器来指导其设计，并根据铝合金工件的焊接要求制定了一套特殊的焊接工艺。前后两台焊接工作台10、20分别用来焊接该铝合金中冷器工件的正反两面。因为两台自动焊接设备10、20的主要结构基本相同，为简明起见，下面仅以第一焊接工作台10为例子来详细描述其结构和功能。该焊接工作台10主要包括底部固定于基座50的机架11、传送机构12、定位机构13、焊枪14、焊枪运行的驱动机构15、送丝装置16、激光制导仪17、调整机构18、以及焊枪摆动装置19。
其中机架11包括固定于基座50上的底部支座111、设于机架11中部的焊接平台112、竖立于焊接平台112两侧基本上相互平行的支架113、以及架设于支架113顶部的横梁114。传送机构12设置于焊接平台112中部。定位机构13设置于焊接平台112的两侧，用于将焊接工件准确定位和固定于焊接工位。在这台焊接设备实例中一共有两个焊枪14分别设在支架113的左右两侧，并由焊枪运行的驱动机构15驱动沿机架11的纵向方向水平移动，包括横向固定于支架113两侧的水平延伸的齿条板151，与齿条板151相啮合的驱动齿轮(图中未示)，驱动电机152，以及减速器(图中未示)。驱动电机152经减速器减速后，带动驱动齿轮转动，驱动齿轮与齿条板151啮合，因而驱动焊枪14沿齿条板151的水平延伸方向移动。另外，在靠近每个齿条板151的起止两端还分别设有接近开关155，当驱动机构15运行到接近开关155时，驱动电机152即马上停机。
送丝装置16固定于横梁114上面，用于向焊枪14连续不断地提供及补充焊丝。并且，对应于设置在支架113左右两侧的两个焊枪14，于横梁114固定有两套送丝装置16。于每套送丝装置16中设有送丝辊轮、电机、以及弹性导管(图中未示)。电机驱动送丝辊轮转动，弹性导管则用于引导焊丝进入对应的焊枪14。
激光制导仪17与齿条板151固定连接。更为有利的是，在齿条板151的前后两端还分别设有调整机构18，如图2所示，该调整机构18包括固定于支架113上的角尺板181，可旋转地穿设于角尺板181中的调节螺栓182，该调节螺栓182与齿条板151相螺接。旋转调节螺栓182，即迫使齿条板151板横向移动，从而调节齿条板151水平方向上的位置。由于齿条板151本身确定了焊枪行走的轨迹线，而激光制导仪17与齿条板151固定相连，因此移动齿条板151的水平位置，即调节激光线以及焊枪行走轨迹线的水平位置，从而可以使激光线和焊枪行走轨迹线与焊接工件的焊缝线三线对齐为一线。
开始焊接前，先打开激光制导仪17，当需要焊接的铝合金中冷器工件到达焊接工位上时，如工件上的焊缝与激光线不重合，也就意味着焊枪行走轨迹线与焊缝线不重合，此时应先进行调整。旋转调整机构18的调节螺栓182，可以调节齿条板151水平方向上的位置，从而改正激光制导仪17所射出的激光束的水平位置。这里采用的激光制导仪17所射出的激光为直线型激光束，经过调整令直线型激光束的直线与焊缝中心线相重合。由于激光制导仪17与焊枪是安装在同一齿条板上的，所以一旦调整好水平位置后，激光线与焊枪14行走轨迹线始终在同一根线上，这样，焊枪行走的轨迹线也将始终与激光线和焊缝中心线完全重合。由于齿条板151的两端各设有一个调整机构18，因此激光线、焊缝线和焊枪行走轨迹线可以得以迅速调整至相互重合。
焊枪摆动机构19的结构详见图3，于固定底板191上安装有凸轮192，电机193通过调速器194调节其转速带动凸轮192转动。凸轮192的边缘紧顶一活动板195，活动板195的一端连接有弹簧196，且活动板195与底板191之间设有滑块197。这样，当凸轮192在电机193驱动下旋转时，每转动一周，活动板195即交替地被凸轮192向外推出随即被弹簧196拉回复位，使活动板195做往复摆动。焊枪14与活动板195固定连接，因此当活动板195往复摆动时，焊枪14亦随之而产生摆动。并且，更有利的是，当电机193转速被改变时，就会改变焊枪14的摆动频率；若改变凸轮192的长短轴之比则会改变摆动的幅度；若改变凸轮192长轴或短轴的占有角度则会改变焊枪14摆动两端停留的时间。
根据本发明的自动焊接设备的具体实施例，针对中冷器的自动焊接设计采用了4台焊机，分别设置于第一焊接平台10的左右两侧以及第二焊接平台20的左右两侧。焊接机可采用WSE-500机型，焊接时采用的交直流方波的钨极氩弧焊，外加Φ1.6mm的铝合金焊丝。
根据本发明的自动焊接设备的焊接操作过程如下：
仍参考图1，将工件搬到工件架上，由传送机构12输送到第一焊接平台10，由定位机构13进行定位后将工件夹紧，将工件固定于焊接平台112上的固定焊接工位。然后通过调整机构18调整齿条板151，从而调节焊枪14和激光线的水平位置，使激光线、焊枪行走轨迹线与中冷器上的焊封线完全重合。开机后，按照预设的程序，焊枪先自动移到初始位置，焊枪引弧进行预热7秒钟后，开始自动焊接，焊丝以1200mm/min的速度送出，焊枪14一边焊沿着激光线运行和焊接，一边以4mm幅度、40Hz频率进行横向摆动，在中冷器相邻两个工件之间形成具有一定宽度的熔池，将两个工件焊接在一起。焊枪14焊到近工件尾部时触到接近开关155，于是发出信号使送丝装置16停止送丝，并反抽焊丝。此动作持续0.5秒。于此同时焊枪14开始计时，3秒钟后自动熄弧。中冷器工作正面两条焊缝完成后，传送机构12再次启动，把中冷器送到翻转机构30上，该机构30把工件翻转180°后再送入后面的第二焊接平台20，重复前面相同的程序，将中冷器背面的两条焊缝焊好，最后由传送机构12把已焊了四条焊缝的中冷器送入机座上。这样一个铝合金中冷器焊接完成。
应用本发明的自动焊接设备针对中冷器的焊接设计了一套特殊的焊接工艺，其具体参数如下表所示例：
表：中冷器焊接的工艺参数
| 工艺名称 | 参数值 | 工艺名称 | 参数数 |
| 焊接平均电流 | 142A | 焊丝送入夹角 | 15° |
| 焊接电压 | 22V | 焊丝嘴与钨棒夹距离 | 15mm |
| 焊接速度 | 240mm/min | 焊丝送出速度 | 1200mm/min |
| 焊接电流递增时间 | 0.2S | 焊丝提前停送时间 | 2S |
| 焊接电流衰减时间 | 1S | 焊丝回抽时间 | 0.5S |
| 焊枪摆动频率 | 40Hz | 预热时间 | 7S |
| 焊枪摆动幅度 | 4mm | 保护气流量 | 10L/min |
| 焊枪摆动两端停留时间 | 0.5S | 钨棒直径 | 3mm |
有利的是，焊接电流可随着铝合金工件上的焊道的形状改变而相应改变，以保持单位质量上的热输入量基本衡定。更有利的是，本发明设备所使用的焊机内都增加了稳弧装置，使在交流过零点时还保持稳定的电弧。本发明的自动焊接设备在焊接时，焊枪能够左右摆动，摆动的幅度、频率、两端停留的时间均可进行调节，因而可以根据焊铝合金中冷器的工艺要求令焊枪进行摆动，摆动过程中帮助两个相邻铝合金工件的熔池相溶形成一个完整的熔池。
综上所述，本发明的自动焊接设备具有以下优点：
1.供焊枪水平移动的齿条板上安装有激光制导仪，通过激光制导控制程序令焊枪沿激光线引导的轨迹行走，激光线则与中冷器上的焊缝中心线在同一条直线上，因而实现全自动焊接，可节省技术工人的劳动，降低加工成本；
2.在齿条板的两端分别设有两个调整机构，可以在很短的时间内将激光线即焊枪轨迹线与焊缝调到完全重合，大大提高了焊缝的合格率与焊接速度；
3.有利地设置了焊枪摆动机构，令焊枪在自动焊接的行程中实现左右摆动，帮助两个相邻铝合金工件的熔池相溶形成一个完整的熔池，保证了焊接的质量；
4.通过调整焊接工艺的参数，可以针对不同工件的需求设计出相应的工艺规范，调整焊枪摆动的频率、幅度、摆动两端停留的时间，或调解焊接电流等，从而进一步保证焊接加工的质量和效率。
Claims (11)
1.一种中冷器自动焊接设备，由至少一台自动焊接工作台组成，该自动焊接工作台包括机架(11)、传送机构(12)、定位机构(13)、焊枪(14)、焊枪运行的驱动机构(15)、以及送丝装置(16)；其中，
所述机架(11)包括底部支座(111)、焊接平台(112)、竖立于焊接平台两侧的支架(113)、以及架设于支架顶部的横梁(114)；
所述传送机构(12)设置于焊接平台(112)的中部；
所述定位机构(13)设置于焊接平台(112)的两侧，用于将焊接工件准确定位和固定于焊接工位；
所述驱动机构(15)包括安装于支架(113)上的水平延伸的齿条板(151)，与齿条板(151)相啮合的驱动齿轮(152)，驱动电机(153)以及减速器(154)；焊枪(14)可以由所述驱动机构(15)驱动沿所述齿条板(151)横向移动；
所述送丝装置(16)固定于横梁(114)上，用于向焊枪(14)连续地提供和补充焊丝；其特征在于
在所述齿条板(151)上安装有激光制导仪(17)，焊枪(14)沿所述齿条板(151)横向行走时，自动沿激光线所引导的直线方向运行。
2.根据权利要求1所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于还设有一调整装置(18)，包括固定于支架(113)上的角尺板(181)，以及可旋转地穿设于角尺板(181)中的调节螺栓(182)，所述调节螺栓(182)与齿条板(151)相螺接。
3.根据上述权利要求1或2所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于还设有一摆动装置(19)，焊枪(14)与所述摆动装置(19)固定相连，从而随所述摆动装置(19)的带动而做左右摆动。
4.根据上述权利要求4所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于所述摆动装置(19)包括一固定底板(191)、安装于底板(191)上的凸轮(192)、电机(193)、调速器(194)、与焊枪(14)固定连接的活动板(195)、连接于活动板(195)一端的弹簧(196)、以及位于固定底板(191)与活动板(195)之间的滑块(197)。
5.一种中冷器自动焊接设备，包括一第一焊接工作台(10)，一第二焊接工作台(20)，一翻转机构(30)，以及一电控箱(40)；该第一焊接工作台(10)和第二焊接工作台(20)分别包括机架(11)、传送机构(12)、定位机构(13)、焊枪(14)、焊枪运行的驱动机构(15)、送丝装置(16)；当工件的第一面在第一焊接工作台(10)上焊接完毕，由传送机构(12)移至翻转机构(30)上，翻转后放到第二焊接工作台(20)上焊接工件的第二面；其中所述机架(11)包括底部支座(111)、焊接平台(112)、竖立于焊接平台(112)两侧的支架(113)、以及架设于支架顶部的横梁(114)；
所述传送机构(12)设置于焊接平台(112)的中部；
所述定位机构(13)设置于焊接平台(112)的两侧，用于将焊接工件准确定位和固定于焊接工位；
所述焊枪运行机构(15)包括安装于支架(113)上的水平延伸的齿条板(151)，与齿条板(151)相啮合的驱动齿轮(152)，驱动电机(153)，以及减速器(154)；焊枪(14)可以由驱动机构(15)驱动沿所述齿条板(151)横向移动；
所述送丝装置(16)固定于横梁(114)上，用于向焊枪(14)连续地提供和补充焊丝；其特征在于
在所述齿条板(151)上安装有激光制导仪(17)，焊枪(14)沿所述齿条板(151)横向行走时，自动沿激光线所引导的直线方向运行。
6.根据权利要求5所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于还设有一调整装置(18)，包括固定于支架(113)上的角尺板(181)，可旋转地穿设于角尺板(181)中的调节螺栓(182)，所述调节螺栓(182)与齿条板(151)相螺接。
7.根据上述权利要求5或6所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于还设有一摆动装置(19)，焊枪(14)与所述摆动装置(19)固定相连，从而随所述摆动装置(19)的带动而做左右摆动。
8.根据上述权利要求7所述的中冷器自动焊接设备，其特征在于所述摆动装置(19)包括一固定底板(191)、安装于底板(191)上的凸轮(192)、电机(193)、调速器(194)、与焊枪(14)固定连接的活动板(195)、连接于活动板(195)一端的弹簧(196)、以及位于固定底板(191)与活动板(195)之间的滑块(197)。
9.一种运用自动焊接设备进行中冷器自动焊接的工艺，包括以下步骤：
在自动焊接设备上提供一激光制导仪；
将自动焊接设备上的激光制导仪所射出的直线型激光线调整为与焊缝中心线相重合；以及
驱动焊枪沿激光线所引导的直线方向运行。
10.根据权利要求9所述的中冷器自动焊接工艺，其特征在于还包括以下步骤：
在自动焊接设备上提供一摆动装置；
利用所述摆动装置带动焊枪在沿激光线所引导的方向运行的同时左右摆动。
11.根据权利要求9或10所述的中冷器自动焊接工艺，其特征在于焊接电流可随着铝合金工件上的焊道的形状改变而相应改变，以保持单位质量上的热输入量基本衡定。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Yang Wei Document name: Notification of Patent Invention Entering into Substantive Examination Stage |
|
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Mao Peng Inventor after: Zhou Bin Inventor before: Zhou Bin |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHOU TO: MAOPENG ZHOU 201010129872.X;2010.11.17;BIBLIOGRAPHIC CHANGE |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100721 |