CN102581453A - 一种窄间隙焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明焊接技术领域，具体地说一种窄间隙焊接装置，其特征在于设有支撑壳体（6），支撑壳体（6）上端设有单片机控制空心电机（1），支撑壳体（6）内设有双偏心转动芯（3），单片机控制空心电机（1）经电机转动轴（11）、转动托盘（2）与双偏心转动芯（3）相连接，双偏心转动芯（3）经定位轴承（4）与支撑壳体（6）相连接，双偏心转动芯（3）内设有上调心轴承（14）和下调心轴承（10），上调心轴承（14）和下调心轴承（10）内圈固定有空心导电杆（13），空心导电杆（13）经宝塔连接座（9）与导电嘴（8）相连接，本发明技术方案能够精确有效控制电弧转动方式及降低旋转原点，使得窄间隙焊接过程中电弧燃烧更加稳定、焊丝与侧壁夹角增加改善了侧壁熔合效果。

Description

一种窄间隙焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地说是一种新型可控旋转电弧窄间隙焊接装置。

背景技术

 1963年美国Battelle研究所开发了一种窄间隙焊接方法，这种方法最大的特点是坡口间隙很小，厚板焊缝截面积大大减少，从而降低了焊接工程量和生产成本，即便在较小焊接规范下，也可以保证较高的焊接生产率。对于厚板焊接，窄间隙焊接技术在保留传统焊接方法优点的同时，比较理想的解决了传统焊接方法的局限性。由于其线能量较小，可用于高强钢、细晶粒钢的焊接。在日本焊接界，甚至将窄间隙焊和激光焊并称为21世纪最适合于厚板焊接的两种方法。在各种窄间隙焊接方法中，核心要解决的就是保证坡口侧壁熔合。这对这一问题国内外学者提出的新方法有：直流正极性窄间隙焊、交流熔化极窄间隙焊、脉冲电流窄间隙焊、磁场控制摆动电弧窄间隙焊、波浪式焊丝窄间隙焊、旋转电弧窄间隙焊等。

其中关于旋转电弧窄间隙焊接相关方法及设备主要集中在以下几种。

1）日本专利[JP7-276051A、JP6-122074A]采用侧面加载转动机构，利用传动齿轮或皮带的方式将转动传递给焊丝。焊接过程中效果优良，但是焊炬较大，内部传动机构较为复杂，并且采用导电嘴端部弯头、上部旋转原点的方式，不利于窄间隙长时间工作。

2）[CN1657211、CN2776613]改进了日本专利中传动复杂的不利影响因素，采用空心电机带动传动的偏心导电嘴，并且取得了良好的焊接效果。焊接过程中由于偏心导电嘴的作用，旋转过程中焊丝与导电嘴之间有相对摩擦作用，降低了导电嘴的使用寿命。

3）[CN100531993]结合上述两种专利中提到的优点，采用空心电机带动偏心套筒转动，使得焊接过程中较为顺畅，取得了良好的焊接效果。但是由于焊炬本身设计因素导致旋转原点处于焊炬内部，无法获得更为理想的焊丝与窄间隙焊接的侧壁角度。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种采用双偏心转动芯方式，使得旋转原点最大程度向下移动，最终可实现旋转原点位于窄间隙坡口内部，增加了焊丝与窄间隙侧壁之间的角度，改善焊接效果的窄间隙焊接装置。

本发明可以通过如下措施达到：

一种窄间隙焊接装置，其特征在于设有支撑壳体（6），支撑壳体（6）上端设有单片机控制空心电机（1），支撑壳体（6）内设有双偏心转动芯（3），单片机控制空心电机（1）经电机转动轴（11）、转动托盘（2）与双偏心转动芯（3）相连接，双偏心转动芯（3）经定位轴承（4）与支撑壳体（6）相连接，双偏心转动芯（3）内设有上调心轴承（14）和下调心轴承（10），上调心轴承（14）和下调心轴承（10）内圈固定有空心导电杆（13），空心导电杆（13）经宝塔连接座（9）与导电嘴（8）相连接，宝塔连接座（9）经柔性电缆（5）与支撑壳体（6）的内壁相连接。

本发明所述的柔性电缆（5）呈环状波浪式结构，大直径端与支撑壳体（6）相连，小直径端与宝塔导电杆（9）相连。

本发明所述的支撑壳体（6）下端可以设有保护喷嘴（7），保护喷嘴（7）外形呈柱状，保护喷嘴（7）内设有倒喇叭形通孔，其上端与支撑壳体（6）相连接，保护喷嘴（7）的作用是负责焊接过程中提供能持续焊接所需特殊气体的保护作用。

本发明所述的双偏心转动芯（3）内部开有上下两个偏心孔，两个偏心孔的偏心距不相同，偏心孔内镶嵌了上调心轴承（14）和下调心轴承（10），在上调心轴承（14）和下调心轴承（10）约束下，所述的空心导电杆（13）和与之连接的宝塔连接座（9）及导电嘴（8）一同做双锥摆旋转，旋转原点位于导电杆（13）、导电嘴（8）中心线与电机转动轴（11）中心线交汇处。

本发明所述的单片机控制空心电机（1）的上端设有端部接触器（12），端部接触器（12）设有一块带中孔的平板，平板的周边设有连接孔，其主要负责与常规焊枪连接固定、导电、导丝、导气的作用。

6、根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于宝塔连接座（9）上设有透气孔，透气孔设在中孔的周边，焊接过程中，保护气体从端部接触器（12）进入焊炬，依次通过空心电机（1）、电机转动轴（11）、转动托盘（2）、上调心轴承（14）、下调心轴承（10），从宝塔连接座（9）下端部分布的透气孔流过，最终到达保护喷嘴（7）。

本发明通过单片机控制空心电机（1）带动双偏心转动芯（3）旋转，双偏心转动芯（3）经上调心轴承（14）和下调心轴承（10）驱动导电杆（13）、宝塔连接座（9）和导电嘴（8）绕设定的旋转原点做双锥摆转动，由于在柔性电缆（5）的约束下，导电嘴整（8）体只做公转，焊丝由导电嘴（8）送出，与窄间隙侧壁接触后引燃电弧，进行焊接。转动的支撑原点位于宝塔连接座（9）、导电嘴（8）中心线与电机转动轴（11）中心线交汇处；旋转速度与方式通过单片机控制空心电机（1）实现，摆动幅度通过调整双偏心转动芯（3）上调心轴承（14）和下调心轴承（10）的中心位置。焊丝通过空心电机（1）、电机转动轴（10）到达驱动导电杆（13）和宝塔连接座（9）及导电嘴（8）进而实现焊接；焊接电源通过端部接触器（12）、支撑壳体（6）及柔性电缆（5）传递给焊丝；所述的导电杆（10）与之连接的导电嘴（8）一同做双锥摆旋转，旋转原点位于导电杆（13）、宝塔连接座（9）、导电嘴（8）中心线与电机转动轴（11）中心线交汇处，导电杆（9）与上下调心轴承（10）紧密相连，并与柔性电缆（5）连接。

本发明采用单片机控制的空心电机（1）可实现转动速度的精确调节，并且根据窄间隙坡口形状控制空心电机（1）围绕一点做小于一周的往复转动；转动过程中的转动速度0-100转/秒连续调节、精度为0.1转/秒，转动角度0-360°连续调节、精度0.1°，往复转动过程中往复点停留时间0-100秒连续可调、精度0.1秒。

所述的旋转原点位于下调心轴承（10）的下方，调整双偏心转动芯（3）内部开有上下两个偏心孔相对位置，可以使旋转原点位于窄间隙坡口内部；配合空心电机（1）控制在焊接过程中可以获得椭圆状、类三角状、之字状等多种电弧运动轨迹，满足不同窄间隙坡口形状的要求。

本发明的焊接设备可以与常用普通熔化极气体保护焊枪直接连接，根据不用型号的焊枪，采用不同的转接头与端部接触器（12）连接，保护气通过转动机构内部流过同时起到了对其进行空冷的作用，最后通过宝塔导电杆下端部的小孔流出，形成稳定层流，耗材导电嘴（8）为常规紫铜气保焊导电嘴，无需二次加工即可替换使用。

本发明采用新型可控旋转窄间隙焊接系统，主要优点是：焊接设计更加紧凑，尺寸更加小巧，工作方式更加合理；采用常规紫铜气保焊导电嘴并配合无自转的旋转摆动，导电嘴磨损与常规气保焊大体相同，耗材成本进一步降低；窄间隙坡口形状改变后无需更改硬件，通过调整控制系统使得电机做不同摆动角度的往复运动，大大降低了系统的使用难度；旋转原点位于下调心轴承（10）的下方，并且可以位于窄间隙坡口内部，增加了焊丝与窄间隙侧壁的夹角，提高了窄间隙侧壁能量分布，获得更加优良的窄间隙焊接接头。

附图说明

图1是本发明中的一种结构示意图。

图2是本发明中双偏心转动芯的一种结构示意图。

图3是现有方法中的旋转及摆动方式示意图。

图4是本发明中两种旋转方式焊接示意图。

图5是焊炬单向旋转时获得的电弧运动轨迹。

图6是焊炬往复旋转时获得的电弧运动轨迹。

图7是焊炬往复旋转及有停留时获得的电弧运动轨迹。

具体实施方式

下面结合附图1，2对该设备的结构及工作原理进行说明。

本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围，本发明实施例提供一种新型可控旋转电弧窄间隙焊接方法及设备，能够适应厚板的窄间隙焊接，以下分别进行详细说明。

本发明的原理是：单片机控制空心电机（1）带动双偏心转动芯（3），进而驱动导电杆（9）和导电嘴（8）绕设定的旋转原点做双锥摆转动，由于在柔性电缆（5）的约束下，导电嘴整（8）体只做公转；焊丝由导电嘴（8）送出，与窄间隙侧壁接触后引燃电弧，进行焊接，采用常规紫铜气保焊导电嘴并配合无自转的旋转摆动，导电嘴磨损与常规气保焊大体相同，提高了该设备的运转稳定性及使用寿命。

本发明的整体结构图如附图1所示，主要由单片机控制空心电机（1）、转动托盘（2）、双偏心转动芯（3），定位轴承（4）、柔性电缆（5）、支撑壳体（6）、保护喷嘴（7）、常规导电嘴（8）、宝塔连接座（9）、下调心轴承（10）、电机转动轴（11）、端部接触器（12）、导电杆（13）上调心轴承（14）组成，工作方式如下：焊丝由常规焊枪送出，经由端部接触器（12）、空心电机（1）、电机转动轴（11）进入导电杆（14）、宝塔连接座（9）、导电嘴（8），空心电机（1）的电机转动轴（11）与转动托盘（2）相连，带动双偏心转动芯（3）转动，双偏心转动芯（3）由2个定位轴承（4）固定在支撑壳体（6）内，导电杆（14）由上调心轴承（14）和下两个调心轴承（10）固定在双偏心转动芯（3）内，柔性电缆（5）连接支撑壳体（6）与宝塔连接座（9），双偏心转动芯（3）如附图2所示，能提供焊丝与窄间隙侧壁的夹角及旋转原点位置，并且可以实现旋转原点位于窄间隙坡口内部，如附图2所示。焊丝在导电杆（9）及导电嘴（8）带动下做双锥摆运动，焊丝与导电嘴之间无相对旋转摩擦，故可减少导电嘴（8）的最大限度磨损，以提高焊炬整体稳定运行，旋转原点下移至窄间隙坡口内部，焊丝与窄间隙坡口侧壁之间的夹角进一步增加，焊接过程中热量更多分布在窄间隙侧壁上，降低了出现窄间隙侧壁熔合不良的几率，并且采用单片机控制空心电机（1）转动状态，当窄间隙坡口宽度小于焊丝旋转直径时，采用小于180°的往复旋转摆动，配合焊接速度及往复停留点的停留时间可以获得如附图5、6、7的电弧运动轨迹，并且还可时间左右不对称旋转速度及停留时间，以实现特殊环境-如横焊时的技术要求。

从附图3、4中可以看出采用双偏心转动芯（3）的旋转方式，以往的上端固定不动及下端固定不动的方法相比，在有限的窄间隙坡口内部能获得更加的旋转倾斜角度，配合单片机对空心电机控制作用，即可满足不同坡口宽度下的要求。

以上对本发明实施例所提供的一种新型可控旋转电弧窄间隙焊接方法及设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种窄间隙焊接装置，其特征在于设有支撑壳体（6），支撑壳体（6）上端设有单片机控制空心电机（1），支撑壳体（6）内设有双偏心转动芯（3），单片机控制空心电机（1）经电机转动轴（11）、转动托盘（2）与双偏心转动芯（3）相连接，双偏心转动芯（3）经定位轴承（4）与支撑壳体（6）相连接，双偏心转动芯（3）内设有上调心轴承（14）和下调心轴承（10），上调心轴承（14）和下调心轴承（10）内圈固定有空心导电杆（13），空心导电杆（13）经宝塔连接座（9）与导电嘴（8）相连接，宝塔连接座（9）经柔性电缆（5）与支撑壳体（6）的内壁相连接。

2.根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于柔性电缆（5）呈环状波浪式结构，大直径端与支撑壳体（6）相连，小直径端与宝塔导电杆（9）相连。

3.根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于支撑壳体（6）下端设有保护喷嘴（7），保护喷嘴（7）外形呈柱状，保护喷嘴（7）内设有倒喇叭形通孔，其上端与支撑壳体（6）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于双偏心转动芯（3）内部开有上下两个偏心孔，偏心孔内镶嵌了上调心轴承（14）和下调心轴承（10）。

5.根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于单片机控制空心电机（1）的上端设有端部接触器（12），端部接触器（12）设有一块带中孔的平板，平板的周边设有连接孔。

6.根据权利要求1所述的一种窄间隙焊接装置，其特征在于宝塔连接座（9）上设有透气孔，透气孔设在中孔的周边。

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