CN103071898B - 具有摆角装置的窄间隙焊接机头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种窄间隙焊的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，包括焊枪的导电咀、安装焊枪的连接板及摆角装置，所述导电咀的下端设有折弯部，并通过转角套同轴固定于导丝杆下端；其特征在于所述摆角装置包括：驱动导电咀偏摆的摆角机构和保持导电咀与侧壁距离的侧壁跟踪机构，所述驱动导电咀偏摆的摆角机构与所述导电咀连接，所述侧壁跟踪机构包括顶抵坡口侧壁的摆杆、连接摆杆的角度传感器及控制器，所述角度传感器连接所述控制器，所述控制器控制摆角机构。摆杆始终与坡口侧壁弹性接触。采用高精度传感组件测量工件的横向位移窜动量，通过控制系统横向调节，控制导电咀与工件的侧壁距离保持在跟踪精度±0.5mm范围内，从而保证侧壁均匀稳定熔透。

Description

具有摆角装置的窄间隙焊接机头

技术领域

本发明涉及焊接设备领域的窄间隙焊接机头，特别是一种用于单丝双道多层窄间隙焊的具有摆角装置的窄间隙焊接机头。

背景技术

窄间隙焊接用于厚板对接焊，焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，用气体保护焊或埋弧焊的多层焊完成整条焊缝。由于坡口间隙很小，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；由于其线能量较小，可用于高强钢、细晶粒钢的焊接。在各种窄间隙焊接方法中，要解决的核心问题是保证坡口侧壁熔合，两侧壁均匀稳定熔透，是实现高质量窄间隙熔化极电弧焊接的关键技术之一。对这一问题的解决方案主要有：

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、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，由于焊丝自身的弯曲形状使得焊丝在熔化过程中电弧产生横向摆动现象。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。

 3、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。

上述1～3种属于单道多层旋转电弧或摆动电弧窄间隙焊，这种方法的焊缝金属与母材之间的融合线呈锯齿状，因而还存在容易造成侧壁熔透不均匀的问题。

4、双丝双道多层焊。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，两侧壁均匀稳定熔透。其缺点是要求特殊的双丝焊枪，需要两套电源，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。

5、单丝双道多层焊。这种方法是一根焊丝，先焊接一侧壁，再焊接另一侧壁。只需一套电源，一套送丝系统，就能保证两侧壁均匀稳定熔透。焊枪体积小，焊缝间隙与摆动电弧或旋转电弧相同。而这种焊接方法的关键在于焊接机头中需设置用于保证焊嘴与侧壁距离的摆角装置和用于保证焊嘴与熔池距离的焊枪高度自动调节机构。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于单丝双道多层焊的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，该装置能保证在焊接过程中始终保持焊嘴与侧壁的距离不变，从而保证侧壁均匀稳定熔透。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种具有摆角装置的窄间隙焊接机头，包括焊枪、安装焊枪的连接板、摆杆变位器及摆角装置；所述焊枪包括自上而下依序连接的送丝装置、导丝杆和导电咀；所述导电咀的下端设有折弯部，并通过转角套同轴固定于导丝杆下端；其中：所述摆角装置包括驱动导电咀偏摆的摆角机构和保持导电咀与侧壁距离的侧壁跟踪机构，所述驱动导电咀偏摆的摆角机构与所述导电咀连接，所述侧壁跟踪机构包括顶抵剖口侧壁的摆杆、连接摆杆的角度传感器及控制器，所述角度传感器连接所述控制器，所述控制器控制摆角机构；所述摆杆变位器连接所述摆杆轴，控制所述摆杆偏转。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述转角套与所述导丝杆固定；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定；所述导丝杆与所述固定板枢设，所述摆角齿圈与所述固定板固定，所述摆角电机、送丝装置、导丝杆与所述摆动板固定；且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述转角套与所述导丝杆固定；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定；所述导丝杆与所述固定板枢设，所述摆角电机与所述固定板固定，所述摆角齿圈、送丝装置、导丝杆与所述摆动板固定；且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述转角套通过轴承与所述导丝杆枢设；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定，其中间设有一扇形孔；所述送丝装置及所述导丝杆固设于所述固定板上，所述摆动板设于所述固定板的扇形孔中，且所述转角套位于扇形孔的尖顶位置，所述摆角齿圈与所述摆动板固定，且与所述扇形孔的弧线平行，所述摆角电机与所述固定板固定。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述连接板的底面设有一传感器箱，所述传感器箱内设有所述角度传感器及所述摆杆变位器，所述传感器箱的底部设有一水冷块，所述侧壁跟踪装置的摆杆连接一摆杆轴，所述摆杆轴穿过所述水冷块与所述传感器箱内的角度传感器连接。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述角度传感器是光电码盘，所述摆杆轴通过一对相互啮合的增速齿轮组连接所述角度传感器。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述摆杆变位器包括摆杆驱动电机、蜗轮蜗杆、摆角压力弹簧、拨片，所述摆杆驱动电机的转轴连接所述蜗杆，所述蜗轮枢设于所述摆杆轴上，所述增速齿轮组的大齿轮与所述摆杆轴固定，所述大齿轮上设有一弧形槽，所述摆角压力弹簧设于所述大齿轮的弧形槽内，所述拨片与所述蜗轮固定并插入所述摆角压力弹簧的中间。

前述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其中所述摆杆变位器是旋转气缸，所述旋转气缸的转轴与所述摆杆轴固定，所述旋转气缸的进排气管通过二位三通阀连接气源。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头的侧壁跟踪机构采用双侧接触式跟踪方式，横向跟踪的摆杆始终与焊接侧坡口的侧壁弹性接触。横向跟踪采用高精度传感组件测量工件的横向位移窜动量，通过控制系统横向调节，控制导电咀（焊丝）与工件的侧壁距离保持在跟踪精度±0.5mm范围内，从而保证侧壁均匀稳定熔透。

2、本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头，结构紧凑，体积小，在焊接构成中，只有水冷板和导电嘴深入坡口内，因而适合大厚度工件的窄间隙焊，其最大焊接厚度达200mm,坡口宽度22～28mm。

3、本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头，结构简单，制造成本相对减少，从而可以大幅降低成本，提高经济效益，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合产业发展所需，相当具有产业利用价值。

4、本发明的结构确比现有的窄间隙焊接机头更具技术进步性，且其独特的结构特征及功能亦远非现有的窄间隙焊接机头可比拟，较现有的窄间隙焊接机头具有增进的多项功效，而具有技术上的进步。

综上所述，本发明新颖的具有摆角装置的窄间隙焊接机头具有上述诸多优点及实用价值，其不论在装置的结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的窄间隙焊接机头具有增进的多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头实施例一的结构图。

图2是本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头实施例二的结构图。

图3是本发明具有摆角装置的窄间隙焊接机头的侧壁跟踪装置的结构图。

图4是图3中A-A局部放大剖视图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明较佳实施例的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，包括自上而下依序连接的送丝装置1、导丝杆2、同轴固定于导丝杆端部的导电咀3所构成的焊枪、安装焊枪的连接板4及摆角装置，所述导电咀3的下端设有折弯部31，并通过转角套5同轴固定于导丝杆2下端；其中：所述摆角装置包括驱动导电咀偏摆的摆角机构和保持导电咀与侧壁距离的侧壁跟踪机构，所述驱动导电咀偏摆的摆角机构与所述焊枪连接，所述侧壁跟踪机构包括顶抵坡口侧壁的摆杆6、连接摆杆6的角度传感器15及控制器，所述角度传感器15连接所述控制器，所述控制器（图中未示出，所述控制器是设备的控制器）控制所述摆角机构。整个装置通过连接板连接机头十字滑板，机头十字滑板采用伺服电机驱动，滚珠丝杠无间隙传动，确保高度和横向跟踪精度。所述摆杆6测量工件的横向位移窜动量，将横向位移窜动量变成摆杆的角度偏摆，角度传感器将摆杆的角度偏摆量转变成电信号送控制器，控制器控制摆角机构使导电咀偏摆保持导电咀与侧壁距离不变。

所述摆角机构有多种实施方式：

实施例一

在图1所示实施例一中，所述转角套5与所述导丝杆2固定；所述摆角机构中还设有固定板7、摆角电机8、设于摆角电机轴上的主动齿轮9、与主动齿轮啮合的摆角齿圈10及摆动板11；所述固定板7与所述连接板4绝缘固定；所述导丝杆2与所述固定板7枢设，所述摆角齿圈10与所述固定板7固定，所述导丝杆2、摆角电机8及送丝装置1均固设于所述摆动板11上，且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

当需要焊接焊缝坡口某一侧时，控制器控制摆角电机8旋转，由于摆角齿圈10固设于所述固定板上，与摆角齿圈10啮合的摆角电机轴上的主动齿轮9的旋转将使摆角电机8沿摆角齿圈10运动，固定于摆动板11上的摆角电机将带动摆动板11绕摆动轴线转动。由于摆动板与所述导丝杆2固定，摆动板将带动导丝杆及固定于导丝杆端部的具有折弯部的导电嘴旋转一相同角度，使导电嘴折弯端部向需要焊接的坡口一侧偏摆。

实施例二

所述转角套5与所述导丝杆2固定；所述摆角机构中还设有固定板7、摆角电机8、设于摆角电机轴上的主动齿轮9、与主动齿轮啮合的摆角齿圈10及摆动板11；所述固定板7与所述连接板4绝缘固定；所述导丝杆2与所述固定板7枢设，所述摆角电机8与所述固定板7固定，所述摆角齿圈10、送丝装置1、导丝杆2与所述摆动板11固定；且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

当需要焊接焊缝坡口某一侧时，控制器控制摆角电机8旋转，通过主动齿轮驱动摆角齿圈绕回转轴线旋转一角度，由于摆角齿圈10固设于所述摆动板11上，则摆角齿圈将带动摆动板11同步回转。由于摆动板与所述导丝杆2固定，摆动板将带动导丝杆及固定于导丝杆端部的具有折弯部的导电嘴旋转一相同角度，使导电嘴折弯端部向需要焊接的坡口一侧偏摆。本实施例与实施例一的不同之处仅在于互换了摆角电机和摆角齿圈的固定基础。实施例一是摆角齿圈不动，摆角电机带动摆动板及导电嘴摆动；实施例二是摆角电机不动，摆角齿圈带动摆动板及导电嘴摆动。结构上无太大的差别。

实施例三

如图2所示，所述转角套5通过轴承与所述导丝杆2枢设；所述摆角机构中还设有固定板12、摆角电机8、设于摆角电机8轴上的主动齿轮9、与主动齿轮9啮合的摆角齿圈10及摆动板11；所述固定板12与所述连接板4绝缘固定，其中间设有一扇形孔13；所述送丝装置1及所述导丝杆2固设于所述固定板12上，所述摆动板11设于所述固定板12的扇形孔13中，且所述转角套5位于扇形孔的尖顶位置，所述摆角齿圈10与所述摆动板11固定，且与所述扇形孔的弧线平行，所述摆角电机8与所述固定板12固定。

本实施例与实施例一、二的区别在于焊枪的摆动部分仅限于导电咀，因此可选用功率较小的摆角电机，从而达到节省能源、减小体积目的。

如图3所示，所述连接板4的底面设有一传感器箱14，所述传感器箱内设有所述角度传感器15，所述传感器箱14的底部设有一水冷块16，所述侧壁跟踪装置的摆杆6连接一摆杆轴17，所述摆杆轴17穿过所述水冷块16与所述传感器箱14内的角度传感器15连接。由于焊机工作时，摆杆6及摆杆轴需要伸入窄间隙的焊接坡口内，要经受焊接高温，采用水冷块对其冷却。

所述角度传感器15是光电码盘，所述传感器箱14内还设有摆杆变位器，所述摆杆轴连接所述摆杆变位器，并通过一对相互啮合的增速齿轮组连接所述角度传感器。所述摆杆变位器用于改变摆杆6的摆角，使摆杆6的端部紧贴坡口侧壁。所述增速齿轮组是一对相互啮合的大小齿轮，其中大齿轮18与摆杆轴17连接，小齿轮19与光电码盘的轴连接，作用是放大，以提高测量精度。

所述摆杆变位器包括摆杆驱动电机20、蜗轮21、蜗杆22、摆角压力弹簧23、拨片24，所述摆杆驱动电机20的转轴连接所述蜗杆22，所述蜗轮21枢设于所述摆杆轴17上，所述增速齿轮组的大齿轮18与所述摆杆轴17固定，所述大齿轮上设有一弧形槽25（见图4），所述摆角压力弹簧23设于所述大齿轮的弧形槽25内，所述拨片24与所述蜗轮23固定并插入所述摆角压力弹簧23的中间（或将摆角压力弹簧23分成两段分别设于拨片24的两侧）。

当一侧焊缝焊接终了，需要焊接另一侧时，控制器在控制导电嘴偏摆的同时，控制摆杆驱动电机20同步转动，摆杆驱动电机20通过蜗轮蜗杆、蜗轮上的拨片24、摆角压力弹簧23使大齿轮带动摆杆向导电嘴偏摆的一侧转动，摆角压力弹簧23的作用是保持摆杆6始终与焊接侧坡口的侧壁弹性接触, 当侧壁存在横向位移窜动时，摆杆6将随之偏转，光电码盘将摆杆的偏转角度转换成电信号送控制器，控制器根据摆杆6的偏转角度通过摆角电机控制导电嘴旋转相应角度，以保持导电嘴到侧壁的距离不变。

所述摆杆变位器也可以采用旋转气缸，所述旋转气缸的转轴与所述摆杆轴固定，所述旋转气缸的进排气管通过二位三通阀连接气源。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种具有摆角装置的窄间隙焊接机头，包括焊枪、安装焊枪的连接板、摆杆变位器及摆角装置；所述焊枪包括自上而下依序连接的送丝装置、导丝杆和导电咀；所述导电咀的下端设有折弯部，并通过转角套同轴固定于导丝杆下端；其特征在于所述摆角装置包括：驱动导电咀偏摆的摆角机构和保持导电咀与侧壁距离的侧壁跟踪机构，所述驱动导电咀偏摆的摆角机构与所述导电咀连接，所述侧壁跟踪机构包括顶抵坡口侧壁的摆杆、连接摆杆的角度传感器及控制器，所述角度传感器连接所述控制器，所述控制器控制摆角机构；所述摆杆变位器通过摆杆轴控制所述摆杆偏转。

2.根据权利要求1所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述转角套与所述导丝杆固定；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定；所述导丝杆与所述固定板枢设，所述摆角齿圈与所述固定板固定，所述摆角电机、送丝装置、导丝杆与所述摆动板固定；且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

3.根据权利要求1所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述转角套与所述导丝杆固定；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定；所述导丝杆与所述固定板枢设，所述摆角电机与所述固定板固定，所述摆角齿圈、送丝装置、导丝杆与所述摆动板固定；且所述摆角齿圈的回转轴线和所述摆动板的摆动轴线与所述导丝杆同轴。

4.根据权利要求1所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述转角套通过轴承与所述导丝杆枢设；所述摆角机构中还设有固定板、摆角电机、设于摆角电机轴上的主动齿轮、与主动齿轮啮合的摆角齿圈及摆动板；所述固定板与所述连接板绝缘固定，其中间设有一扇形孔；所述送丝装置及所述导丝杆固设于所述固定板上，所述摆动板设于所述固定板的扇形孔中，且所述转角套位于扇形孔的尖顶位置，所述摆角齿圈与所述摆动板固定，且与所述扇形孔的弧线平行，所述摆角电机与所述固定板固定。

5.根据权利要求1所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述连接板的底面设有一传感器箱，所述传感器箱内设有所述角度传感器和所述摆杆变位器，所述传感器箱的底部设有一水冷块，所述与侧壁跟踪装置的摆杆连接的摆杆轴穿过所述水冷块与所述传感器箱内的角度传感器连接。

6.根据权利要求5所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述角度传感器是光电码盘，所述摆杆轴通过一对相互啮合的增速齿轮组连接所述角度传感器。

7.根据权利要求6所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述摆杆变位器包括摆杆驱动电机、蜗轮蜗杆、摆角压力弹簧、拨片，所述摆杆驱动电机的转轴与所述蜗杆固定，所述蜗轮枢设于所述摆杆轴上，所述增速齿轮组的大齿轮与所述摆杆轴固定，所述大齿轮上设有一弧形槽，所述摆角压力弹簧设于所述大齿轮的弧形槽内，所述拨片与所述蜗轮固定并插入所述摆角压力弹簧的中间。

8.根据权利要求6所述的具有摆角装置的窄间隙焊接机头，其特征在于所述摆杆变位器是旋转气缸，所述旋转气缸的转轴与所述摆杆轴固定，所述旋转气缸的进排气管通过二位三通阀连接气源。