CN103084712B - 一种内置光谱检测装置的一体化焊枪 - Google Patents

Abstract

一种内置光谱检测系统的一体化焊枪，属于焊接设备及工艺领域。本发明包括：上壳体，冷却和保护系统，钨极调节系统，螺钉，下壳体，喷嘴，钨极，光谱检测系统。钨极调节系统安装于冷却和保护系统内部，调节按钮的一段伸出下壳体外部，在外部按压调节按钮，可以方便的调节钨极的伸出量；把冷却水室和气室做成一个整体，增大了其体积，冷却效果更好；气壁上开有很多气孔，可使保护气从钨极的两侧吹过，更好的保护了焊接电弧，使电弧更稳定，提高了焊接质量；在冷却和保护系统上安装的光谱检测系统，位于钨极的侧上方，实时在线检测焊接过程，准确分析焊缝失效的形式，从而调整焊接参数，保证高质量的焊缝。

Description

一种内置光谱检测装置的一体化焊枪

技术领域

本发明是涉及一种内置光谱检测装置的一体化焊枪，在钨极氩弧自动焊焊枪内部装光谱检测系统，用以同步在线监测焊接过程中焊缝的缺陷，一种拥有新型结构的氩弧焊焊枪，独立于焊接电源，具有优秀的通用性，可以用于各种不同的焊弧设备上。属于焊接设备及工艺领域。

背景技术

焊接作为一门制造技术广泛应用于各个行业，焊接接头一般经验上是构件的薄弱部位，因此焊接质量很大程度上决定了产品的质量和合格率，所以对焊接过程进行监测是必不可少的措施；但是一般的监测装置只能观测焊缝的形状，以此来判断是否焊接失败，而无法达到具体是什么原因引起的失效，因此，对焊接过程进行在线光谱检测成为具体分析并实时修正焊接参数，从而获得高质量的焊缝。

目前带有在线光谱检测系统的自动焊焊接领域已有技术中如：申请号为201010110465.4公开号为CN101774064A的“ 自动焊接机弧光检测智能跟踪系统”—提供了一种自动焊机弧光智能跟踪系统，属于焊接技术领域；它解决了现有的自动焊枪与焊缝的距离会发生变化，导致焊缝上各点的焊接效果存在差异、焊接质量差的问题。从结构上来说，因为光谱检测装置外置，专门设置安装结构，从而导致体积过于庞大，占用太多的空间，不够紧凑，容易与工作环境造成干涉甚至碰撞，影响焊枪的可达性；又如申请号为201210030180.9的“一种带有视觉功能的同轴一体化焊枪”提供了一种摄像机监控焊缝质量的装置，该装置是利用摄像机捕捉焊缝，通过计算机上焊缝的形态来判断焊接的质量同时，因此该方法不能很好的指出焊缝出现失效的主要影响因素，即不能体现光谱分析的优势，也就不能为以后的焊接提供有力的依据，不能从根本上保证高质量的焊缝。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述结构及功能的不足和缺陷，设计了一种带有光谱检测系统的一体化焊枪设备，不仅可以在线实时检测焊缝的质量，而且优化了焊枪的结构，与以前的焊枪相比，钨极调节更方便以及冷却降温和气体保护的效果更好。

一种内置光谱检测装置的一体化焊枪，包括上壳体，冷却和保护系统，能调节钨极伸出量的钨极调节系统，下壳体，喷嘴，钨极，光谱检测系统，上壳体通过螺钉固定于下壳体上方，喷嘴固定于下壳体下端，其特征在于：冷却和保护系统安装在下壳体内部，通过下壳体内部凸台固定，钨极调节系统安装于冷却和保护系统内部，光谱检测系统包括绝缘套筒、光纤，绝缘筒固定于冷却和保护系统内部，光纤从上部穿过绝缘套筒伸至钨极头部的上端，钨极从上至下依次穿过冷却和保护系统、钨极调节系统、下壳体和喷嘴，并伸出喷嘴。

光谱检测系统是由光纤以及与之配合的绝缘套筒组成，绝缘套筒起到固定和定位光纤的作用；可以通过调节光纤，调整光纤末端与焊缝的距离，从而得到最佳的光谱检测的效果；同时，通过光纤将光谱图像传送至分光仪，然后反馈给计算机，来控制焊接过程。

所述的冷却和保护系统包括冷却水室、保护气室、进水管、出水管、气管和挡板；冷却和保护系统为正方体，正方体中部开长方形槽，槽上设有横梁，保护气室和冷却水室位于槽的两侧，横梁上部前端开有半圆柱环，长方形槽上开有与半圆柱环对应的第一通孔，用于插入钨极；横梁上开有圆孔，长方形槽上开有与圆孔对应的第二通孔，用来固定绝缘套筒，保护气室底面开有气孔，保护气室的上端设有气管，冷却水室内设有挡板将冷却水室分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管，出水部分上端设有出水管。

所述的钨极调节系统包括弹簧和与之配合的调节按钮，弹簧设在冷却和保护系统长方形槽前端的圆柱孔内，调节按钮的圆柱形前端伸入到弹簧内，并固定在冷却与保护系统的圆柱孔内，调节按钮中间的半圆柱套筒与横梁上部前端的半圆柱环相配合，通过弹簧的压力夹紧钨极，通过在外部按压调节按钮后端来调节钨极的伸出量。

本发明在已有的带监控装置焊枪的基础上，改进了焊枪的结构，并优化了光谱检测装置的空间位置，使其与焊枪结合更紧凑，并可以实时在线检测焊缝的质量；而且新型焊枪还可更方便、灵活的调节钨极的伸出量，而不用拆下喷嘴；同时其冷却面积有了很大的提高，保护气可以通过气孔从底部向钨极的两侧吹过，更好的保护了焊接电弧，使电弧更稳定，焊接的质量更好。

附图说明

图1是光谱检测焊枪的剖面示意图；

图2是光谱检测焊枪结构图；

图3是焊枪内部装配结构侧视图；

图4焊枪内部装配结构俯视图；

图5焊枪内部装配结构斜视图；

图6是冷却和保护系统结构俯视图；

图7是冷却和保护系统结构仰视图；

图8是冷却和保护系统结构斜视图；

图9是焊枪调节按钮的结构图；

附图中：1—钨极，2—喷嘴，3—下壳体，4—冷却和保护系统，5—保护气室，6—气孔，7—冷却水室，8—挡板，9—弹簧，10—调节按钮，11—钨极调节系统，12—螺钉，13—气管，14—出水管，15—进水管，16—上壳体，17—光纤，18—绝缘套筒，19—光谱检测系统，20—调节按钮圆柱形前端，21—调节按钮中间半圆柱套筒，22—调节按钮的后端，23—第一通孔，24—半圆柱环，25—长方形槽，26—横梁，27—槽前端的圆柱形孔，28—圆孔；29—第二通孔。

具体实施方式：

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明包括：上壳体16，冷却和保护系统4，能调节钨极伸出量的钨极调节系统11，螺钉12，下壳体3，喷嘴2，钨极1，光谱检测系统19，上壳体16通过螺12钉固定于下壳体3上方，喷嘴2固定于下壳体3下端，其特征在于：冷却和保护系统4安装在下壳体3内部，通过下壳体3内部凸台固定，钨极调节系统11安装于冷却和保护系统4内部，光谱检测系统19包括绝缘套筒18、光纤17，绝缘套筒18固定于冷却和保护系统4内部，光纤17从上部穿过绝缘套筒18伸至钨极1头部的上端，钨极1从上至下依次穿过冷却和保护系统4、钨极调节系统11、下壳体3和喷嘴2，并伸出喷嘴2。

所述的冷却和保护系统包括冷却水室7、保护气室5、进水管15、出水管14、气管13和挡板8；冷却和保护系统4为正方体，正方体中部开长方形槽25，槽上设有横梁26，保护气室5和冷却水室7位于槽25的两侧，横梁26上部前端开有半圆柱环24，用于插入钨极1并从第一通孔23穿过，横梁26上还开有圆孔28，长方形槽25上开有与圆孔28对应的第二通孔29，用来固定绝缘套筒18，保护气室5底面开有气孔6，保护气室5的上端设有气管13，冷却水室7内设有挡板8将冷却水室7分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管15，出水部分上端设有出水管14。

所述的钨极调节系统11包括弹簧9和与之配合的调节按钮10，弹簧9设在冷却和保护系统4的长方形槽25前端的圆柱孔27内，调节按钮10的圆柱形前端20伸入到弹簧9内，并固定在圆柱孔27内，调节按钮10中间的半圆柱套筒21与横梁上部前端的半圆柱环24相配合，通过弹簧9的压力夹紧钨极1，通过在外部按压调节按钮后端27来调节钨极1的伸出量。

光谱检测系统19是由光纤17以及与之配合的绝缘套筒18组成，绝缘套筒18起到固定和定位光纤17的作用；可以通过调节光纤17 ，调整光纤17末端与焊缝的距离，从而得到最佳的光谱检测的效果；同时，通过光纤17将光谱图像传送至分光仪，然后反馈给计算机，来控制焊接过程。

本实施例中，焊枪、焊接用钨极等具体尺寸可以根据焊接工艺所需电源功率进行更换，不受具体尺寸形式限制。

质量监控流程图如下所示：

第一步，根据焊枪的装配图，先将喷嘴2安装在下壳体3上，然后将冷却和保护系统4定位于下壳体3内部；

第二步，将弹簧9安装于槽前端的圆柱孔27内，将调节按钮10的圆柱形前端20安装于弹簧9内，然后将钨极1插入到横梁26上的半圆柱环24内，穿过第一通孔23，并通过与半圆柱环24相配合的调节按钮中间的半圆柱套筒21来固定夹紧；

第三步，在冷却和保护系统4上的圆孔28内安装绝缘套筒18，并同轴安装光纤17；然后在冷却和保护系统4上安装气管13、进水管15和出水管14；将上壳体16通过螺钉12固定在下壳体3上；

第四步，通过与光纤21的末端对准钨极1的前端，然后将光纤21连接到分光仪上，分光仪通过USB借口连接到计算机上；

第五步，打开保护气和冷却水，然后打开电源，开始进行焊接，通过观察放射弧光的强弱，调节光纤17的末端相对钨极1的距离，得到最佳的检测位置；

第六步，在焊接过程中，通过计算机上根据光谱信号随时间的变化关系，来判断是否出现缺陷，当出现明显的峰值时，证明在这一时刻焊缝出现了缺陷。

第七步，当出现缺陷时，计算机会发出信号通过调整焊枪相对工件的高度、速度、等相关参数，以保证焊接过程的稳定，同时得到高的焊缝质量。

Claims (3)

1.一种内置光谱检测装置的一体化焊枪，包括上壳体，冷却和保护系统，能调节钨极伸出量的钨极调节系统，下壳体，喷嘴，钨极，光谱检测系统，上壳体通过螺钉固定于下壳体上方，喷嘴固定于下壳体下端，其特征在于：冷却和保护系统安装在下壳体内部，通过下壳体内部凸台固定，钨极调节系统安装于冷却和保护系统内部，光谱检测系统包括绝缘套筒、光纤，绝缘套筒固定于冷却和保护系统内部，光纤从上部穿过绝缘套筒伸至钨极头部的上端，钨极从上至下依次穿过冷却和保护系统、钨极调节系统、下壳体和喷嘴，并伸出喷嘴；所述的冷却和保护系统包括冷却水室、保护气室、进水管、出水管、气管和挡板；冷却和保护系统为正方体，正方体中部开长方形槽，槽上设有横梁，保护气室和冷却水室位于槽的两侧，横梁上部前端开有半圆柱环，长方形槽上开有与半圆柱环对应的第一通孔，用于插入钨极；横梁上开有圆孔，长方形槽上开有与圆孔对应的第二通孔，用来固定绝缘套筒，保护气室底面开有气孔，保护气室的上端设有气管，冷却水室内设有挡板将冷却水室分为进水部分和出水部分，进水部分上端设有进水管，出水部分上端设有出水管。

2.如权利要求1所述的一种内置光谱检测装置的一体化焊枪，其特征在于：所述的钨极调节系统包括弹簧和与之配合的调节按钮，弹簧设在冷却和保护系统长方形槽前端的圆柱孔内，调节按钮的圆柱形前端伸入到弹簧内，并固定在冷却与保护系统的圆柱孔内，调节按钮中间的半圆柱套筒与横梁上部前端的半圆柱环相配合，通过弹簧的压力夹紧钨极，通过在外部按压调节按钮后端来调节钨极的伸出量。

3.如权利要求1所述的一种内置光谱检测装置的一体化焊枪，其特征在于：所述光纤上端与分光仪连接，分光仪与计算机连接，将光谱图像传送至分光仪，然后反馈给计算机，来控制焊接过程。