CN104128697A - 一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，其特征在于焊枪摆动装置包括步进电机、手柄、固定板、第一摆动板、第二摆动板、上支撑杆、下支撑杆、第一偏心轮、第二偏心轮、摆动板和绝缘板，步进电机连接在固定板一侧，第一摆动板和第二摆动板连接在固定板另一侧并分别设有摆动槽，摆动槽内设有第一偏心轮和第二偏心轮，第一偏心轮和第二偏心轮与步进电机的输出轴相连接，第一摆动板的上端经上支撑杆与摆动板上端相连接，第二摆动板的下端经下支撑杆与摆动板下端相连接，摆动板与绝缘板一侧相连接，绝缘板另一侧设有水气保护装置，本发明不仅降低工人的劳动强度，而且保证了焊接稳定性，从而提高了焊接质量和焊接效率。

Description

一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地说是一种新型的可代替手工的厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置。

背景技术

钛合金作为一种重要的结构金属，因其具有强度高、耐热性、耐腐蚀等特点，已经广泛应用到日常生活、航空航天以及军事中。世界上许多国家意识到钛合金的重要性，相继对其进行研究，并且得到了实际应用。随着工艺设备的改进，焊接效率的提高，厚板钛合金的研究也越来越广泛，并且厚板钛合金主要应用于深海潜艇中，具有很好的应用前景。

窄间隙焊接技术是美国巴特尔研究所提出的一种弧焊方法，与其他的弧焊技术相比，此方法的特点主要是采用U形或I形坡口，焊缝截面积大幅减小，填充材料少，降低了焊接成本，并且焊接线能量小，能很好的改善组织和机械性能，因此，窄间隙焊接技术作为厚板焊接的理想选择。

窄间隙焊接厚板钛合金技术所要解决的核心问题就是侧壁熔合问题。国内外很多学者提出新的窄间隙焊接技术如窄间隙TIG、窄间隙MIG、窄间隙埋弧焊等等，这些方法能较好的解决这一问题。但是考虑到焊接现场环境以及设备因素的制约，目前在现场焊接中，最普遍采用的就是手工窄间隙TIG焊接，这是由于手工TIG焊接操作方便，只需要焊工熟练的操作技能就可以进行焊接，并且在焊接一些复杂零件时不需要其他设备辅助就可以完成焊接。

手工TIG焊接厚板时，为了解决侧壁熔合不良的问题，焊工需要在电弧长度保持不变的情况下左右摆动焊枪，这样做的目的就是把更多的热量分散到侧壁上，使侧壁获得更多的热输入量，从而达到侧壁熔合。采用手工TIG焊接，对焊工的操作水平要求较高，存在大量的影响质量的不稳定的因素（人的情绪、技能、体力等），导致返修率很高，人工投入比较大。因此，需要发明一种新的窄间隙摆动焊接装置代替手工TIG焊接。

发明内容

本发明的目的是克服手工TIG焊接不稳定的因素，提出一种新的窄间隙摆动焊接装置，此焊枪摆动的原理类似于手工TIG焊枪摆动的情况，都是使摆动原点向下移动，实现摆动原点位于坡口里面，这样就增加了钨极与侧壁的角度，很好的达到侧壁熔合，虽然原理上与手工TIG类似，但此焊枪最大的特点就是解决了手工TIG焊接不稳定的问题，焊工只需用手握住手柄，沿着焊接方向移动，焊枪摆动装置通过步进电机自动摆动就可以实现稳定性焊接。

本发明可以通过以下技术方案来实现的：

一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，包括焊枪摆动装置、送丝装置、水气保护装置，送丝装置连接在水气保护装置上，水气保护装置连接在焊枪摆动装置上，水气保护装置内设置有水冷系统和气保护系统，其特征在于焊枪摆动装置包括：步进电机、手柄、固定板、第一摆动板、第二摆动板、上支撑杆、下支撑杆、第一偏心轮、第二偏心轮、摆动板和绝缘板，步进电机连接在固定板一侧，第一摆动板和第二摆动板由定位销连接在固定板另一侧，第一摆动板和第二摆动板上分别设有摆动槽，第一摆动板的摆动槽内设有第一偏心轮，第二摆动板的摆动槽内设有第二偏心轮，第一偏心轮和第二偏心轮与步进电机的输出轴相连接，第一摆动板（或第二摆动板）的上端经上支撑杆与摆动板上端相连接，第二摆动板（或第一摆动板）的下端经下支撑杆与摆动板下端相连接，摆动板与绝缘板一侧相连接，绝缘板另一侧设有水气保护装置。

本发明所述的摆动板与上支撑杆或下支撑杆连接的孔为与钨极相平行的槽孔，使第一摆动板和第二摆动板沿相反方向摆动时，随摆动角度的增大，摆动板向下移动，以达到钨极在窄间隙坡口内随摆动角度的增大，钨极摆动原点位置下移（低于不摆动时的原点），钨极摆动时与窄间隙坡口内工件表面的距离（电弧长度）接近相同，也就是说摆动板的左右摆动，在使摆动原点下移的同时，钨极与窄间隙坡口内工件表面的距离基本不变，这就保证了摆动过程中电弧长度保持不变，很好的复制了手工TIG焊接厚板时的原理。

本发明所述的摆动槽是在第一摆动板和第二摆动板销孔上方设有至小与偏心轮相切槽孔，以使其工作稳定。

本发明所述第一偏心轮和第二偏心轮的偏心距相同，以使摆动板左右对称摆动，提高焊接质量。

本发明所述的第一摆动板和第二摆动板之间设有垫片，避免摆动时第一摆动板和第二摆动板间产生接触阻力，使其工作稳定，延长使用寿命，垫片可以采用聚四氟乙烯垫片。

本发明的主要优点是焊枪摆动的原理类似于手工TIG焊枪摆动的情况，都是在保证电弧长度基本保持不变的情况下，使摆动原点向下移动，实现摆动原点位于坡口里面，这样就增加了钨极与侧壁的角度，很好的达到侧壁熔合，虽然原理上与手工TIG类似，但此焊枪最大的特点就是解决了手工TIG焊接不稳定的问题，降低焊工的劳动强度，保证了手工窄间隙TIG焊接的稳定性。

附图说明

图1为现有技术钨极摆动的示意图。

图2为本发明钨极摆动的示意图。

图3为本发明的轴测图。

图4为本发明中的焊枪摆动装置的示意图。

图5是本发明中摆动板的结构示意图。

图6是本发明第一偏心轮和第二偏心轮的结构示意图。

   具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图所示：一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，包括焊枪摆动装置、送丝装置、水气保护装置，送丝装置连接在水气保护装置上，水气保护装置连接在焊枪摆动装置上，水气保护装置内设置有水冷系统和气保护系统，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，本发明的特征在于焊枪摆动装置包括：步进电机1、手柄、固定板3、第一摆动板4、第二摆动板5、上支撑杆6、下支撑杆7、第一偏心轮8、第二偏心轮9、摆动板10和绝缘板11，步进电机1用螺栓连接在固定板3的一侧，第一摆动板4和第二摆动板5由定位销连接在固定板3的另一侧，第一摆动板4和第二摆动板5上分别设有摆动槽，第一摆动板4的摆动槽内设有第一偏心轮8，第二摆动板5的摆动槽内设有第二偏心轮9，第一偏心轮8和第二偏心轮9与步进电机1的输出轴相连接，第一摆动板4（或第二摆动板5）的上端经上支撑杆6与摆动板10上端相连接，第二摆动板5（或第一摆动板4）的下端经下支撑杆7与摆动板10下端相连接，摆动板10与绝缘板11一侧相连接，绝缘板11另一侧设有水气保护装置。

本发明所述的摆动板10与上支撑杆6或下支撑杆7连接的孔为与钨极相平行的槽孔，使第一摆动板4和第二摆动板5沿相反方向摆动时，随摆动角度的增大，摆动板10向下移动，以达到钨极在窄间隙坡口内随摆动角度的增大，钨极摆动原点位置下移（低于不摆动时的原点），钨极摆动时与窄间隙坡口内工件表面的距离（电弧长度）接近相同，也就是说摆动板的左右摆动，在使摆动原点下移的同时，钨极与窄间隙坡口内工件表面的距离基本不变，这就保证了摆动过程中电弧长度保持不变，很好的复制了手工TIG焊接厚板时的原理。

本发明所述的摆动槽是在第一摆动板4和第二摆动板5销孔上方设有至小与偏心轮相切槽孔，以使其工作稳定。

本发明所述第一偏心轮8和第二偏心轮9的偏心距相同，以使摆动板10左右对称摆动，提高焊接质量。

本发明所述的第一摆动板4和第二摆动板5之间设有垫片2，避免摆动时第一摆动板和第二摆动板间产生接触阻力，使其工作稳定，延长使用寿命，垫片2可以采用聚四氟乙烯垫片。

本发明实现摆动的原理是：步进电机1通过单片机控制可以往复旋转，带动两个偏心轮8、9摆动，进而驱动两个摆动板4、5做相反方向的摆动，从而促使摆动原点的下移，这样钨极就可以在电弧长度基本不变的情况下左右摆动，摆动角度以及往复摆动停留点的停留时间可以通过步进电机1进行调节，从而可以满足窄间隙坡口不同尺寸的要求。

本发明的具体结果主要包括焊枪摆动装置、送丝装置、水气保护装置，送丝装置连接在水气保护装置上，水气保护装置连接在焊枪摆动装置上，水气保护装置内设置有水冷系统和保护系统。

本发明所述的焊枪摆动装置两个偏心轮8、9通过顶丝分别固定在步进电机1的输出轴上，两个摆动板4、5分别与两个偏心轮8、9分别配合，两个摆动板内部设有摆动槽与两个偏心轮分别相切，两个偏心轮内部开有偏心孔，两个偏心孔的偏心距是相同的，并且两个偏心轮分别在输出轴的两侧，在两个不同位置偏心轮旋转的约束下，所述的两个摆动板4、5沿相反方向摆动，两个摆动板4、5连接在固定板3上。手柄的作用是让焊工握住手柄，从而提供给焊枪摆动装置沿着焊接方向移动的动力。

本发明所述的送丝装置包括送丝管、微调节机构和送丝固定座，送丝固定座其上部通过螺丝固定在水气保护装置的侧面上，送丝管通过微调节机构固定在送丝固定座上，微调节机构用于微动调节送丝管与钨极的距离以及夹角，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明所述的送丝装置和水气保护装置固定在一起，按相同方向摆动，这样的目的是在焊接时，焊丝时刻都处在钨极的正下方，可以将更多的热量传递给焊丝，能较好的熔化焊丝，并且焊丝的左右摆动能将更多的填充金属熔敷在坡口两侧，容易使焊缝呈现凹形，防止过高的余高产生，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明所述的水气保护装置具体的说是一个紫铜块，在紫铜快的中心孔中具有铜质导流器、夹持钨极的电极夹、陶瓷喷嘴、钨极以及陶瓷盖帽，这些组成一个焊枪，焊枪内部结构的原理与手工TIG焊枪内部结构的原理一样，陶瓷盖帽通过螺纹夹紧电极夹以夹住钨极，陶瓷喷嘴通过螺纹固定于铜质导流器外围，并且陶瓷喷嘴无法伸入到坡口间隙内部，水气保护装置通过绝缘电木连接在焊枪摆动装置上，绝缘电木的作用是避免水气保护装置与焊枪摆动装置导电，起到很好的绝缘作用，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明所述的水气保护装置侧面设有进气管、进水管及上部设有出水管，所述的进气管、进水管及出水管分别通过螺纹与快速插头连接。其中进水管和出水管形成冷却水回路，并且进水管与出水管之间有一定距离，保证了冷却水对钨极的冷却作用，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述。

本发明步进电机可以实现对摆动速度的精确调节，转动角度可以180゜的往复摆动，往复摆动停留点的停留时间可以通过单片机对步进电机调节，获得不同的轨迹运动，并且步进电机可以做小于一周的往复运动，从而可以根据坡口形状进行调节摆动宽度，摆动宽度最大可以达到12mm，摆动板10下部的微型轴承可以在铣出的槽孔内部上下移动，保证了两个摆动铜板4、5沿相反方向的摆动可以使摆动原点向下移动，移动到窄间隙坡口内部，与普通窄间隙TIG焊接摆动相比，在相同坡口窄间隙宽度的情况下，增大了钨极与侧壁的角度，其中所述的摆动原点位置是一直变化的，但都低于不摆动时的原点。

本发明通过摆动铜板的左右摆动，在使摆动原点下移的同时，钨极与工件表面的距离基本不变，这就保证了摆动过程中电弧长度保持不变，很好的复制了手工TIG焊接厚板时的原理。

本发明的主要优点是焊枪摆动的原理类似于手工TIG焊枪摆动的情况，都是在保证电弧长度基本保持不变的情况下，使摆动原点向下移动，实现摆动原点位于坡口里面，这样就增加了钨极与侧壁的角度，很好的达到侧壁熔合，虽然原理上与手工TIG类似，但此焊枪最大的特点就是解决了手工TIG焊接不稳定的问题，降低焊工的劳动强度，保证了手工窄间隙TIG焊接的稳定性。

Claims (5)

1.一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，包括焊枪摆动装置、送丝装置、水气保护装置，送丝装置连接在水气保护装置上，水气保护装置连接在焊枪摆动装置上，水气保护装置内设置有水冷系统和气保护系统，其特征在于焊枪摆动装置包括：步进电机、手柄、固定板、第一摆动板、第二摆动板、上支撑杆、下支撑杆、第一偏心轮、第二偏心轮、摆动板和绝缘板，步进电机连接在固定板一侧，第一摆动板和第二摆动板由定位销连接在固定板另一侧，第一摆动板和第二摆动板上分别设有摆动槽，第一摆动板的摆动槽内设有第一偏心轮，第二摆动板的摆动槽内设有第二偏心轮，第一偏心轮和第二偏心轮与步进电机的输出轴相连接，第一摆动板的上端经上支撑杆与摆动板上端相连接，第二摆动板的下端经下支撑杆与摆动板下端相连接，摆动板与绝缘板一侧相连接，绝缘板另一侧设有水气保护装置。

2.根据权利要求1所述的一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，其特征在于摆动板与上支撑杆或下支撑杆连接的孔为与钨极相平行的槽孔，第一摆动板和第二摆动板沿相反方向摆动，随摆动角度的增大，摆动板向下移动，钨极在窄间隙坡口内随角度的增大，钨极摆动原点位置下移，钨极摆动时与窄间隙坡口内工件表面的距离接近相同。

3.根据权利要求1所述的一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，其特征在于摆动槽是在第一摆动板和第二摆动板销孔上方设有至小与偏心轮相切槽孔。

4.根据权利要求1所述的一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，其特征在于第一偏心轮和第二偏心轮的偏心距相同。

5.根据权利要求1所述的一种厚板钛合金窄间隙摆动焊接装置，其特征在于第一摆动板和第二摆动板之间设有垫片，垫片采用聚四氟乙烯垫片。