CN106112290B - 电弧矫正系统及其电弧矫正装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电弧矫正装置，包括矫正机构、行走机构及控制模块；矫正机构包括电弧枪及与电弧枪连接的高度控制组件、横向控制组件，高度控制组件可随待矫正件的形状产生竖直方向的位移，横向控制组件可控制电弧枪的横向位移；行走机构用于承载矫正机构；控制模块分别与矫正机构、行走机构电性连接，其用于控制所述矫正机构、行走机构运行。该电弧矫正装置的摆速可调、摆幅恒定、与待矫正件表面距离恒定、并可自动行走。本发明还公开一种具有该电弧矫正装置的电弧矫正系统。

Description

电弧矫正系统及其电弧矫正装置

技术领域

本发明涉及船舶焊接矫正技术领域，尤其涉及一种摆速可调的非熔化极惰性气体钨极保护焊(TIG)电弧矫正系统及其电弧矫正装置。

背景技术

在铝质舰船的船体结构建造过程中，铝合金薄板在装配、焊接过程中极易产生焊接变形，导致船体表面凹凸不平，如果变形不予以矫正，则会影响船体部件装配偏差而影响舰船建造，且会降低船体表面光顺度而增加航行阻力。因此必须采取恰当的工艺措施进行焊后变形矫正。

传统的“水火法”是借助于氧乙炔产生的明火焰加热，紧随其后采用冷水快速冷却，使凸起表面产生收缩变形，以实现变形矫正。但是火焰加热因温度高、范围宽而较难控制，易在铝合金表面形成氧化层，并导致材料力学性能和耐腐蚀性能降低明显。现有的一种采用手工操作的钨极氩弧焊机对铝合金板进行热矫正的方法，与传统“水火法”相比，此方法具有加热功率参数可调节、加热表面受氩气保护等优点，具有一定先进性。但是，在应用中仍然存在以下不足：

(1)需要技术熟练的专业技师手持操作，长时间近距离对铝合金进行变形矫正，带来的弧光辐射、铝粉尘污染等会对身体健康造成不利影响。

(2)手工电弧矫正时因焊枪与铝合金表面的高度与角度不断变化，电弧到达铝合金表面的热输入不稳定，导致表面经常过烧而产生弧坑等缺陷，破坏铝合金表面。

(3)需对待矫正区域进行机械划线，破坏铝合金表面，而且手工摆动无法准确到达划线处，为了尽量靠近划线处，会减慢摆动速度而导致摆动路径的两个端部停留时间长、发生过烧而产生弧坑等缺陷，需要二次填补，增加工序而降低工作效率。

(4)手动操作时摆动速度和前进速度难以控制，更不能在摆动端部采用较快速度。

因此，有必要提供一种摆速可调、摆幅恒定、可自动行走的电弧矫正系统及其矫正装置，来解决上述现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摆速可调、摆幅恒定、与待矫正件表面距离恒定、可自动行走的电弧矫正装置。

本发明的另一目的在于提供一种摆速可调、摆幅恒定、与待矫正件表面距离恒定、可自动行走的电弧矫正系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种电弧矫正装置，适用于船体焊接变形的矫正，其包括矫正机构、行走机构及控制模块；其中，矫正机构包括电弧枪及与所述电弧枪连接的高度控制组件、横向控制组件，所述高度控制组件可随待矫正件的形状产生竖直方向的位移，所述横向控制组件可控制所述电弧枪的横向位移；行走机构用于承载所述矫正机构；控制模块分别与所述矫正机构、所述行走机构电性连接，其用于控制所述矫正机构、所述行走机构运行。

较佳地，所述高度控制组件包括滑台、万向球、连接杆及弹性件；万向球设于所述滑台的一端，用于接触待矫正件的表面；连接杆滑动连接于所述滑台且一端抵触于所述万向球，所述连接杆与所述电弧枪相连接；弹性件抵触于所述滑台与所述连接杆之间，用于驱动所述连接杆复位。

较佳地，所述矫正机构还包括电弧枪夹，所述电弧枪夹的一端固定于所述连接杆，所述电弧枪夹的另一端夹持所述电弧枪。

较佳地，所述滑台连接于所述所述横向控制组件。

较佳地，所述横向控制组件包括减速电机、与所述减速电机相连接的丝杆及配合连接于所述丝杆的丝杆螺母，丝杆螺母与所述电弧枪相连接，所述电机藉由所述丝杆、所述丝杆螺母驱动所述电弧枪产生横向位移。

较佳地，所述横向控制组件还包括光轴及可移动地连接于所述光轴的触点开关，光轴的轴向与丝杆的轴向一致；所述触点开关与所述控制模块电性连接并可接触所述电弧枪；所述控制模块根据所述触点开关的反馈信号控制所述减速电机运行。

较佳地，所述横向控制组件还包括电机座，所述减速电机内置于所述电机座内，所述光轴连接于所述电机座上。

较佳地，所述电弧矫正装置还包括连接于所述矫正机构与所述行走机构之间的连接机构。

较佳地，所述连接机构包括相连接的横向调节组件及高度调节组件，所述横向调节组件连接于所述行走机构，所述高度调节组件连接于所述横向控制组件。

较佳地，所述横向调节组件包括第一横杆及第一横向套筒，第一横杆连接于所述行走机构并沿横向延伸，第一横向套筒套设于所述第一横杆上并与所述横向控制组件连接。

较佳地，所述第一横杆上还连接有第一横向调节旋钮，所述第一横向调节旋钮与所述第一横杆上的格纹相配合。

较佳地，所述高度调节组件包括第一竖杆及第一竖向套筒，第一竖杆连接于所述横向控制组件并沿竖直方向延伸，第一竖向套筒，套设于所述第一竖杆并连接于所述第一横向套筒。

较佳地，所述第一竖杆上还连接有第一竖向调节旋钮，所述第一竖向调节旋钮与所述第一竖杆上的格纹相配合。

较佳地，所述横向调节组件还包括第二横向套筒，其套设于所述第一横杆上并连接于所述行走机构。

较佳地，所述第二横向套筒、所述第一横杆之间还连接有第二横向调节旋钮，第二横向调节旋钮与所述第一横杆上的格纹相配合。

较佳地，所述连接机构还包括与所述第二横向套筒相连接的第二竖向套筒，所述行走机构上设有与所述第二竖向套筒相配合的安装竖管。

较佳地，所述矫正机构上设有与所述第一竖杆相配合的第三竖向套筒。

较佳地，所述行走机构为自动行走小车。

对应地，本发明还公开一种电弧矫正系统，包括待矫正件及电弧矫正装置，其中，所述电弧矫正装置如上所述。

较佳地，所述待矫正件为曲面结构。

与现有技术相比，由于本发明的电弧矫正装置，其具有用于承载矫正机构并可纵向移动的行走机构，且矫正机构包括电弧枪及与电弧枪连接的高度控制组件、横向控制组件，高度控制组件可随待矫正件的形状产生竖直方向的位移，横向控制组件可使电弧枪产生横向位移；同时还具有与矫正机构、行走机构电性连接的控制模块。因此，其具有以下效果：

(1)利用行走机构、横向控制组件、高度控制组件配合实现电弧枪的自动摆动，因此采用摆动TIG电弧作为变形矫正的热源，与常规的火焰加热矫正法相比，具有能量调节方便、升温速度快以及对加热区域材料性能影响小等优点；

(2)针对不同的板厚和工艺要求，可通过控制模块设置不同的电流、电压参数，并可控制TIG电弧在同一摆动周期内具有不同的摆动速度，以此避免电弧在摆动区域的两侧停留时间过长，进而避免发生过烧而产生弧坑的缺陷；

(3)高度控制组件可保证矫正电弧的弧长不随摆动而发生变化，保证整个矫正过程具有稳定的电弧电压；

(4)由行走机构承载矫正机构，使得整体结构较为轻便、紧凑小巧且成本较低，具有较好的适用性，容易推广。

对应地，具有本发明电弧矫正装置的电弧矫正系统也具有相同的技术效果。

附图说明

图1是本发明电弧矫正系统的结构示意图。

图2是图1中电弧矫正装置的结构示意图。

图3是图2中连接机构的结构示意图。

图4是图2中矫正机构的结构示意图。

图5是图4的前视图。

图6是图4的侧视图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

首先参看图1所示，本发明的电弧矫正系统，包括电弧矫正装置1及焊后的待矫正件2。其中，待矫正件2为焊接后的船体铝合金薄板，其为曲面结构，但不以此为限。电弧矫正装置1为非熔化极惰性气体钨极保护焊(TIG)电弧矫正装置，其电弧摆动速度可分段控制、摆动幅度恒定、电弧与待矫正件2表面间的距离恒定，并可自动行走，因此特别适用于铝合金薄壁船体焊接变形的矫正，在保证船体表面质量的基础上，能矫正船体表面的凹凸变形。

下面结合图2-6所示，对本发明电弧矫正装置1的结构进行说明。

首先参看图2，电弧矫正装置1包括行走机构10、连接机构20、矫正机构30及控制模块(图未示)。连接机构20将矫正机构30连接于行走机构10上，以通过行走机构10来承载矫正机构30；控制模块分别与行走机构10、矫正机构30电性连接，用于控制行走机构10、矫正机构30运行。

本发明中，可通过控制模块预设行走机构10的参数以及矫正电弧的电流、电压、保护气体的流量等参数。

行走机构10为自动行走小车，自动行走小车的车身11设置有配重，以保证工作过程中矫正机构30的稳定性。另外，自动行走小车的车身11上还设有安装竖管12，用于安装连接机构20(详见后述)。

下面结合图2-3所示，连接机构20包括相互连接的横向调节组件21及高度调节组件22，横向调节组件21连接于车身11上，高度调节组件22连接于矫正机构30，通过两者可实现矫正机构30的横向位置及竖直位置的调整。

具体地，横向调节组件21包括第一横杆211及第一横向套筒212，第一横杆211的一端连接于车身11上并沿横向(图2中x轴方向)延伸，第一横向套筒212套设于第一横杆211的另一端并与矫正机构30连接，且第一横杆211、第一横向套筒212的横向利用螺栓螺母213紧固；两者之间还连接有第一横向调节旋钮214，第一横向调节旋钮214与第一横杆211上的格纹相配合，通过旋转第一横向调节旋钮214可使第一横杆211沿横向移动，进而实现矫正机构30的横向位置的调节。

进一步地，横向调节组件21还包括第二横向套筒215，其套设于第一横杆211上并连接于车身11，第二横向套筒215、第一横杆211的横向通过螺栓螺母216紧固，且两者之间还连接有第二横向调节旋钮217，第二横向调节旋钮217与第一横杆211上的格纹相配合，通过旋转第二横向调节旋钮217可进一步实现第一横杆211的横向调节。

继续结合图2-3所示，高度调节组件22包括第一竖杆221及第一竖向套筒222，第一竖向套筒222通过螺栓螺母23铰接于第一横向套筒212，第一竖杆221套设于第一竖向套筒222内并沿竖直方向(图2中z轴方向)延伸，且第一竖杆221的下端用于固定矫正机构30(详见后述)。第一竖杆221、第一竖向套筒222之间通过至少一个螺栓螺母223紧固，两者之间还设有第一竖向调节旋钮224，第一竖向调节旋钮224与第一竖杆221上的格纹相配合，通过旋转第一竖向调节旋钮224可使第一竖杆221在竖直方向移动，以实现矫正机构30的竖直位置的调节。

另外，第二横向套筒215上还连接有第二竖向套筒24，第二竖向套筒24用于和车身11上的安装竖管12套接，从而将连接机构20安装于自动行走小车上。

下面结合图2、4所示，矫正机构30包括横向控制组件31、高度控制组件32及电弧枪33。其中，电弧枪33通过一电弧枪夹34与高度控制组件32连接，高度控制组件32还连接于横向控制组件31。高度控制组件32可随待矫正件2的形状产生竖直方向的位移，横向控制组件31可控制电弧枪33的横向位移。

具体地，所述横向控制组件31包括电机座311、内置于电机座311内的减速电机312、与减速电机312相连接的丝杆313及配合连接于丝杆313的丝杆螺母314，丝杆螺母314连接于高度控制组件32。藉由丝杆313、丝杆螺母314的配合，将减速电机312的转动转化为高度控制组件32的横向(图2中x轴方向)移动，即，使电弧枪33产生横向位移。

继续参看图2、4所示，所述横向控制组件31还包括至少一光轴315及可移动地连接于光轴315的至少一触点开关316。本实施例中，设有两光轴315及四个触点开关316a、316b、316c、316d。两光轴315分别连接于电机座311，且光轴315的轴向与丝杆313的轴向一致。四个触点开关316a、316b、316c、316d分别安装于光轴315并利用螺丝固定，以使其在光轴315上的位置可调整，触点开关316a、316b、316c、316d的位置根据待矫正件2的厚度、材质、变形程度以及工艺要求来确定。且四个触点开关316a、316b、316c、316d分别与控制模块电性连接，当电弧枪33横向移动时，高度控制组件32会分别与触点开关316a、316b、316c、316d接触，触点开关316a、316b、316c、316d分别将信号反馈至控制模块，控制模块根据每一个触点开关316a、316b、316c、316d的反馈信号控制减速电机312运行，从而控制电弧枪33的横向摆动范围。

可理解地，光轴315、触点开关316的数量均不以本实施例为限，可根据实际需要灵活设置。

另外，电机座311上还连接有一导向杆317，其轴向与丝杆313轴向一致，用于滑动连接高度控制组件32(详见后述)。

同时，电机座311上还设有第三竖向套筒35，其用于和第一竖杆221相连接，以将矫正机构30安装于连接机构20上。

下面结合图2、4-6所示，所述高度控制组件32包括滑台321、万向球322、连接杆323及弹性件324。其中，滑台321滑动连接于导向杆317并可与触点开关316相接触；万向球322设于滑台321的一端，其用于接触待矫正件2的表面；连接杆323滑动连接于滑台321内且其一端抵触于万向球322，连接杆323与电弧枪夹34固定连接；弹性件324套设于连接杆323外，其两端分别抵触于滑台321及电弧枪夹34。当待矫正件2的表面具有凸起时，会对万向球322产生作用力，万向球322顶推连接杆323使其向上移动，进而带动电弧枪夹34同步上移，实现电弧枪33的上移，此过程中弹性件324被压缩；当万向球322移离凸起时，弹性件324复位以使连接杆323复位，实现电弧枪33的下移。因此，万向球322在弹性件324的作用下，可随着待矫正件2的形状发生竖直方向的位移，与其始终保持接触，使电弧枪33随之发生竖直方向(图1、2中z轴方向)位移，可保证电弧长度不变，以保证整个矫正过程具有稳定的电弧电压。

优选地，连接杆323、弹性件324至少各设置一个，但两者的数量并不以此为限。

下面结合图1-6所示，对利用本发明电弧矫正装置1对焊接后的待矫正件2进行矫正的工作原理及过程进行描述。

如图1所示，首先将自动行走小车10置于待矫正件2的侧面，使小车10的行进方向平行于待矫正部位的纵向(图1、2中y轴方向)，其中，待矫正件2呈曲面结构。

然后，调节矫正机构30的横向位置及竖向位置。具体地，扭动第一横向调节旋钮214和第二横向调节旋钮217以使第一横杆211横向(图1、2中x轴方向)移动，即，调整矫正机构30的横向位置，使电弧枪33的中心位于待矫正区域中心处。再调整电弧枪33的钨极与待矫正件2的表面之间的距离，即，扭动第一竖向调节旋钮224可使第一竖杆221沿竖直方向(图1、2中z轴方向)移动，进而带动矫正机构30上下移动，实现电弧枪33位置的调整，如图1-3所示。

其次，根据待矫正件2的厚度、材质、变形程度以及工艺要求，确定触点开关316a、316b、316c、316d的位置，用以控制电弧枪33的横向的摆动范围。并通过控制模块预设减速电机312的速度参数，设定矫正电弧的电流、电压、以及保护气体的流量等参数。

接着，打开电源，小车10开始沿纵向(图1、2中y轴方向)向前行走。同时，电弧枪33起弧，在减速电机312和螺纹丝杆313的带动下，丝杆螺母314横向(图1、2中x轴方向)移动，从而将减速电机312的转动转化为滑台321横向移动，实现电弧枪33的横向摆动。滑台321发生横向移动过程中，会分别与触点开关316a、316b、316c、316d接触，例如：当滑台321开始移动时，滑台321先与触点开关316a接触，控制模块根据触点开关316a的反馈信号赋予减速电机312预设的转速V1；此时，滑台321继续移动至与触点开关316b接触，触点开关316b将信号反馈至控制模块，减速电机312会被控制模块赋予新的转速V2；减速电机312驱动滑台321继续移动至与触点开关316c接触，此时控制模块根据触点开关316c的反馈信号赋予减速电机312新的转速V3；当滑台321移动至与触点开关316d接触时，减速电机312按照控制模块最新赋予的速度V4发生反向转动，由此驱动滑台321开始向触点开关316a移动，完成往复摆动。实现电弧枪33摆动速度的分段控制，并使摆动幅度恒定，如图1-2、4所示。

下面结合图4-5所示，在滑台321横向摆动过程中，高度控制组件32的万向球322在弹性件324的作用下，可随着待矫正件2的形状发生竖直方向的位移，始终与其保持接触，电弧枪33随之发生竖直方向位移。因此，保证了电弧枪33的电弧高度不会因为待矫正件2的表面形状变化而发生变化，使电弧枪33与待矫正件2的表面间的距离恒定。

综上，本发明的电弧矫正装置1，由于其具有用于承载矫正机构30并可纵向移动的行走机构10，且矫正机构30包括电弧枪33及与电弧枪33连接的高度控制组件32、横向控制组件31，高度控制组件32可随待矫正件2的形状产生竖直方向的位移，横向控制组件31可控制电弧枪33的横向位移；同时还具有与矫正机构30、行走机构10电性连接的控制模块。因此，其具有以下效果：

(1)利用行走机构10、横向控制组件31、高度控制组件32配合实现电弧枪33的自动摆动，因此采用摆动TIG电弧作为变形矫正的热源，与常规的火焰加热矫正法相比，具有能量调节方便、升温速度快以及对加热区域材料性能影响小等优点；

(2)针对不同的板厚和工艺要求，可通过控制模块设置不同的电流、电压参数，并可控制TIG电弧在同一摆动周期内具有不同的摆动速度，以此避免电弧在摆动区域的两侧停留时间过长，进而避免发生过烧而产生弧坑的缺陷；

(3)高度控制组件32可保证矫正电弧的弧长不随摆动而发生变化，保证整个矫正过程具有稳定的电弧电压；

(4)由行走机构10承载矫正机构30，使得整体结构较为轻便、紧凑小巧且成本较低，具有较好的适用性，容易推广。

对应地，具有本发明电弧矫正装置1的电弧矫正系统也具有相同的技术效果。

可以理解地，本发明的电弧矫正装置1并不限于对船体焊接变形的矫正，其还可用于其他相类似物件的焊接变形矫正，此为本领域普通技术人员所熟知，在此不再做详细的说明。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (18)

1.一种电弧矫正装置，适用于船体焊接变形的矫正，其特征在于，包括：

矫正机构，其包括电弧枪及与所述电弧枪连接的高度控制组件、横向控制组件，所述高度控制组件在矫正过程中可随待矫正件的表面形状产生竖直方向的上下位移，所述横向控制组件可控制所述电弧枪的横向位移；

所述横向控制组件包括：减速电机；丝杆，其一端与所述减速电机相连接；丝杆螺母，其配合连接于所述丝杆并与所述电弧枪相连接；所述电机藉由所述丝杆、所述丝杆螺母驱动所述电弧枪产生横向位移；光轴，其轴向与所述丝杆的轴向一致；可移动地连接于所述光轴的触点开关，所述触点开关与所述控制模块电性连接并可接触所述电弧枪；所述控制模块根据所述触点开关的反馈信号控制所述减速电机运行方向和运行速度；

行走机构，用于承载所述矫正机构；

控制模块，分别与所述矫正机构、所述行走机构电性连接，用于控制所述矫正机构、所述行走机构运行。

2.如权利要求1所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述高度控制组件包括：

滑台；

万向球，设于所述滑台的一端，用于接触待矫正件的表面；

连接杆，滑动连接于所述滑台且一端抵触于所述万向球，所述连接杆与所述电弧枪相连接；

弹性件，抵触于所述滑台与所述连接杆之间，用于驱动所述连接杆复位。

3.如权利要求2所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述矫正机构还包括电弧枪夹，所述电弧枪夹的一端固定于所述连接杆，所述电弧枪夹的另一端夹持所述电弧枪。

4.如权利要求2所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述滑台连接于所述横向控制组件。

5.如权利要求1所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述横向控制组件还包括电机座，所述减速电机内置于所述电机座内，所述光轴连接于所述电机座上。

6.如权利要求1所述的电弧矫正装置，其特征在于，还包括连接于所述矫正机构与所述行走机构之间的连接机构。

7.如权利要求6所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述连接机构包括相连接的横向调节组件及高度调节组件，所述横向调节组件连接于所述行走机构，所述高度调节组件连接于所述横向控制组件。

8.如权利要求7所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述横向调节组件包括：

第一横杆，连接于所述行走机构并沿横向延伸；

第一横向套筒，套设于所述第一横杆上并与所述横向控制组件连接。

9.如权利要求8所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述第一横杆上还连接有第一横向调节旋钮，所述第一横向调节旋钮与所述第一横杆上的格纹相配合。

10.如权利要求8所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述高度调节组件包括：

第一竖杆，连接于所述横向控制组件并沿竖直方向延伸；

第一竖向套筒，套设于所述第一竖杆并连接于所述第一横向套筒。

11.如权利要求10所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述第一竖杆上还连接有第一竖向调节旋钮，所述第一竖向调节旋钮与所述第一竖杆上的格纹相配合。

12.如权利要求8所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述横向调节组件还包括第二横向套筒，其套设于所述第一横杆上并连接于所述行走机构。

13.如权利要求12所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述第二横向套筒、所述第一横杆之间还连接有第二横向调节旋钮，第二横向调节旋钮与所述第一横杆上的格纹相配合。

14.如权利要求12所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述连接机构还包括与所述第二横向套筒相连接的第二竖向套筒，所述行走机构上设有与所述第二竖向套筒相配合的安装竖管。

15.如权利要求10所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述矫正机构上设有与所述第一竖杆相配合的第三竖向套筒。

16.如权利要求1所述的电弧矫正装置，其特征在于，所述行走机构为自动行走小车。

17.一种电弧矫正系统，包括待矫正件及电弧矫正装置，其特征在于，所述电弧矫正装置如权利要求1-16任一项所述。

18.如权利要求17所述的电弧矫正系统，其特征在于，所述待矫正件为曲面结构。