CN106180990B - 一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，包括驱动装置、偏心装置、气体保护装置、导电杆，驱动装置包括空心轴力矩电机、连接套、编码器等，通过编码器、驱动器对电机的运动进行精确的控制；偏心装置包括轴承内套、偏心套，在实现焊丝偏心时有一个平滑过渡的过程，使焊枪的整体机构更加的简单，功耗更小；偏心装置下端为气体保护装置。电机转动时带动上导电杆、轴承内套、偏心套、下导电杆转动，下导电杆下端接导电嘴，从而使焊丝做圆柱状旋转，利用旋转电弧对熔池的搅拌作用细化焊缝组织、增强焊缝韧性，改善焊缝两侧熔深，提高焊缝的成形和焊接质量。本发明整体结构简单，简化了偏心机构，适用范围广，易于实现自动化。

Description

一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪

技术领域

本发明涉及一种焊枪，具体涉及一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，属于焊接领域，适用于熔化极气体保护焊接。

背景技术

熔化极气体保护焊具有生产效率高、适用范围广、焊接成本低、能量消耗低、焊后无需清渣等优点，主要应用于造船、汽车制造、石油化工、工程机械等领域。旋转电弧焊接是在焊接过程中，电弧沿焊接方向运动的同时随着焊丝的转动以一定的半径和旋转频率转动。其主要优点：（1）焊接过程中电弧的旋转对熔池具有一定的搅拌作用，增加流体流速，有助于熔融金属从气体溢出和有益元素在熔池内的均匀分布， 从而减小焊缝缺陷，细化晶粒，提高焊接质量。（2）对于厚板的对接焊接，其可以增加两侧壁的熔透能力，使熔宽增加，减小破口尺寸，节约材料，提高搭桥能力，使焊接质量得到提高。（3）对于角接和搭接接头，由于电弧对熔池的搅拌，有利于得到凹形焊缝，使焊缝成型美观，降低焊后残余应力，提高焊缝的力学性能。（4）旋转电弧可以作为电弧传感器实现焊缝自动实时跟踪，且具有扫描频率高、扫描连续等优点。

已有的旋转电弧焊枪，发明专利申请号：200520070050.3，公开了一种空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊炬，其采用空心轴力矩电机驱动、电刷馈电机构、喷嘴机构及光栅光偶组成的测速机构。这种旋转电弧焊枪的缺点是：（1）采用光栅光耦测速增加了机构的复杂程度，使该机构结构比较繁重。（2）该机构采用偏心孔导电嘴来使焊丝偏转，不能够实现无级调节焊丝旋转半径，且在焊接过程中，焊丝和导电嘴会产生较大的摩擦，从而降低导电嘴的寿命，且该偏心孔导电嘴非标准件，需定做从而费时且不经济。（3）气体保护装置复杂，电弧可观察性低。

已有的高速旋转电弧焊枪，发明专利申请号：201310109800.2，公开了一种旋转电弧熔化极气体保护焊焊枪，其采用齿轮传动带动偏心机构实现焊丝的旋转。该旋转焊枪的缺点是：（1）该机构采用齿轮传动实现导电杆的运动，齿轮传动过程消耗功率，从而需要使用大功率电机，增加了功耗，且使机构尺寸和重量增加，运行中噪音较大，精度要求较高。(2)该机构采用上下内筒，滑块偏心调节机构，偏心机构复杂，增加了操作的难度。所以设计公开一种功耗小、偏心机构简单、可以实现无级偏心调节的熔化极旋转焊枪是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、装配方便、无级可调偏心旋转熔化极气体保护焊枪，用以克服现有的旋转焊枪偏心机构复杂，焊枪尺寸大，使用寿命短等缺点。该焊枪可实现厚板窄间隙对接，角接焊缝等，综合应用性高。

本发明提供了一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，包括驱动装置、偏心装置、气体保护装置、导电杆，碳刷；

所述导电杆位于驱动装置、偏心装置、气体保护装置的中部，所述导电杆内部设有焊丝；导电杆由上、下两部分组成，上导电杆为固定式，下导电杆为可移动式；

所述驱动装置包括空心轴力矩电机、连接套、编码器、连接杆、联轴器；电机固定在电机支架上，连接套上端开有螺栓孔，下端设有通孔；电机内部设有通孔与连接套下端的通孔配合，使用螺栓固定，连接套上端的螺栓孔通过顶丝与上导电杆的外表面紧固连接；上导电杆的上端伸出电机外侧并通过联轴器与编码器连接，从而在驱动电机转动时带动编码器中心轴和第二轴承同时转动，编码器作为反馈机构，通过电机驱动器来控制电机运动；

所述电机支架底部连接焊枪外罩，上导电杆与第二轴承间隙配合连接，第二轴承与焊枪外罩过盈配合，从而保证电机、轴承内套及连接杆的同心度；焊枪外罩下部设有第一轴承，上导电杆的底部与第一轴承间隙配合，第一轴承内侧与上导电杆的连接处依靠绝缘套绝缘，第一轴承外侧通过螺纹与焊枪外罩连接；

所述偏心装置包括轴承内套、偏心套、下导电杆；所述轴承内套位于第一轴承下方，轴承内套上端肩部与上导电杆底端连接，轴承内套与第一轴承为过盈配合，二者之间安装绝缘套，使焊接过程中电流未经过轴承，延长轴承的使用寿命。下导电杆位于偏心装置中部，轴承内套下端与偏心套通过顶丝固定连接，偏心套的偏心是通过一个类似环形跑道的孔来实现：偏心套的底部设有环形导孔；可根据偏心套的尺寸来设定最大偏心距；下导电杆上开有螺纹，该螺纹与环形导孔配合，下导电杆与环形导孔通过螺母来固定，通过调节螺母来调整下导电杆在环形导孔上的固定位置，进而来实现无级偏心调节；

所述气体保护装置包括气体保护罩和导气杆，气体通过导气杆进入到气体保护罩内；下导电杆底部位于气体保护装置内，下导电杆底端连接导电嘴，从而实现焊丝从上导电杆到下导电杆再到导电嘴的过程。且导电嘴与导电杆平行，从而使焊丝伸出后与试件成90度角，实现垂直送丝；

所述碳刷通过人字形刷架固定在上导电杆的下端；碳刷与上导电杆接触导电，并通过上导电杆、轴承内套、偏心套、下导电杆、导电嘴实现焊接电路。

由于偏心套的下端与轴承内套的上端之间有一定的距离，在实现焊丝偏离轴心的过程中能够平缓的过度，减小焊丝与轴套之间的摩擦，且该距离可调，可调值为20mm-25mm；

所述空心轴力矩电机与上导电杆之间为非接触连接，上导电杆与电机之间通过连接套连接，上导电杆与连接套之间设有绝缘套筒，从而隔绝了电机与焊接电流。

所述电机放置在电机支架上，通过螺钉连接固定，从而使电机转子转动时电机定子固定。电机支架与焊枪外罩通过螺钉固定连接。

所述上导电杆下端与轴承内套上端通过三个顶丝孔连接，电机转动带动轴承内套转动，进而带动第一轴承和偏心套转动，实现焊丝的旋转。

所述轴承内套与偏心套通过顶丝固定，顶丝固定在轴承内筒的螺纹孔内，通过顶丝能调节偏心套中环形孔到轴承内套上端的距离，从而实现平滑过渡。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用空心轴力矩电机带动导电杆转动，通过编码器和驱动器来控制电机转速，减小功耗，利于控制；

（2）驱动电机与导电杆为非直接接触连接，轴承与轴承内套之间通过绝缘套隔离，从而使焊接过程中焊接电流不通过电机和轴承，大大增加了电机和轴承的使用寿命；

（3）本发明提供的偏心装置结构简单，通过可移动导电杆在偏心套下端的环形导孔上的移动来实现焊丝0mm-5mm的偏心，偏心距调节简单；可根据不同的偏心距离来调节实现偏心平滑过渡的距离；

（4）本发明在实现焊丝偏心的过程中有一个20mm-25mm平滑过渡的距离，从而减小了焊丝与装置之间的摩擦，降低送丝功耗，使送丝更加平稳，焊接稳定；

（5）本发明中，伸出焊丝与焊件垂直，与斜送丝机构相比，使焊接过程中电弧更加稳定，提高焊接质量；

（6）焊枪结构简单紧凑，控制操作简单，除导电杆和偏心装置用黄铜外，其余均为Q235钢，成本低廉，易于实现自动化。

附图说明

图1为本发明无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪的结构示意图。

图2为本发明偏心套的结构示意图。

图中1为电机，2为连接套，3为上导电杆，4为绝缘套，5为第一轴承，6为轴承内套，7为螺纹孔，8为偏心套，9为紧固螺母，10为下导电杆，11为气体保护罩，12为导气杆，13为导电嘴，14为焊丝，15为编码器，16为连接杆，17为联轴器，18为通孔，19为碳刷，20为电机支架，21为焊枪外罩，22为螺纹，23为环形导孔，24为第二轴承。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明提供了一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，包括驱动装置、偏心装置、气体保护装置、导电杆，碳刷。

所述导电杆位于驱动装置、偏心装置、气体保护装置的中部，所述导电杆内部设有焊丝14；导电杆由上、下两部分组成，上导电杆3为固定式，下导电杆10为可移动式；

所述驱动装置包括空心轴力矩电机1、连接套2、编码器15、连接杆16、联轴器17；电机1固定在电机支架20上，连接套2上端开有螺栓孔，下端设有通孔；电机1内部设有通孔18与连接套2下端的通孔配合，使用螺栓固定，连接套2上端的螺栓孔通过顶丝与上导电杆3的外表面紧固连接；上导电杆3的上端伸出电机1外侧并通过联轴器17与编码器15连接，从而在驱动电机转动时带动编码器中心轴和轴承同时转动，编码器作为反馈机构，通过电机驱动器来控制电机运动；

所述电机支架20底部连接焊枪外罩21，上导电杆3与第二轴承24间隙配合，第二轴承24与焊枪外罩21过盈配合，从而保证电机、轴承内套及连接杆的同心度；焊枪外罩21下部设有第一轴承5，上导电杆3的底部与第一轴承5间隙配合，第一轴承5与上导电杆3的连接处依靠绝缘套4绝缘，第一轴承5外侧通过螺纹22与焊枪外罩21连接固定；

所述偏心装置包括轴承内套6、偏心套8、下导电杆10；所述轴承内套6位于第一轴承5下方，轴承内套6上端肩部与上导电杆3底端连接，轴承内套6与第一轴承5为过盈配合，二者之间安装绝缘套，其配合为H7/g6，使焊接过程中电流未经过轴承，延长轴承的使用寿命。下导电杆10位于偏心装置中部，轴承内套6下端与偏心套8通过顶丝固定连接，偏心套8的偏心是通过一个类似环形跑道的孔来实现：偏心套8的底部设有环形导孔23；该环形导孔的两端分别为半径为5mm的半圆，两半圆圆心间的距离为5mm，也就是该偏心机构的偏心量可以从0mm-5mm调节。可根据偏心套的尺寸来设定最大偏心距。因此，该距离不局限于此。下导电杆10上开有螺纹，该螺纹与环形导孔23配合，下导电杆10与环形导孔23通过螺母来固定，通过调节螺母来调整下导电杆在环形导孔上的固定位置，进而来实现无级偏心调节；

所述气体保护装置包括气体保护罩11和导气杆12，气体通过导气杆12进入到气体保护罩11内；下导电杆10底部位于气体保护装置内，下导电杆10底端连接导电嘴13，从而实现焊丝从上导电杆到下导电杆再到导电嘴的过程。且导电嘴13与下导电杆10平行，从而使焊丝伸出后与试件成90度角，实现垂直送丝。由于偏心套的下端与轴承内套的上端之间有一定的距离，在实现焊丝偏离轴心的过程中能够平缓的过度，减小焊丝与轴套之间的摩擦，且该距离可调，可调值为20mm-25mm；

所述碳刷19通过人字形刷架固定在上导电杆的下端；碳刷19与上导电杆3接触导电，并通过上导电杆3、轴承内套6、偏心套8、下导电杆10、导电嘴13实现焊接电路。

所述电机1与上导电杆3之间为非接触连接，上导电杆3与电机1之间通过连接套2连接，上导电杆3与连接套2之间设有绝缘套筒，从而隔绝了电机与焊接电流。碳刷与上导电杆接触导电，并通过上导电杆、轴承内套、偏心套、下导电杆、导电嘴实现焊接电路。

所述电机1放置在电机支架20上，通过螺钉连接固定，从而使电机转子转动时电机定子固定。电机支架20与焊枪外罩21通过螺钉固定连接。

所述上导电杆3下端与轴承内套6上端通过三个顶丝孔连接，电机转动带动轴承内套转动，进而带动第一轴承和偏心套转动，实现焊丝的旋转。

所述轴承内套6与偏心套8通过顶丝固定，顶丝固定在轴承内筒6的螺纹孔7内，通过顶丝能调节偏心套中环形孔到轴承内套上端的距离，从而实现平滑过渡。

本发明旋转电弧熔化极气体保护焊焊枪工作及运行过程如下：

空心轴力矩电机1通过连接套2带动上导电杆3旋转，上导电杆3带动轴承内套6和第二轴承24和第一轴承5运动，轴承内套6带动偏心套8、下导电杆10及导电嘴13做旋转运动，偏心距离通过下导电杆10和紧固螺母9来实现无级调节。

下导电杆10在环形导孔23上的位置来调节偏心距，通过调节偏心套8深入轴承内套6中的长度可以平滑调节焊丝的偏心距离。

电机1带动上导电杆3运动的同时也通过联轴器17带动编码器15轴旋转，编码器15作为反馈元件通过伺服电机驱动器对电机的运动进行控制。焊丝14通过编码器15、联轴器17、上导电杆3、轴承内套6、偏心套8、下导电杆10，最后从导电嘴13伸出。导电嘴13的轴线与下导电杆10的轴线平行，焊丝伸出后做圆柱状旋转运动，对焊接熔池具有搅拌作用，从而可以细化晶粒，提高焊缝的力学性能，另外由于电弧的旋转，可以使焊接热输入分配相对均匀，增加破口侧壁的熔透能力，改善焊缝成型。焊接电流从碳刷19通过偏心套8再流入下导电杆10和导电嘴13。

本发明旋转电弧焊枪，由于利用空心轴力矩电机传动，偏心通过一个简单的环形通孔实现，使焊枪结构简单紧凑，控制操作简单，制造除了导电杆和偏心机构用黄铜外，其余均为Q235钢，成本低廉，易于实现自动化。

如上所述便可较好地实现本发明。

本发明可用于角接焊缝，对接焊缝，立焊等全位置焊接。另外，将焊枪外筒的下外筒去掉，额外加保护气，可用于厚板窄间隙焊接，适用范围广，实用性高。

上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，其特征在于：包括驱动装置、偏心装置、气体保护装置、导电杆，碳刷；

所述导电杆位于驱动装置、偏心装置、气体保护装置的中部，所述导电杆内部设有焊丝；导电杆由上、下两部分组成，上导电杆为固定式，下导电杆为可移动式；

所述驱动装置包括空心轴力矩电机、连接套、编码器、连接杆、联轴器；电机固定在电机支架上，连接套上端开有螺栓孔，下端设有通孔；电机内部设有通孔与连接套下端的通孔配合，使用螺栓固定，连接套上端的螺栓孔通过顶丝与上导电杆的外表面紧固连接；上导电杆的上端伸出电机外侧并通过联轴器与编码器连接；

所述电机支架底部连接焊枪外罩，上导电杆与第二轴承间隙配合，第二轴承与焊枪外罩过盈配合；焊枪外罩下部设有第一轴承，上导电杆的底部与第一轴承间隙配合，第一轴承内侧与上导电杆的连接处依靠绝缘套绝缘，第一轴承外侧通过螺纹与焊枪外罩连接；

所述偏心装置包括轴承内套、偏心套、下导电杆；所述轴承内套位于第一轴承下方，轴承内套上端肩部与上导电杆底端连接，轴承内套与第一轴承为过盈配合，二者之间安装绝缘套；下导电杆位于偏心装置中部，轴承内套下端与偏心套通过顶丝固定连接，偏心套的底部设有环形导孔；下导电杆上开有螺纹，该螺纹与环形导孔配合，下导电杆与环形导孔通过螺母来固定，通过调节螺母来调整下导电杆在环形导孔上的固定位置；

所述气体保护装置包括气体保护罩和导气杆，气体通过导气杆进入到气体保护罩内；下导电杆底部位于气体保护装置内，下导电杆底端连接导电嘴，且导电嘴与下导电杆平行；

所述碳刷通过人字形刷架固定在上导电杆的下端；碳刷与上导电杆接触导电，并通过上导电杆、轴承内套、偏心套、下导电杆、导电嘴实现焊接电路。

2.根据权利要求1所述的无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，其特征在于：所述空心轴力矩电机与上导电杆之间为非接触连接，上导电杆与电机之间通过连接套连接，上导电杆与连接套之间设有绝缘套筒。

3.根据权利要求1所述的无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，其特征在于：所述电机放置在电机支架上，通过螺钉连接固定，从而使电机转子转动时电机定子固定；电机支架与焊枪外罩通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求1所述的无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，其特征在于：所述上导电杆下端与轴承内套上端通过三个顶丝孔连接。

5.根据权利要求1所述的无级可调的偏心旋转熔化极气体保护焊枪，其特征在于：所述轴承内套与偏心套通过顶丝固定，顶丝固定在轴承内筒的螺纹孔内，通过顶丝能调节偏心套中环形孔到轴承内套上端的距离。