CN106216829A - 一种预防焊接角变形的焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预防焊接角变形的焊接装置及方法，该装置主要包括焊接平台、导轨、加热装置、控制箱、反馈屏、焊接面具、控制器和焊钳；所述控制箱分别与加热装置、反馈屏、控制器和焊钳电连接；所述加热装置安装在导轨上；所述导轨位于焊接工位的下方；所述反馈屏安装在焊接面具上；所述控制器设置为带状，安装在焊钳上。该方法主要包括以下步骤：将焊接件固定在焊接平台上；调节焊钳上的控制器，使加热装置到达焊接点下方，反馈屏实时显示加热装置的位置信息；第一微控制器和第二微控制器驱动第一磁条和第二磁条产生相应磁场，使加热头的端面对焊接点背面进行加热；对焊接点进行焊接。本发明的结构简单、使用方便、工作效率高、生产成本低。

Description

一种预防焊接角变形的焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术及焊接设备领域，尤其涉及一种通过焊件背面加热的方式来减少或消除焊接引起的角变形的焊接装置及方法。

背景技术

对于融化式焊接，焊剂后产生的残余变形总是难以避免，这种残余变形严重影响了零件的安装精度及承载能力，在每次的产品设计中都必须考虑焊接变形引起的公差、性能变化，增加了设计成本。目前，可以通过焊后矫正的方法消除焊接变形，例如经常使用的机械矫正法和火焰矫正法,但由于焊接变形有多种变形情况，因此需要对应的矫正工装也多种多样，不同的变形需要开发不同的矫正设备，不仅造成了资源的浪费，还会大大降低工作效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够有效预防焊接角变形、提高工作效率的焊接装置。

本发明的另一目的在于，提供一种通过加热焊件背面从而减少或消除焊接引起的角变形的焊接方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种预防焊接角变形的焊接装置，该焊接装置主要包括焊接平台、导轨、加热装置、控制箱、用于显示加热装置位置的反馈屏、焊接面具、用于控制加热装置位置的控制器和焊钳。所述控制箱分别与加热装置、反馈屏、控制器和焊钳电连接，控制各部件协调工作。所述控制箱通过调节加热器产生高频交变电流，从而对焊件底部进行加热。所述加热装置安装在导轨上，与导轨传动连接，可在导轨上往复移动。所述导轨固定在焊接平台上，位于焊接工位的下方，焊接件安装在焊接平台的焊接工位上。所述反馈屏安装在焊接面具上，根据反馈屏上的信息，工人在焊接时可以很方便地看到加热装置所处的位置，有助于工人判断焊接件背面的加热情况。所述控制器设置为带状，安装在焊钳的手柄上，工人在焊接时可以很方便地调节控制器。

具体的，所述加热装置设置为感应式加热装置，包括直线电机、托架、以及安装在托架上的第一磁条、第二磁条、转轴、加热头、用于控制第一磁条磁场强弱的第一微控制器和控制第二磁条磁场强弱的第二微控制器。所述直线电机安装在轨道上，所述托架与直线电机固定连接，直线电机通过正反转可以带着托架在轨道上来回运动。所述加热头的端面上设有感应线圈，加热头通过转轴与托架活动连接，可绕转轴摆动，加热头摆动、停止、摆动的速度均通过第一磁条和第二磁条磁场的强弱来控制。所述第一磁条设置在转轴的一侧，与第一微控制器连接，所述第二磁条设置在转轴的另一侧，与第二微控制器连接。

第一磁条和第二磁条能够对加热头的底部产生吸力，第一微控制器和第二微控制器通过平衡第一磁条和第二磁条对加热头的吸力来控制加热头的摆动角度。通过控制箱可以控制加热头表面不同位置的感应线圈以不同的功率加热焊件底部，配合加热头的转动，可以在焊件底部形成不同的温度分布，确保焊接件正反两面经历相似的热循环，从而实现减少或消除焊接变形。

作为本发明的优选方案，所述感应线圈的形状设为U形线圈，且分布在加热头表面。这样设计可以将加热头表面细分为多个小热源，可以任意改变产热区域，细化加热范围，从而获得理想的加热控温效果。

作为本发明的优选方案，所述感应线圈设置为四排，分为左右两侧且开口方向相对设置。确保了加热头施加热源时的左右对称性，同时防止边缘区域因感应线圈开口方向朝里而加热量不足。

进一步的，所述控制器上设有用于控制加热装置位置的按钮。通过按钮工人可以方便地控制加热装置的位置以及摇摆角度和频率，有效提高焊接效率。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：

一种所述的预防焊接角变形的焊接装置的焊接方法，该焊接方法主要包括如下步骤：

步骤S1:将焊接件固定在焊接平台上；

步骤S2:调节焊钳上的控制器，使加热装置到达焊接点下方，反馈屏实时显示加热装置的位置信息；

步骤S3:第一微控制器和第二微控制器驱动第一磁条和第二磁条产生相应磁场，使加热头的端面对焊接点背面进行加热；

步骤S4:对焊接点进行焊接。

其中，所述步骤S3还包括：通过控制加热头上的不同位置的感应线圈的通电状态、加热功率及加热头的转动情况来实现焊接点背面形成不同的温度区间，使焊接点正反两面经历相似的热循环。

本发明的工作过程和原理是：焊接变形是由于焊件在焊接时两面热影响区的不均匀冷却导致的残余应力造成的，因此本发明通过设置感应式加热装置对焊件的背面施加与焊接输入相近热源的方式，使焊件的两侧经历相近的焊接热循环过程，进而减小或消除焊接产生的残余变形。另外，本发明还设有用于显示加热装置位置信息的反馈屏和用于设置加热方式、加热位置的控制器，工人可以更清楚地知道加热位置，更方便地控制加热的过程。本发明的结构简单、使用方便、工作效率高、生产成本低。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明采用焊接件背面加热的方法使正反两面经历相似的热循环过程，可以有效减少甚至消除焊接产生的残余变形，操作起来简单、方便。

(2)本发明采用加热装置进行背面加热的方法消除焊接变形，可以实现一边加热一边焊接，而且焊接后无需矫正工作，不但降低了生产成本，还大大提高了工作效率。

(3)本发明通过反馈控制，能够实现对加热区域的精确调控，可以适应不同的焊接工况。

附图说明

图1是本发明所提供的焊接装置的结构示意图。

图2是本发明所提供的加热装置的结构示意图。

图3是本发明所提供的感应线圈的结构示意图。

图4是本发明所提供的不同区域加热线圈工作的示意图。

上述附图中的标号说明：1-焊接平台，2-导轨，3-加热装置，4-控制箱，5-反馈屏，6-焊接面具，7-控制器，8-焊钳，9-直线电机，10-托架，11-第一磁条，12-转轴，13-第二磁条，14-第二微控制器，15-加热头，16-焊件，17-第一微控制器，18-感应线圈，19-工作中的感应线圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明公开了一种预防焊接角变形的焊接装置，该焊接装置主要包括焊接平台1、导轨2、加热装置3、控制箱4、用于显示加热装置3位置的反馈屏5、焊接面具6、用于控制加热装置3位置的控制器7和焊钳8。所述控制箱4分别与加热装置3、反馈屏5、控制器7和焊钳8电连接，控制各部件协调工作。所述控制箱4通过调节加热器产生高频交变电流，从而对焊件16底部进行加热。所述加热装置3安装在导轨2上，与导轨2传动连接，可在导轨2上往复移动。所述导轨2固定在焊接平台1上，位于焊接工位的下方，焊接件安装在焊接平台1的焊接工位上。所述反馈屏5安装在焊接面具6上，根据反馈屏5上的信息，工人在焊接时可以很方便地看到加热装置3所处的位置，有助于工人判断焊接件背面的加热情况。所述控制器7设置为带状，安装在焊钳8的手柄上，工人在焊接时可以很方便地调节控制器7。

具体的，如图1和图2所示，所述加热装置3设置为感应式加热装置3，包括直线电机9、托架10、以及安装在托架10上的第一磁条11、第二磁条13、转轴12、加热头15、用于控制第一磁条11磁场强弱的第一微控制器17和控制第二磁条13磁场强弱的第二微控制器14。所述直线电机9安装在轨道上，所述托架10与直线电机9固定连接，直线电机9通过正反转可以带着托架10在轨道上来回运动。所述加热头15的端面上设有感应线圈18，加热头15通过转轴12与托架10活动连接，可绕转轴12摆动，加热头15摆动、停止、摆动的速度均通过第一磁条11和第二磁条13磁场的强弱来控制。所述第一磁条11设置在转轴12的一侧，与第一微控制器17连接，所述第二磁条13设置在转轴12的另一侧，与第二微控制器14连接。

第一磁条11和第二磁条13能够对加热头15的底部产生吸力，第一微控制器17和第二微控制器14通过平衡第一磁条11和第二磁条13对加热头15的吸力来控制加热头15的摆动角度。通过控制箱4可以控制加热头15表面不同位置的感应线圈18以不同的功率加热焊件16底部，配合加热头15的转动，可以在焊件16底部形成不同的温度分布，确保焊接件正反两面经历相似的热循环，从而实现减少或消除焊接变形。

结合图3和图4所示，作为本发明的优选方案，所述感应线圈18的形状设为U形线圈，且分布在加热头15表面。这样设计可以将加热头15表面细分为多个小热源，可以任意改变产热区域，细化加热范围，如图4中的工作中的感应线圈19和图3中未工作的感应线圈18，从而获得理想的加热控温效果。

作为本发明的优选方案，所述感应线圈18设置为四排，分为左右两侧且开口方向相对设置。确保了加热头15施加热源时的左右对称性，同时防止边缘区域因感应线圈18开口方向朝里而加热量不足。

进一步的，所述控制器7上设有用于控制加热装置3位置的按钮。通过按钮工人可以方便地控制加热装置3的位置以及摇摆角度和频率，有效提高焊接效率。

本发明还公开了一种所述的预防焊接角变形的焊接装置的焊接方法，该焊接方法主要包括如下步骤：

步骤S1:将焊接件固定在焊接平台1上；

步骤S2:调节焊钳8上的控制器7，使加热装置3到达焊接点下方，反馈屏5实时显示加热装置3的位置信息；

步骤S3:第一微控制器17和第二微控制器14驱动第一磁条11和第二磁条13产生相应磁场，使加热头15的端面对焊接点背面进行加热；

步骤S4:对焊接点进行焊接。

其中，所述步骤S3还包括：通过控制加热头15上的不同位置的感应线圈18的通电状态、加热功率及加热头15的转动情况来实现焊接点背面形成不同的温度区间，使焊接点正反两面经历相似的热循环。

本发明的工作过程和原理是：焊接变形是由于焊件16在焊接时两面热影响区的不均匀冷却导致的残余应力造成的，因此本发明通过设置感应式加热装置3对焊件16的背面施加与焊接输入相近热源的方式，使焊件16的两侧经历相近的焊接热循环过程，进而减小或消除焊接产生的残余变形。另外，本发明还设有用于显示加热装置3位置信息的反馈屏5和用于设置加热方式、加热位置的控制器7，工人可以更清楚地知道加热位置，更方便地控制加热的过程。本发明的结构简单、使用方便、工作效率高、生产成本低。

实施例1：

焊接过程的变形主要由于焊接完成后，焊件16两面热影响区的不均匀冷却导致的残余应力造成的。对于x形坡口，采用对称施焊能够减小焊接变形，而对于v形T形等不对称坡口，由于无法采取对称施焊所以导致焊接后产生较大的残余变形。因此，本发明提供一种焊接装置，通过采用在焊接零件的背面，通过感应加热来减小焊接角变形的方式，在焊件16的背面施加与焊接输入相近热源，通过使焊件16的两侧经历相近的焊接热循环过程，进而减小焊接产生的残余变形。

具体的，该焊接装置包括焊接平台1、导轨2、加热装置3、控制箱4、反馈屏5、控制器7。焊接平台1的内部设有导轨2，加热装置3安装在导轨2上并可延导轨2移动，控制箱4连接加热装置3，反馈屏5及控制器7。控制器7为带状，可安装在焊钳8上，操作人员通过控制器7上的按钮可控制加热装置3的位置。反馈屏5安装在焊接面具6上，用于提示加热装置3的位置信息。

所述加热装置3由直线电机9、托架10、第一磁条11、第二磁条13、转轴12、加热头15、微控制器14、感应线圈17组成。直线电机9安装在位于焊接平台1下方的导轨2上，托架10与直线电机9相连，直线电机9可带动托架10延导轨2运动，托架10的中心安装有转轴12，转轴12的左右两侧分别设有第一磁条11和第二磁条13，第一磁条11和第二磁条13的一侧分别设置有微控制器14。加热头15通过转轴12与托架10相连，加热头15可绕转轴12左右摆动，第一磁条11和第二磁条13能够对加热头15的底部产生吸力，微控制器14通过平衡第一磁条11和第二磁条13的对加热头15的吸力来控制加热头15的摆动角度。加热头15的上表面朝向焊接件16的底部，加热头15的上表面分布有多个感应线圈17，控制箱4可以调节感应线圈17内产生高频交变电流，从而加热焊件16底部。通过控制箱4可以控制加热头15表面不同位置的感应线圈17以不同的功率加热焊件16底部，配合加热头15的转动，可以在焊件16底部形成不同的温度分布，确保焊接件16正反两面经历相似的热循环。

实施例2：

带焊接的焊件接头形式为T形接头，底板尺寸1000mmX500mmX8mm，纵板尺寸500Xmm500mmX5mm。为配合焊接角度，通过控制箱设置加热头向有摆动15度(如图1)，焊接方式采用手工电弧焊，第一道焊电流105-120A，电压20-22V，焊接速度75-90mm/min，线能量1.4-2.11KJ/mm,设置加热的感应线圈17如图4所示，电流5-8A，频率20KHz。焊接人员通过控制器配合反馈屏使加热头的移动与焊钳的移动保持同步。焊接完成后角变形约等于零，而未在焊件背面采用加热措施的焊接件的角变形约为2度。

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 (7)

1.一种预防焊接角变形的焊接装置，其特征在于，包括焊接平台、导轨、加热装置、控制箱、用于显示加热装置位置的反馈屏、焊接面具、用于控制加热装置位置的控制器和焊钳；所述控制箱分别与加热装置、反馈屏、控制器和焊钳电连接；所述加热装置安装在导轨上，与导轨传动连接，可在导轨上往复移动；所述导轨固定在焊接平台上，位于焊接工位的下方；所述反馈屏安装在焊接面具上；所述控制器设置为带状，安装在焊钳上。

2.根据权利要求1所述的预防焊接角变形的焊接装置，其特征在于，所述加热装置设置为感应式加热装置，包括直线电机、托架、以及安装在托架上的第一磁条、第二磁条、转轴、加热头、用于控制第一磁条磁场强弱的第一微控制器和控制第二磁条磁场强弱的第二微控制器；所述直线电机安装在轨道上，所述托架与直线电机固定连接；所述加热头的端面上设有感应线圈，加热头通过转轴与托架活动连接，可绕转轴摆动；所述第一磁条设置在转轴的一侧，与第一微控制器连接，所述第二磁条设置在转轴的另一侧，与第二微控制器连接。

3.根据权利要求2所述的预防焊接角变形的焊接装置，其特征在于，所述感应线圈设为U形线圈。

4.根据权利要求3所述的预防焊接角变形的焊接装置，其特征在于，所述感应线圈设置为四排，且开口方向相对设置。

5.根据权利要求1所述的预防焊接角变形的焊接装置，其特征在于，所述控制器上设有用于控制加热装置位置的按钮。

6.根据权利要求1至5任一项所述的预防焊接角变形的焊接装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1:将焊接件固定在焊接平台上；

步骤S2:调节焊钳上的控制器，使加热装置到达焊接点下方，反馈屏实时显示加热装置的位置信息；

步骤S3:第一微控制器和第二微控制器驱动第一磁条和第二磁条产生相应磁场，使加热头的端面对焊接点背面进行加热；

步骤S4:对焊接点进行焊接。

7.根据权利要求6所述的预防焊接角变形的焊接装置的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

控制加热头上的不同位置的感应线圈的通电状态、加热功率及加热头的转动情况来实现焊接点背面形成不同的温度区间，使焊接点正反两面经历相似的热循环。