CN107020438A - 焊丝馈送限制器 - Google Patents

Abstract

一种优选地用于焊接，被覆或者增材制造装置的焊丝输送机构，其带有可与电机连接的滑动离合机构。

Description

焊丝馈送限制器

技术领域

本发明总地涉及送丝器。更具体地来说，本发明涉及在金属加工应用(比如焊接，被覆和增材制造应用)中使用的送丝器。

背景技术

送丝器被使用在各种焊接或被覆应用中以将焊丝馈送到焊接或者被覆点。这些焊丝可被称为填充焊丝、增材焊丝或者自耗焊丝。

热丝焊接/被覆是金属填充焊丝通常通过使电流穿过其中而通常电阻性地加热到软化状态或塑性状态的过程。这减小了被施加所加热的焊丝的工件的基底金属所需的来自另一高功率能量源源的额外热量。有利地，加热焊丝使其去除水分，所以当它进入焊接/被覆熔池时没有气孔，是干净的，并且其质量要远好于冷丝。焊丝通常是在比如激光或者等离子体等高功率能量源的前面或者后面馈送，其中高功率能量源进一步使焊丝材料或者使焊丝材料和工件的金属基底一起熔化以产生焊缝或被覆。在TIG焊中，焊丝被馈送给TIG电弧。

在电弧焊工艺中，比如气体保护金属极电弧焊或者药芯焊丝电弧焊中，焊丝被用来产生焊接。在焊丝与工件基底金属之间所产生的电弧被用来熔融工件的一部分，来形成熔池，熔池在固化后产生焊接。

在这两种情况下，焊丝都被馈送到或者接近熔池。以此方式，当工件相对焊接装置被移动(或者通过移动工件，或者通过移动焊接设备)时，熔池能够被维持来产生连续的焊接或者被覆层。

在热丝焊接中，送丝的启动被非常精确地定序以在所述过程可稳定和处于稳态之前防止起弧或焊丝的过度馈送。通常地，首先，焊丝启动送丝。第二，焊丝接触工件。第三，加热能量(比如，被施加通过具有电阻的焊丝的电流)被应用于焊丝。第四，焊丝在焊接/被覆点(即焊接/被覆熔池)处加热至塑性/半液相。第五，在稳定状态下进行焊丝的馈送和持续的高功率能量加热。

热丝焊接的使用，比如惰性气体钨极焊，变得更加局部化和行业相关化。例如，热丝TIG被广泛地使用在交通和发电行业中。它在造船业以及大型发电厂涡轮轴的改造中大量应用。热丝TIG还用于被覆极大阀体焊缝(例如，石油行业的阀体焊缝)，其中焊机以高性能合金来被覆阀体焊缝的内侧。

此外，送丝器能够被施用在增材制造(有时被称为3D打印)中。在增材制造中，焊丝被熔融来制成三维物体。为此，被熔融的焊丝的接连的层在电脑的控制下被铺设。这些物体几乎能够是任何形状或者几何结构，并且能够从3D模型或者其他电子数据源中被制造。

发明内容

焊丝的过度馈送在许多应用中会成为问题，特别是在焊接和被覆应用中。在一些应用中，如果焊丝馈送被限制在焊接区域附近的话，焊丝能够弯曲和盘绕或者聚成一团并且形成所谓的鸟巢。在电弧焊中，焊丝能够接触焊接点，并且粘住接触焊接接触尖端。这被称为“烧接”。进一步地，焊丝能够融合工件，且焊丝的连续馈送也将致使焊丝聚成一团并形成鸟巢。

图1中，立体图中示出了焊丝已经被过度馈送的送丝器。焊丝100，被由上部轮102和下部轮104组成的一对轮摩擦地接合，以相对于轮被输送。在此图中，焊丝100被从左边输送到右边。焊丝100被馈送至喷嘴或者焊枪106，碰喷或焊枪106只被部分展现。在图1中，焊丝100遇到障碍，在到达枪106之前弯曲，并且形成线圈或鸟巢108。

本发明描述了一个或多个涉及送丝器的扭矩限制器或滑动离合机构的发明。这样的机构用于减少或终止焊丝馈送，以响应于送丝器输送的焊丝遇到超过阈值的阻力。在热丝焊接中，这使得焊丝馈送暂时停止或者变慢，直到焊丝再次变软至不再超过设定的扭矩水平。在热丝焊或者电弧焊中，它能够避免焊丝的卷绕或聚成一团以及形成鸟巢。

如本文所使用的，滑动离合器也意味着扭矩限制器离合器和/或安全离合器，就如同那些术语在机械领域中被理解的。在这样的离合器中，第一可动部件和第二可动部件能够被摩擦接合以用于协作运动。然而，当第一可动部件遇到高于阈值的阻力时，第一可动部件被允许相对于第二可动部件滑动。通常，这种运动是旋转运动。为了前后一致，术语滑动离合器在此被使用。

如本文所使用的，焊丝供应枪意味着任何被用来引导焊丝至应用中的焊枪、被覆枪、增材制造枪，或类似部件。焊丝供应枪除了射出焊丝之外还可射出焊接保护气体。焊丝供应枪被置于执行一个或一系列动作来输送焊丝的送丝机构的下游。

除非被不同地具体指出，否则，术语金属加工装置一般被用来指任何焊接装置、任何被覆装置、任何增材制造装置和任何电弧焊接装置。术语热丝金属加工装置意味着任何使用在应用高能量加热源之前受到加热的焊丝的金属加工装置。

如本文所使用的，高能量加热源意味着激光或焊接电弧(其包含了等离子体)。

在实施例中，本发明给送丝器提供了无论何时焊丝经受了超过阈值阻力的阻力，用来停止、延缓或限制焊丝馈送的滑动离合器。

在实施例中，滑动离合器阈值可在离散增量中选择。

在实施例中，滑动离合器阈值可在连续区间中选择。

在实施例中，送丝器是金属加工装置的一部分。

在实施例中，送丝器是焊接装置的一部分。

在实施例中，送丝器是被覆装置的一部分。

在实施例中，滑动离合器是推动式摩擦离合器，其中第一可动部件是旋转盘，并且第二可动部件包含安装在旋转构件上的摩擦构件。

在实施例中，旋转盘相对于旋转轴被固定，并且旋转构件相对于旋转轴自由旋转。

在实施例中，第二可动部件包括齿轮。

在实施例中，送丝器包括一个或多个轮，所述轮摩擦地接合焊丝使焊丝被输送。每个这样的轮包括与第二可动部件的齿轮啮合的齿轮。

在实施例中，第二可动部件被安装在旋转轴上，并且通过可调节弹簧机构固定在轴上。

在实施例中，可调节弹簧机构包括被拧在轴的一端上的螺母以及在螺母和旋转构件之间的螺旋弹簧。

在实施例中，可调节弹簧机构包括在弹簧与旋转构件之间的轴承。

在实施例中，第二可动部件包括摩擦垫盘和齿轮，摩擦垫被固定于摩擦垫盘，而摩擦垫盘被固定于齿轮。

在实施例中，第一可动部件包括安装并且键入旋转轴上的驱动盘和固定于该驱动盘的滑动面盘。

在实施例中，送丝器包括被布置成两对轮的四个轮，其中每个轮摩擦接合焊丝，以相对于轮来输送焊丝，其中焊丝被夹紧在每对轮的轮之间，每个轮具有与第二可动部件的齿轮相啮合的齿轮。

在实施例中，金属加工装置包括前述滑动离合器之一。

在实施例中，金属加工装置包括具有前述滑动离合器之一的前述送丝器的其中之一。

这些与其他特征与方面结合附图在下文中被更详细地描述。

附图说明

图1以立体图示出一种送丝器，其中过多的焊丝被送丝器所馈送。

图2大体示出了一种热丝焊接或者被覆装置。

图3以侧视图示出一种在焊接或者被覆装置中使用的送丝器。

图4以分解图示出一种能够被使用在送丝器上的推动式滑动离合机构。

具体实施方式

结合附图中示出的实施例，本发明于此被详细地描述，附图中示出的实施例作为本发明的一部分。在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，其他实施例可被使用和/或其他改变可被实施。被详细描述的说明性实施例不意味着限制了于此被提出的主题。

现将参考在附图中示出的示范性实施例，并且具体的语言将被用于此来描述这些实施例。但是，需要被理解的是没有因此打算限制本发明的范围。所属领域的技术人员以及拥有本发明的人可能想到的对于此被说明的本发明特征的更改和进一步修改，将被考虑在本发明的范围中。

图2示出了一种热丝激光焊接/被覆装置/工艺，本发明的一种或者多种都能够在该工艺/装置中被使用。如图所示，金属工件10和焊丝供应枪或者焊炬12被放置成它们之间能相对移动。工件10代表任何适合工件的基底金属。焊丝供应枪12相对于工件10的移动方向由箭头14所标示。

要注意的是，相对移动的方向不是必须是直线。工件10可围绕水平轴旋转，比如围绕柱轴的管状旋转，或者它可能围绕竖直轴旋转，比如围绕安装在水平面上的轮。工件也可三维地被移动，正如使用多轴机器人焊接一样。

在工艺稳定状态下，焊丝16从焊丝供应枪12被向熔潭或者熔池18供应。同时，熔池受高能量源加热，在本例中，该高能量源是聚焦激光束20，该聚焦激光束20进一步熔融焊丝16，并且如果是焊接工艺，还熔融一部分的金属工件10(也就是说，基底金属)以形成熔池18。

因为工件10相对于焊丝供应枪12和高能量源20正在移动，由熔融的焊丝以及如果是焊接工艺则还有熔融工件金属所组成的熔融金属在离开高能量源20的影响区域时冷却并固化而形成被覆层、附加层，或者如果是焊接工艺，形成焊缝，22。

在该示例性的工艺中，保护气24也通过焊丝供应枪12被提供。

图3以侧视图示出了送丝机构，该送丝机构适于馈送焊丝16通过焊丝供应枪12。在外壳30中，安装有上部轮32a和32b和下部轮34a和34b。这些轮是以轮32a和34a形成一对以及轮32b和34b形成另外一对被组成对的。每对轮摩擦地接合焊丝16以在上部轮和下部轮之间输送焊丝16。在该图中，焊丝16以从右向左的方向被输送。

如图所示，这些轮被分别安装有齿轮36a，36b，38a和38b。以已知的方式，齿轮36a与38a相互啮合以至于对轮34a的驱动也驱动了轮32a。同样的，以已知的方式，齿轮36b与38b相互啮合以至于对轮34b的驱动也驱动了轮32b。

被置于轮32b与34b之间的是驱动齿轮40，其以已知的方式与齿轮36b和38b相互啮合。

图4以分解图示出了包括齿轮40的滑动离合机构42。如图所示，滑动离合器42包括由电机驱动的旋转轴44。被固定在旋转轴44上的是第一可动部件46，第一可动部件46包括驱动盘48，驱动盘48包括键槽49，键槽49容纳在轴44上的键44a，从而驱动盘48随着轴44旋转。

滑动面盘或压板50被紧靠驱动盘48放置从而能够和驱动盘48一起旋转，压板50能和驱动盘48一起旋转归因于其与驱动盘48上的凸起的轮廓紧密配合的内周轮廓。盘50和48相互啮合的方式的细节，就算是有，也不重要，只要面向在下面描述的第二可动部件52的适当的或者充足的滑动或者压力面被提供。

其组成部分如下所述的第二可动部件52也被接收在旋转轴42上。然而，第二可动部件52没有被固定在轴42上，并且相对于轴42是自由旋转的。

第二可动部件52包括齿轮40。被固定到齿轮40的是离合器垫部件54，离合器垫部件54包括被分别安装在支架58a-58c上的三个摩擦材料刹车箍或者制动垫56a-56c。离合器垫部件54用三个螺栓60被固定到齿轮40。离合器制动箍/制动垫56a-56c面向滑动面盘50的滑动/压力面。

齿轮40被接收在轴44一端上，但是不包括任何锁紧装置，以至于齿轮40能够相对于轴44自由地旋转。齿轮40用螺母62被保持在轴44上。在螺母62与齿轮40之间的是压力弹簧64和轴承66。通过调节螺母62，可以调节刹车箍/制动垫56a-56c施加在滑动面上的的压力。正如可被理解的，在较小的压力下，刹车箍/制动垫56a-56c在滑动/压力面上将经受较小的摩擦力，因此能够相对于滑动面滑动。转而，齿轮40将相对于轴44的旋转而滑动。

相反地，螺栓60的适当的拧紧将导致弹簧64对轴承66和齿轮40施加更大的压力，以至于刹车箍/制动垫56a-56c转而向滑动/压力面施加更大的压力。因此，制动垫56a-56c将经受更大的摩擦力，并且造成制动垫56a-56c相对于滑动/压力面更少的滑动，因而将造成齿轮40与轴44的旋转更加一致地旋转。

前面提到的滑动离合机构使用了被称为轴向压板机构或者推动式机构的机构。可选地，径向压板机构或者离心式离合机构可以被使用，在径向压板机构或者离心式离合机构中，摩擦垫被置于驱动旋转部件上的飞轮机构中，所以随着旋转和离心力的增大，这些摩擦垫施加了增大的径向力。这些类型的离合器是众所周知的并且有许多设计。此外，正如那些该领域的普通技术人员所理解的那样，滑动/压力面是在被驱动的旋转部件上的圆柱面，摩擦垫在被驱动的旋转部件内旋转。这些摩擦垫的压力将通过阻碍或者促进这些摩擦垫由于轴的旋转而径向延伸的能力的已知调节机构来调节。其他离合器使用径向弹簧压力来达到相同效果。

不管滑动离合机构的类型，为使摩擦垫不滑动所需的压力或者阻力，除了别的以外，与焊丝的尺寸与制成焊丝的材料有关。易损坏的较细的焊丝需要较小的压力来输送它经过送丝组件。类似的，较软的金属需要更加精细的处理，因此需要更小的压力将其输送经过送丝组件。

可被理解的是，上述由螺母62与弹簧64提供的轴向压力调节机构是连续可变的调节机构的形式，因为螺母事实上能够被拧紧或者拧松，如果事实上不是这样，那么可以被拧到沿完全脱离至完全拧紧之间的连续区间上的任何位置。然而，其他可以被使用的机构包括增量调节机构，在该增量调节机构中紧固单元包括离散的位置。一个例子是具有止动装置的弹簧加压的螺母。

在一种为了确定焊丝合适的阻力阈值从而确定压力施加机构的压力的方法中，随着初始启动，焊丝在驱动齿轮40的控制下在冷却状态下通过送丝机构被馈送。然而，压力被调节至离合器勉强不能滑动，以至于馈送非常慢。接着，压力被调节至增长的水平直到达到所想要的馈送速度。这时，焊丝遇到的任何进一步的阻力致使焊丝抵抗通过轮32a，32b，34a和34b进行的馈送，以及转而，使得齿轮40相对于轴44滑动。

能够被理解的是，如上所述的结构能够通过离合机构的机械滑动来使焊丝短暂停止。但是，馈送轮维持着在焊丝与工件之间的压力，但是直至焊丝足够软以至于塑性变形、融化和流动时将才会移动焊丝

可以使用测力计或者一些其他适合的设备来测量这阻力，以至于压力设定能够仅仅根据测量值而被重复。

在典型的热丝焊接装置中，焊丝的负载在稳定状态下大约是20-30磅的压力。因此，滑动离合机构的阈值设定通常将在这范围之内。

同时，焊丝的馈送速率在稳定状态下通常大约为400英寸每分钟(ipm)。在启动的过程中，馈送可能缓慢，比如50ipm。馈送速度到达700ipm也是可以预期的。

此外，通常需要1.0至1.5秒来到达稳定状态。第一个0.75秒左右的时间被用来将焊丝加热至半液相。

除了图3中上述四个被驱动轮装置以外，如图1中两个从动轮装置可以同样地适应合适的离合机构。其他数量和布置的的从动轮也能够与类似的离合机构一起使用。

公开的实施例的上述描述被提进给任何该领域的技术人员，使其能够使用或者利用本发明。对这些实施例的多种修改将容易出现在该领域的技术人员，并且在此被定义的一般原理可能被应用于其他实施例，在不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明不应被限于这里所述的实施例，而是与接下来的权利要求和在此公开的工作原理和创新特征的最广泛的范围相一致。

Claims (39)

1.一种焊丝输送机构，包括可与电机相连接的滑动离合机构。

2.根据权利要求1所述的焊丝输送机构，其中所述滑动离合机构具有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在离散增量中选择阈值阻力。

3.根据权利要求1所述的焊丝输送机构，其中所述滑动离合机构具有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在连续区间中选择阈值阻力。

4.根据权利要求1所述的焊丝输送机构，其中所述滑动离合机构是具有第一可动部件和第二可动部件以及轴的推动式摩擦离合器，所述第一可动部件包括被接收在所述轴上的旋转盘，以及所述第二可动部件包括安装在旋转构件上的摩擦构件，所述旋转构件同样被接收在所述轴上。

5.根据权利要求4所述的焊丝输送机构，其中所述旋转盘相对于所述轴被固定，所述旋转构件相对于所述轴自由旋转。

6.根据权利要求5所述的焊丝输送机构，其中所述第二可动部件包括齿轮。

7.根据权利要求6所述的焊丝输送机构，进一步包括一个或者更多个轮，所述轮摩擦地与焊丝接合，使得焊丝被输送，每个这样的所述轮包括与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

8.根据权利要求5所述的焊丝输送机构，其中所述阈值阻力选择机构包括弹簧，所述弹簧对所述第二可动部件的所述旋转盘施加压力。

9.根据权利要求5所述的焊丝输送机构，其中所述阈值阻力选择机构包括螺母和螺旋弹簧，所述螺母被拧在所述轴的一端上，所述螺旋弹簧在所述螺母与所述第二可动部件之间。

10.根据权利要求4所述的焊丝输送机构，所述第二可动部件包括摩擦垫盘及齿轮，摩擦垫被固定在所述摩擦垫盘上，所述摩擦垫盘被固定在所述齿轮上。

11.根据权利要求7所述的焊丝输送机构，包括被布置成两对轮的四个所述轮，其中每个所述轮摩擦地接合焊丝，从而相对于所述轮来输送焊丝，焊丝被夹紧在每对轮的所述轮之间，每个所述轮具有与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

12.金属加工装置，包括：

焊丝供应枪；以及

送丝器，所述送丝器位于向所述焊丝供应枪馈送焊丝的位置，

其中，

所述送丝器包括滑动离合机构。

13.根据权利要求12所述的金属加工装置，其中所述滑动离合机构具有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在离散增量中选择阈值阻力。

14.根据权利要求12所述的金属加工装置，其中所述滑动离合机构具有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在连续区间中选择阈值阻力。

15.根据权利要求12所述的金属加工装置，其中所述滑动离合机构是具有第一可动部件和第二可动部件以及轴的推动式摩擦离合器，其中所述第一可动部件包括被接收在所述轴上的旋转盘，以及所述第二可动部件包括安装在旋转构件上的摩擦构件，所述旋转构件同样被接收在所述轴上。

16.根据权利要求15所述的金属加工装置，其中所述旋转盘相对于所述轴被固定，所述旋转构件相对于所述轴自由旋转。

17.根据权利要求16所述的金属加工装置，其中所述第二可动部件包括齿轮。

18.根据权利要求17所述的金属加工装置，进一步包括一个或者更多个轮，所述轮摩擦地与焊丝接合，使得焊丝被输送，每个这样的所述轮包括与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

19.根据权利要求14所述的金属加工装置，其中所述阈值阻力选择机构包括弹簧，所述弹簧对所述第二可动部件的所述旋转盘施加压力。

20.根据权利要求14所述的金属加工装置，其中所述阈值阻力选择机构包括螺母和螺旋弹簧，所述螺母被拧在所述轴的一端上，所述螺旋弹簧在所述螺母与所述第二可动部件之间。

21.根据权利要求15所述的金属加工装置，所述第二可动部件包括摩擦垫盘和齿轮，摩擦垫被固定在所述摩擦垫盘上，所述摩擦垫盘被固定在所述齿轮上。

22.根据权利要求18所述的金属加工装置，包括被布置成两对轮的四个所述轮，其中每个所述轮摩擦地接合焊丝，以相对于所述轮来输送焊丝，焊丝被夹紧在每对轮的所述轮之间，每个所述轮具有与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

23.一种装置，包括：

焊丝供应枪；

送丝器，所述送丝器位于向所述焊丝供应枪馈送焊丝的位置，送丝器包括滑动离合器，当焊丝遇到超过阈值的阻力时，所述滑动离合器阻止焊丝的馈送。

24.根据权利要求23所述的装置，其中所述滑动离合器包括阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，阈值阻力可以被选择。

25.根据权利要求23所述的装置，进一步包括熔融从所述焊丝供应枪出来的焊丝的高能量源。

26.根据权利要求25所述的装置，进一步包括在焊丝被所述高能量源熔融前预热焊丝的能量源。

27.根据权利要求23所述的装置，其中所述滑动离合器具有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在离散增量中选择阈值阻力。

28.根据权利要求23所述的装置，其中所述滑动离合机构有阈值阻力选择机构，通过所述阈值阻力选择机构，可以在连续区间中选择阈值阻力。

29.根据权利要求23所述的装置，其中所述滑动离合机构是有第一可动部件和第二可动部件以及轴的推动式摩擦离合器，其中所述第一可动部件包括被接收在在所述轴上的旋转盘，以及所述第二可动部件包括安装在旋转构件的摩擦构件，所述旋转构件同样被接收在所述轴上。

30.根据权利要求29所述的装置，其中所述旋转盘相对于所述轴被固定，所述旋转构件相对于所述轴自由旋转。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述第二可动部件包括齿轮。

32.根据权利要求30所述的装置，进一步包括一个或者更多个轮，所述轮摩擦地与焊丝接合，使得焊丝被输送，每个这样的所述轮包括与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

33.根据权利要求29所述的装置，其中所述阈值阻力选择机构包括弹簧，所述弹簧对所述第二可动部件的所述旋转盘施加压力。

34.根据权利要求29所述的装置，其中所述阈值阻力选择机构包括螺母和螺旋弹簧，所述螺母被拧在所述轴的一端上，所述螺旋弹簧在所述螺母与所述第二可动部件之间。

35.根据权利要求29所述的装置，所述第二可动部件包括摩擦垫盘和齿轮，摩擦垫被固定在所述摩擦垫盘上，所述摩擦垫盘被固定在所述齿轮上。

36.根据权利要求29所述的装置，所述滑动离合器包括被布置成两对轮的四个所述轮，其中每个所述轮摩擦地接合焊丝，以相对于所述轮来输送焊丝，焊丝被夹紧在每对轮的所述轮之间，每个所述轮具有与所述第二可动部件的所述齿轮相啮合的齿轮。

37.一种焊丝输送机构，包括权利要求1至11中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。

38.金属加工装置，包括权利要求12至22中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。

39.一种装置，包括权利要求23至36中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。