CN107206521A - 用于在电极与焊接区之间保持恒定距离的情况下执行smaw或mig焊接的焊接工具 - Google Patents

用于在电极与焊接区之间保持恒定距离的情况下执行smaw或mig焊接的焊接工具 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种焊接工具(2)，所述焊接工具包括：由焊工握持的主体(20)；附接到所述主体(20)的手柄(21)；附接到所述主体(20)的电极(3)；调整装置(4)，用于相对于所述主体(20)向前/向后移动所述可消耗的电极(3)；控制单元(6)，所述控制单元连接到所述调整装置(4)并且配置成作用于所述调整装置(4)以维持所述电极(3)与焊接区域之间的大体恒定的距离。

Description

用于在电极与焊接区之间保持恒定距离的情况下执行SMAW或 MIG焊接的焊接工具
本发明的主题涉及一种焊接工具和电弧焊接套件，即，用于执行手工电弧焊接操作的一组工具。
背景技术
已知的电弧焊接套件包括焊接面罩和焊接工具。所述焊接工具包括电极。在焊接操作中，电极与焊接区域中会产生电弧。
在第一种类型和第二种类型的电弧焊接即SMAW(自动保护金属极电弧焊)和MIG(金属惰性气体)中，电极本身会由于电弧所产生的热量而熔化，从而成为焊接中的填充材料。
在第三种类型的电弧焊接即TIG(钨极隋性气体)中，电极是固态的，并且单独提供填充材料。
具体来说，所述套件包括一组传感器，所述传感器可检测焊接工艺的主要操作参数，即，电压(V)、电流(A)、焊接速度(W)及其组合，以计算热输入。所述焊接面罩可配备显示装置，以便可以向焊工显示这些参数，从而为所述焊工提供实时更正焊接的可能性。此焊接面罩的实例如US 6242711 B1文件中所示。
已知焊接套件的缺点在于，只能向焊工提供焊接参数。但是，这无法保证焊工能够调整并且纠正目前正在不当执行的焊接。换言之，焊接操作本身仍然严重依赖于焊工的操作技能。这对于焊接电压而言尤其如此，因为焊接电压主要取决于电极与焊接区域之间的距离，因此取决于电极与工件之间的距离。
发明内容
因此，本发明的第一实施例涉及一种焊接工具。所述焊接工具包括主体。手柄附接到所述主体，并且配置成由焊工握持。还提供了电极，并且确切地说，所述电极插入所述主体中。调整装置与所述电极关联，以将其相对于所述主体向前/向后移动。控制装置连接到所述调整装置。所述控制装置配置成作用于所述调整装置，以维持所述电极与焊接区域之间的大体恒定距离。所述电极是可消耗的，用于执行SMAW或MIG焊接。
有利的是，所述焊接工具能够补偿所述电极与所述焊接区域之间的距离的改变。因此，即便焊工在一定程度上技能有所欠缺，所述焊接仍然能够适当地执行，如测试所示。此外，所述系统能够补偿由于手部的生理性颤抖而引起的微小距离变化，补偿效果甚至优于熟练的焊工，因而能够改进焊接的整体质量。
或者，所述电极是不可消耗的，从而使焊工能够执行TIG焊接。换言之，在这种情况下，所述焊接工具是TIG焊枪。
本发明的第二实施例涉及一种电弧焊接套件，所述电弧焊接套件包括焊接工具。所述套件还包括焊接面罩。焊接速度传感器附接在所述焊接面罩上。所述焊接速度传感器配置成检测焊接速度，并且发射表示焊接速度值的焊接速度信号。所述控制单元包括处理模块，所述处理模块配置成计算所述焊接速度与焊接速度的目标速度值之间的速度差。所述处理模块还配置成发射表示所述速度差的结果的速度差信号。所述焊接面罩包括目视装置，所述目视装置配置成采集所述速度差信号，并且向焊工显示所述速度差的表示以及附带性热输入差的表示。
有利的是，通过这种方式，焊工还可获得关于焊接速度的反馈，除了恒定电流和稳定电压之外，所述焊接速度反馈还可以在遵守目标热输入的同时极大地提高焊接的整体质量。
附图说明
本发明的进一步详情和具体实施例将参考附图，其中：
-图1是根据本发明的一个实施例的电弧焊接套件的示意图；
-图2是根据本发明的一个实施例的焊接工具的侧视截面图；
-图3是图2中的焊接工具的正视截面图；
-图4是根据本发明的进一步实施例的焊接工具的侧视截面图；
-图5是图1中套件的部件的侧视截面图；
-图6是图5中的部件的俯视截面图；
-图6a是图6中的细节的放大图；
-图7是图5和图6中的部件的正视截面图；
-图8是图1中套件的进一步部件的正视图；以及
-图9是图1中套件的工作示意图。
具体实施方式
下文将参考附图对示例性实施例进行说明。不同附图中的相同参考数字是指相同或类似的元件。以下详细说明并非限制本发明。相反，本发明的范围由附属权利要求书限定。
整个说明书中“一个实施例”或“实施例”的应用表示结合该实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书全文中不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定是指相同的实施例。另外，具体特征、结构或者特性能以任何合适方式组合在一个或多个实施例中。
参考附图，数字1表示根据本发明一个实施例的电弧焊接套件。
焊接套件1包括焊接工具2，所述焊接工具配置成由焊工握持。
焊接工具2包括电极3。在用于执行SMAW(自动保护金属极电弧焊)和MIG(金属惰性气体)的第实施例中，如图2和图3中所示，电极3是可消耗的。换言之，在本实施例中，电极3成为焊接的填充材料。或者，如图4中所示，电极3是不可消耗的，因此用于执行TIG(钨极隋性气体)焊接。
更详细地说，焊接工具2包括主体20，所述主体配置成支撑电极3。主体20优选地是轴对称的，并且主要沿纵轴“A”延伸。焊工的手柄21支撑主体20。
主体20具有底座20a，电极3安装在所述底座中。如图2和图4中所示，焊接工具2设有轴承22，所述轴承附接到主体并且位于底座20附近，以便它们能够支撑电极3并且允许其向前和向后移动。换言之，电极3可以通过在轴承22上滑动而在底座20a内向前和向后移动。
此外，焊接工具2包括与电极3关联的调整装置4，以便相对于主体20向前/向后移动电极。调整装置4包括轮23，所述轮具有中心轴“C”，所述中心轴相对于电极3的纵轴“A”横向并且优选地垂直设置，所述纵轴“A”平行于主体20的轴。事实上，主体20设有端口25，轮24插入所述端口中。
在操作中，轮23的边缘与电极3接触，以便电极3能够通过轮23沿中心轴“C”的旋转来沿纵轴“A”移动。调整装置4还包括电动机24。所述电动机24优选地是电力电动机，更优选地是电磁电动机，并且安装在轮23上，以便驱动轮23，并且通过它来驱动电极3。
当电极3是可消耗的时，调整装置4配置成补偿由于电极的消耗以及焊工手部的生理性颤抖而导致的电极3与焊接区域之间的距离变化。
此双常数调整能够使电极3与焊接区域之间维持大体恒定的距离，从而实现有利的电弧焊接条件并且因此改进焊接质量。
特别参考图2中的SMAW或MIG焊接工具2，请注意，在使用期间，由于电极3在焊接期间被消耗，因此轮23会随时间的推移而前移。因此，电动机24的旋转速度提供电极的整体向前移动，并且改变旋转速度以调整电极3尖端的距离，如本说明书中的下文中所述。
或者，在图4的TIG焊接工具2中，电极3在焊接期间不消耗。因此，轮23移动仅调整电极3的距离。
此外，在图4中的实施例中，存在惰性气体源(图纸中未图示)，以避免电极3的尖端和焊接区域受大气氧气的影响。所述惰性气体源本身是所属领域中的技术人员已知的，因此不再详细描述。
套件1包括电压传感器5，所述电压传感器配置成检测电极3与焊接区域之间的焊接电压“Vw”，所述焊接电压是电极中面对工件的一端与工件的焊接区域之间的距离的函数。电压传感器5还配置成发射电压信号“Vs”，所述电压信号表示焊接电压“Vw”的值。所述电压传感器5可以是所属领域中的技术人员已知的任何类型的传感器，因此不再详细描述。
套件1还包括控制单元6。在本说明书中的下文部分中，通过将控制单元6分成多个模块来对其进行描述。所述细分仅用于便于说明，不得以任何方式视作反映控制单元6本身的物理结构。相反，每个模块可以实施为适当硬件支架上的电子电路，实施为软件例程、子例程或库，或实施为两者。每个模块可以驻留在本地单元上，或者可以分布在网络上。此外，所述模块可以通过适当的有线或无线协议彼此通信。
控制单元6包括数据采集模块7，所述数据采集模块配置成采集上述电压信号“Vw”。
控制单元6还包括存储模块16，所述存储模块配置成存储目标电压值“Vt”。
控制单元6还包括输入模块17，所述输入模块配置成在所述存储模块16中设置所述目标电压值“Vt”。在本发明的特定实施例中，输入模块17可以是QR代码读出器。通过这种方式，电压“Vt”以及与焊接工艺相关的其他任何参数可以通过输入模块17在适当编码的QR代码上读取。
控制单元6还包括处理模块8，所述处理模块配置成输出至少所述电压信号“Vs”的驱动信号“Sa”函数。此外，处理模块8配置成检索目标电压值“Vt”并且将其与焊接电压值“Vw”进行比较。因此，所述驱动信号“Sa”是至少部分与所述比较结果成正比。更详细地说，处理模块8可以使用PID(比例、积分和导数)逻辑进行编程。因此，所述驱动信号“Sa”可以是与“Vw”与“Vt”之差成正比的部分、与所述差的导数成比例的部分以及与所述差的积分成比例的部分的总和。可以使用任何可能的组合，具体取决于所选的控制策略。处理模块8还可以配置成提供表示“Vw”与“Vt”之差的结果的电压差信号“Dv”。
控制单元6还包括连接到调整装置4的驱动模块14。驱动模块14配置成根据驱动信号“Sa”的指示操作调整装置4。确切地说，驱动模块14操作电动机24，所述电动机使轮23旋转。可任选地，所述焊接套件还包括焊接面罩9。所述焊接面罩9配置成作为标准安全面罩由焊工在焊接工艺期间穿戴。确切地说，焊接面罩9包括深色窗口10，焊工可从所述窗口观察焊接过程，而不至强光致盲。
此外，焊接面罩9设有焊接速度传感器11。焊接速度传感器11配置成检测焊接速度“Wa”，并且发射表示焊接速度值“Wa”的焊接速度信号“Ws”。
根据本发明的优选实施例，焊接速度传感器11包括第一光学传感器12a。所述第一光学传感器12a特别布置成使其在焊接操作中面对焊接区域。如图8中所示，第一光学传感器优选地置于焊接面罩9的外表面上，优选地在深色窗口10之上。焊接速度传感器11优选地还包括参考系传感器12b。所述参考系传感器12b可以是能够检测固定参考系内的运动的任何类型的传感器。例如，参考系传感器12b可以是位于焊接面罩9的任何点上的惯性传感器。
更详细地说，在图8中所示的实施例中，参考系传感器12b是第二光学传感器。因此，参考系传感器12b优选地布置成面对环境中的固定参考场景，例如，焊接区域的工件部分，并且优选地置于第一光学传感器12a的旁边。在本发明的优选实施例中，传感器12a、12b是成像相机。
更详细地说，第一光学传感器12a配置成检测焊接工具相对于其本身的速度。此外，参考系传感器12b配置成检测上述固定参考场景的速度。根据第一实施例，焊接速度传感器11还包括速度计算模块13，所述速度计算模块配置成根据第二传感器12b与第一光学传感器12a所检测的速度之间的差值计算焊接速度“Wa”。或者，第一光学传感器12a和参考系传感器12b均将对应的速度传输到控制单元6，确切地说，传输到数据采集模块14。
处理模块8还配置成计算焊接速度“Wa”与目标速度“Wt”值之间的速度差，所述处理单元配置成发射表示所述速度差结果的速度差信号“Dw”。
可任选地，焊接面罩9包括目视装置15。所述目视装置15布置成便于焊工在焊接过程中轻松地查看。如图1和图8所示，目视装置15优选地设置在焊接面罩9内，优选地设置在深色窗口10的一侧上。
更详细地说，目视装置15配置成采集上述速度差信号“Dw”，从而向焊工显示速度差的表示。类似地，目视装置15可以配置成采集上述电压差信号“Dv”，从而向焊工显示电压差的表示。
优选地，目视装置15可以配置成分别显示焊接过程的操作参数，例如电极与焊接区域之间的电压(V)、电流(A)、焊接速度(W)，或者其组合。如图8中所示，目视装置包括多个LED 26。这些LED优选地布置成十字形，并且配置成以照明方式指示焊工是否应加快或减慢速度，或者是否应当靠近或远离焊接区域。
特别参见图5和图6，套件1还可以包括用于焊条“R”的操纵设备18。操纵设备18包括进料装置19，所述进料装置配置成在焊接期间推进所述焊条“R”。
更详细地说，操纵设备18包括主体27，所述主体配置成支撑焊条“R”。主体27优选地是轴对称的，并且主要沿纵轴“B”延伸。焊工的手柄28附接到主体27。优选地，手柄28围绕操纵设备18的主体27。
主体27具有中央底座27a，焊条“R”设置在所述中央底座中。如图5中所示，操纵设备18设有轴承29，所述轴承附接到主体27并且位于底座27a附近，以便支撑焊条“R”并且允许其向前和向后移动。换言之，焊条“R”可以通过在轴承29上滑动而在底座27a内向前/向后移动。
进料装置19包括轮30，所述轮具有中心轴“D”，所述中心轴相对于主体27的纵轴“B”横向并且优选地垂直设置。
在操作中，轮30的边缘与焊条“R”接触，以便其能够通过轮30沿中心轴“D”的旋转来沿纵轴“B”移动。进料装置19还包括电动机31。所述电动机31优选地是电力电动机，更有选地，是线性电磁电动机，并且安装在轮30上，以便驱动焊条“R”。
在附图中未示出的一个替代实施例中，进料装置19包括用于焊条“R”而不是轮30和电动机31的电磁驱动装置。
如果使用操纵设备18，则处理模块8可以配置成向驱动模块14发射进料速度信号“Sv”。进料速度信号“Sv”优选地与进料速度值“Fv”成比例。因此，驱动模块14配置成根据进料速度信号“Sv”的指示操作操纵设备18的进料装置19。
此外，如图6a中所示，操纵设备18包括与处理模块8关联的控制接口32。控制接口32配置成向处理模块8发射命令信号“Cv”，以便焊工能够提高或减小进料速度信号“Sa”。
更详细地说，控制接口32包括设置在手柄28上的按钮33。确切地说，按钮33使所述焊工能够持续调整进料速度；但是，按钮33设计成以预定时间间隔提供“单击”形式的触觉反馈，以便焊工能够知晓正在手动提高或降低的进料速度量的特定精度。

Claims (12)

1.一种焊接工具(2)，包括：主体(20)；手柄(21)，所述手柄附接到所述主体(20)并且配置成由焊工握持；电极(3)；调整装置(4)，所述调整装置附接到所述主体(20)并且与所述电极(3)关联，以相对于所述主体(20)向前/向后移动所述电极(3)；控制单元(6)，所述控制单元连接到所述调整装置(4)并且配置成作用于所述调整装置(4)以维持所述电极(3)与焊接区域之间的大体恒定的距离；其中所述电极(3)是可消耗的，用于执行SMAW或MIG焊接。
2.根据上一权利要求所述的焊接工具(2)，还包括电压传感器(5)，所述电压传感器配置成检测所述电极(3)与所述焊接区域之间的焊接电压(Vw)，并且发射表示所述焊接电压的值(Vw)的电压信号(Vs)，所述电压传感器(5)连接到所述控制单元(6)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的焊接工具(2)，其中所述控制单元(6)包括：数据采集模块(7)，所述数据采集模块配置成采集所述电压信号(Vw)；处理模块(8)，所述处理模块配置成输出至少所述电压信号(Vs)的驱动信号(Sa)函数；驱动模块(14)，所述驱动模块连接到所述调整装置(4)，并且配置成根据所述驱动信号(Sa)的指示操作所述调整装置(4)。
4.根据任一前述权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述控制单元(6)还包括存储模块(16)，所述存储模块配置成保存目标电压值(Vt)，所述处理模块(8)配置成检索所述目标电压值(Vt)并且将其与所述焊接电压值(Vw)进行比较，所述驱动信号(Sa)至少部分与所述比较的结果成正比。
5.根据任一前述权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述控制单元(6)还包括输入模块(17)，所述输入模块配置成在所述存储模块(16)中设置所述目标电压值(Vt)。
6.根据任一前述权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述输入模块(17)是QR代码阅读器，用于从QR代码读取所述目标电压值(Vt)。
7.根据任一前述权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述调整装置4包括轮(23)，所述轮具有中心轴(C)，所述中心轴相对于所述电极(3)的纵轴(A)横向并且优选地垂直设置，所述轮(23)的边缘与所述电极(3)接触，以相对于所述主体(20)向前/向后移动所述电极(3)。
8.根据上一权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述调整装置(4)包括电动机(24)，优选地电力电动机，所述电动机(24)连接到所述轮(23)，用于驱动所述轮(23)。
9.根据上一权利要求所述的焊接工具(2)，其中所述电动机(24)是线性电磁电动机。
10.一种电弧焊接套件(1)，包括：根据前述权利要求中的任一权利要求所述的焊接工具(2)；焊接面罩(9)；目视装置(15)，所述目视装置附接到所述焊接面罩，并且布置成分别显示至少选自以下群组的焊接操作的性能的表示：所述电极与所述焊接区域之间的焊接速度(W)、电压(V)、电流(A)。
11.根据上一权利要求所述的电弧焊接套件(1)，其中所述焊接面罩(9)进一步包括：附接在所述焊接面罩(9)上的焊接速度传感器(11)，所述焊接速度传感器(11)配置成检测焊接速度(Wa)并且发射表示所述焊接速度(Wa)的值的焊接速度信号(Ws)，所述处理模块(8)配置成计算所述焊接速度(Wa)与所述焊接速度的目标速度(Wt)值之间的速度差，所述处理模块(8)配置成发射表示所述速度差的结果的速度差信号(Dw)；目视装置(15)，所述目视装置配置成采集所述速度差信号(Dw)并且向焊工显示所述速度差的表示以及附带性热输入差的表示。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的电弧焊接套件(1)，其中所述处理模块(8)配置成计算所述焊接电压(Vw)与所述目标电压(Vt)之间的电压差，所述处理模块(8)配置成发射表示所述电压差的结果的电压差信号(Dv)；所述目视装置(15)配置成采集所述电压差信号(Dv)，并且向焊工显示所述电压差的表示。
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