CN108746937B - 一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙mag/mig焊两侧壁熔合控制装置 - Google Patents

一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙mag/mig焊两侧壁熔合控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，包括超窄间隙MAG/MIG焊枪、扇摆支点机构、扇摆驱动机构、拨枪装置和焊枪外座；超窄间隙MAG/MIG焊枪通过扇摆支点机构连接后在扇摆驱动机构的驱动下沿该扇摆支点于下沿焊接坡口宽度方向的中心做扇形摆动。具有如下优点：1、焊枪扇形摆动中心可以精确地与当前焊接坡口的中心重合，可以完全防止电弧与两侧壁的作用距离的不对称，进而可以可靠防止由于电弧距离侧壁位置不恒等而致的某一侧臂未熔合缺陷的产生；2、扇形的电弧摆动由于使能量密度高的电弧中心更容易作用到侧壁附近，侧壁熔合可靠性更高；3、实现摆幅与实际的坡口宽度实现自适应控制。

Description

一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控 制装置
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置。
背景技术
随州工业装备向高容量、高参数的快速普及，工业装备重型化、大型化导致的焊接结构厚板化、超厚板化越来越广泛应用。大型化重型化厚板化的广泛应用，导致焊接工程量的成几何级数增加，制造周期与交货期、制造成本间的矛盾日益加剧，该工业背景促进了装备制造领域正快速地应用各种窄间隙焊接技术(Narrow gap welding)。窄间隙、超窄间隙MAG/MIG焊接技术中的最大难题，即最核心的关键技术是两侧壁的熔合控制方法。
自上世纪六十年代初窄间隙焊接概念提出以来，所有窄间隙焊接技术的开发基本上都是围绕着两侧壁可靠熔合这个世界难题展开的。迄今在窄间隙/超窄间隙MAG/MIG焊接技术领域，已开发应用的两侧壁熔合控制方法(技术)有以下七种：1、麻花焊丝；2、波浪焊丝；3、焊丝平行旋转；4、焊丝端部偏斜旋转(即弯曲导电嘴旋转)；5、磁场驱动电弧偏转；6、紧贴两侧壁输送绝缘型焊剂带；7、固定侧壁。上述第1至第4种两侧壁熔合控制方法由日本开发，其中麻花焊丝和焊丝平行旋转两种方法早有报道，但实际生产应用很少，前者原因是电弧偏转可控制性差，焊丝生产复杂；后者难以使焊接坡口填充面积降到较理想状态(填充面积较大)，且焊枪硬件系统复杂、焊丝在旋转的导电嘴导丝孔内存在电接触点频繁跳动变化而致的“跳弧粘丝”并导致燃弧过程不稳定。波浪焊丝应用历史较长，但存在着两大“先天性”缺陷：一是塑性变形后的波浪焊丝很难做到节距、波幅、弯曲曲率始终均匀一致，二是导电嘴导丝孔存在不均匀磨损和更小的导电接触面积；波幅曲率的不均匀一致导致了波浪焊丝的对称中心很难与当前坡口的中心平面重合，电弧向侧壁偏斜角度和位置难以一致，某一侧壁未熔合的概率较高，这是该技术方法近年来趋于淘汰的根本原因。
焊丝端部偏斜旋转(即弯曲导电嘴旋转)可以克服波浪焊丝的弊端，但在弯曲的导电嘴段形成的送丝阻力增大，导丝孔内固定位置磨损严重，焊接坡口填充面积难以降到更理想状态的局限性仍显而易见。
磁场驱动电弧向两侧壁偏转，理论上是可行的，但焊枪结构复杂，电弧作用位置可靠性和可控制性差，实际生产上未见有应用。
紧贴两侧壁输送绝缘性焊剂带，是我国某大学的发明技术，其优势是焊接坡口组对间隙可以小到5mm左右，可实现更理想的超窄间隙MAG/MIG焊；但焊接工艺过于复杂，超窄间隙坡口内清渣极其困难的局限性很难突破。
单侧固定侧偏(见发明专利ZL201610152254.4)方法具有两侧壁熔合可控性极佳，熔合可靠性极高，导电嘴寿命长等优势，但存在必须单层双道施焊，焊接坡口填充面积难以降到更理想的超窄间隙范围的局限性。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，其特征在于，包括超窄间隙MAG/MIG焊枪、扇摆支点机构、扇摆驱动机构、拨枪装置和焊枪外座；扇摆支点机构包括设置在超窄间隙MAG/MIG焊枪宽度方向的中部的两个扇摆支点，支点包括支点座，铰链和滚珠轴承；支点座用绝缘材料制成，为长方体结构，一端与焊枪外座固定；另一端内装有滚珠轴承，轴承的外圈在支点座内固定，其内圈与铰链的外伸轴连接，连接后超窄间隙MAG/MIG焊枪在扇摆驱动机构的驱动下沿该扇摆支点于下沿焊接坡口宽度方向的中心做扇形摆动。
本发明中，超窄间隙MAG/MIG焊枪为整体板式结构，该结构集成了低阻导丝，层流导气，大电流传导、双路循环水冷和高温电绝缘五大功能(见发明专利ZL201410487955.4和ZL201510364758.8)。
在上述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，扇摆驱动机构包括摆动电机、联轴器、滚珠丝杆、滚珠螺母副和端固定轴承；摆动电机固定在焊枪外座上，通过联轴器将摆动电机的输出轴与滚珠丝杆一端连接起来，另一端通过滚珠轴承与焊枪外座固定；拨枪装置与滚珠螺母幅固定在一起，摆动电机按给定控制参数进行周期性的正、反转时，滚珠螺母副在滚珠丝杆上做往复运动，与滚珠螺母副固定在一起的拨枪装置拨动超窄间隙焊枪的上部，使超窄间隙焊枪的下部沿扇摆支点作扇形往复摆动。
在上述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，拨枪装置包括两个基本部件，一个基本部件是固定在滚珠螺母副上的拨杆，拨杆端部设有滚珠轴承，另一个基本部件是固定在超窄间隙焊枪上的拨枪座，拨枪座内设有腰形滑槽，拨杆端部的滚珠轴承在该腰形滑槽内作左右往复平动的同时，沿槽上下滚动，以弥补一定弧长段平动的弦高波动。
在上述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，拨枪座的滑槽为铜合金，在滑槽与拨枪座本体间用绝缘材料连接，以实现超窄间隙MAG/MIG焊枪与焊枪外座之间的电绝缘。
在上述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，焊枪外座为去除了一长边的矩形结构，焊枪外座外座的上部安装扇摆驱动机构，下部通过扇摆支点固定安装超窄间隙MAG/MIG焊枪；焊枪外座的外部通过直线导轨副或滚珠丝杆副机构与完成焊枪各种位置调节和实现焊接速度运动的各种拖动机构连接。
在上述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，拨杆导轨包括拨杆导轨本体以及设置在拨杆导轨本体上的导轨滑槽，拨杆导轨本体采用铝合金，导轨滑槽采用铜锌合金，导轨滑槽沿滚珠丝杆的上下方向平行设有有两条，安装在拨杆座上下的拨杆导轨副轴承被限位于该导轨滑槽内运动，以防止拨杆座沿滚珠丝杆的中心旋转运动。
因此，本发明具有如下优点：1、焊枪扇形摆动中心可以精确地与当前焊接坡口的中心重合，加上可以精确地摆幅控制，可以完全防止电弧与两侧壁的作用距离的不对称，进而可以可靠防止由于电弧距离侧壁位置不恒等而致的某一侧臂未熔合缺陷的产生，实际焊接生产中，窄间隙、超窄间隙MAG/MIG焊90％以上的未熔合是由于该原因产生的；2、扇形的电弧摆动由于使能量密度高的电弧中心更容易作用到侧壁附近，侧壁熔合可靠性更高；3、加上焊接坡口的宽度实时测量，可实现电弧到两侧壁的作用距离智能跟踪，即摆幅与实际的坡口宽度实现自适应控制，既使用于组装坡口宽度精度较差的长直缝场合，同样可实现两侧壁的可靠熔合；4、本发明不仅用于超窄间隙MAG/MIG焊场合，还可广泛用于窄间隙MAG/MIG焊、传统MAG/MIG焊、窄间隙TIG焊等所有需要解决两侧壁可靠熔合的熔焊场合。
附图说明
附图1是基于扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊枪基本结构主视示意图。
附图2是附图1的右侧侧视示意图。
附图3是扇形摆动的示意机构简图。
附图4是扇形驱动机构的局部剖视示意图。
附图5是拨杆端部的滚珠轴承在拨枪座中的安装位置示意图。
附图6是拨杆结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明主要由超窄间隙MAG/MIG焊枪1、扇摆支点机构、扇摆驱动机构、拨枪装置和焊枪外座12五大部件组成。超窄间隙MAG/MIG焊枪1为整体板式结构，该结构集成了低阻导丝、层流导气、大电流传导、双路循环水冷和高温绝缘五大功能(见发明专利ZL201410487955.4和ZL201510364758.8)。在超窄间隙MAG/MIG焊枪1高度方向中部的宽度两侧，设有两个扇摆支点，该支点由支点座3、铰链和滚珠轴承组成；支点座3用绝缘材料(如聚甲醛)制成，为长方体结构，一端与焊枪外座12固定，另一端内部装有滚珠轴承，轴承的外圈在支点座3内固定，其内圈与装在超窄间隙MAG/MIG焊枪1上的铰链外伸轴连接，连接后超窄间隙MAG/MIG焊枪1可沿该扇摆支点中心于极小阻力下，沿焊接坡口宽度方向的中心平面作扇形摆动。
扇摆驱动机构由摆动电机4、联轴器5、滚珠丝杆6、滚珠螺母副7和端固定轴承组成。摆动电机4固定在焊枪外座12上，通过联轴器5将摆动电机4的输出轴与滚珠丝杆6一端连接起来，另一端通过端固定轴承与焊枪外座12固定。拨枪装置与滚珠螺母副7固定在一起，摆动电机4按给定的控制参数进行周期性正/反向旋转时，滚珠螺母副7在滚珠丝杆6上做往复运动，与其固定在一起的拨枪装置便拨动超窄间隙MAG/MIG焊枪的上部，使其沿中部的扇摆支点作扇形往复摆动。
拨枪装置由两个基本部件组成，一个是固定在滚珠螺母副7上的拨杆座8，拨杆座8端部装有拨杆端轴承20，另一个是固定超窄间隙MAG/MIG焊枪1上的拨枪座21，该拨枪座21内设有腰圆形滑槽，拨杆座8端部的拨杆端轴承20在该腰圆槽内作往复运动的同时，沿腰圆槽上下滚动，以弥补一定弧长段平动时的弦高波动。
拨枪座21的腰圆形滑槽用铜锌合金制造，拨枪座21本体用铝合金制造，在腰圆形滑槽与拨枪座21本体之间用绝缘材料聚甲醛制成的拨座绝缘件17连接，以实现超窄间隙MAG/MIG焊枪1与焊枪外座12之间的电绝缘。
焊枪外座12为去除了一长边的矩形结构，用铝合金制造。该外座的上部安装扇摆驱动机构，下部通过扇摆支点机构固定和安装超窄间隙MAG/MIG焊枪1、焊枪外座12的外部通过直线导轨副或滚珠丝杆副等机构，与完成焊枪各种位置调节和实现焊枪速度运动的各种拖动机构(如机器人末臂、焊接小车、龙门操作机、十字操作机)连接。
拨杆导轨18的结构与焊枪外座12相近，本体用铝合金制造，导轨滑槽用铜锌合金制造，沿滚珠丝杆6的上下方向设有平行的导槽，安装在拨杆座8上下的拨杆导轨副轴承19被限位于该平行导槽内运动，以防止拨杆座8沿滚珠丝杆6的中心旋转运动。
本文中的描述的具体实施例仅仅是对本发明技术作举例说明。本发明所属领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似方式替代，但并不偏离本发明或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文中较多使用了超窄间隙MAG/MIG焊枪1、支点铰链2、支点座3、摆动电机4、联轴器5、滚丝杆副6、滚珠螺母副7、拨杆座8、出水管接头9、焊丝10、丝/气管座11、焊枪外座12、焊件一侧坡口13、焊件另一侧坡口14、电弧15、焊缝16、拨座绝缘件17、拨杆导轨18、拨杆导轨副轴承19、拨杆端轴承20、拨枪座21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明相违背的。

Claims (4)

1.一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，其特征在于，包括超窄间隙MAG/MIG焊枪、扇摆支点机构、扇摆驱动机构、拨枪装置和焊枪外座；扇摆支点机构包括设置在超窄间隙MAG/MIG焊枪宽度方向的中部的两个扇摆支点，支点包括支点座，铰链和滚珠轴承；支点座用绝缘材料制成，为长方体结构，一端与焊枪外座固定；另一端内装有滚珠轴承，轴承的外圈在支点座内固定，其内圈与铰链的外伸轴连接，连接后超窄间隙MAG/MIG焊枪在扇摆驱动机构的驱动下沿该扇摆支点于下部沿焊接坡口宽度方向的中心做扇形摆动；
拨枪装置包括两个基本部件，一个基本部件是固定在滚珠螺母副上的拨杆，拨杆端部设有滚珠轴承，另一个基本部件是固定在超窄间隙焊枪上的拨枪座，拨枪座内设有腰形滑槽，拨杆端部的滚珠轴承在该腰形滑槽内作左右往复平动的同时，沿槽上下滚动，以弥补一定弧长段平动的弦高波动。
2.根据权利要求1所述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，其特征在于，扇摆驱动机构包括摆动电机、联轴器、滚珠丝杆、滚珠螺母副和端固定轴承；摆动电机固定在焊枪外座上，通过联轴器将摆动电机的输出轴与滚珠丝杆一端连接起来，滚珠丝杆另一端通过滚珠轴承与焊枪外座固定；拨枪装置与滚珠螺母副固定在一起，摆动电机按给定控制参数进行周期性的正、反转时，滚珠螺母副在滚珠丝杆上做往复运动，与滚珠螺母副固定在一起的拨枪装置便拨动超窄间隙焊枪的上部，使超窄间隙焊枪的下部沿扇摆支点作扇形往复摆动。
3.根据权利要求1所述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，其特征在于，拨枪座的滑槽为铜合金，在滑槽与拨枪座本体间用绝缘材料连接，以实现超窄间隙MAG/MIG焊枪与焊枪外座之间的电绝缘。
4.根据权利要求1所述的一种基于焊枪扇形摆动的超窄间隙MAG/MIG焊两侧壁熔合控制装置，其特征在于，焊枪外座为去除了一长边的矩形结构，焊枪外座的上部安装扇摆驱动机构，下部通过扇摆支点固定安装超窄间隙MAG/MIG焊枪；焊枪外座的外部通过直线导轨副或滚珠丝杆副机构与完成焊枪各种位置调节和实现焊接速度运动的各种拖动机构连接。
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