CN1091067A - 高频感应点焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明采用高频感应电能将焊丝与工件表面进 行加热的焊接方法。主要应用于建筑行业砼钢筋网 的焊接，以代替目前的钢丝绑扎工艺，亦可用于小型 修焊等不便于设置弧焊机场所的焊接，特别是为高空 作业提供了轻便而又安全焊接工具。本装置只需将 220V工频电源接到施焊地点，插上电源即可操作，不 需要其它附设器具。

Description

本发明是为钢筋网结点的固结提供新的工艺方法。详细介绍了怎样实现钢筋网交叉结点的焊接以及该装置的具体结构，同时也为焊接其它铁磁性材料的工件提供了轻便安全的焊接工具。

已有技术说明：

目前的钢筋砼钢筋网结点普遍采用细钢丝绑扎工艺方法，该方法只能使钢筋网结点按尺寸要求布置，其结点是松动的，没有从根本上实现钢筋网的整体固结。而目前的焊接设施需配备一台庞大而笨重的焊接能源-焊机，这给施工操作带来诸多不变。

发明目的：

采用焊接方法，使钢筋网结点实现牢固固结，从而实现钢筋网的整体牢固性，以提高整个钢筋砼构件的承载能力及其它力学性能。在焊接设备上，省去庞大而笨重的焊机，将电源装置设计在焊枪之中，给施工操作带来方便。

发明概述：

本发明采用高频感应表面快速加热方法，将施焊工件与焊材同时加热2～3秒，焊材温度达到1200℃以上，被焊工件表面温度达到分子扩散温度，工件的透热深度控制在极薄的表层。通过顶出机构将热塑态的焊材堆压在工件热态表面，靠热态分子的扩散达到了焊接目的。

附图说明：

实现本发明的各种机构、结构、电路原理、安全保护及其特征和优点将在下文结合附图详细说明，这些附图包括：

图1：电路原理框图，框图程序表示形成一定功率的高频振荡电路及各保护措施。

图2：电路原理附图，BC管被矩形脉冲驱动，导通时流过L1电流速增，截止时L1C1发生串联谐振，如此循环形成高频电能。

图3：焊枪结构布置附图，图中序号表示：

1、铁磁性焊接材料-钢丝;

2、大功率组件安放空间，包括“达林顿”电路中其它电子元件放置;

3、控制电路安放空间，包括微调显示装置;

4、具有电磁屏壁作用的焊枪外壳;

5、绝热材料，一级隔热装置;

6、耐高温管，（材料为人造刚玉或锆刚玉）;

7、焊接母材-钢筋网（工件）;

8、感应套，与感应线圈L1耦合产生电流;

9、感应圈，与电路产生谐振电流;

10、导磁体，起调节电感量及磁屏作用;

11、导磁套，起磁屏及聚集电能作用;

12、绝热材料，二级隔热装置;

13、焊枪托架及送料趋动机构;

14、安放电子线路板空间，（上置功率组件电路、左置趋动控制电路、右置各保护电路）;

15、扳机，送料趋动机构;

16、焊枪把手（装熔断器、电容、大功率整流管、触模开关、电源接线）;

17、机芯、钢丝的夹持牵动机构;

18、焊枪后座，（安装变压器、互感器、组合电容的空间）;

19、安放电抗器及风扇的空间;

20、冷却风扇;

图4：焊丝顶出机构附图，图中序号表示：

1、夹持器，为使钢丝在顶出时锁套卡紧钢丝瞬间不至发生窜动而提供摩擦力，可由胶套代替。

2、弹簧，为使顶出锁套自动返回而设置;

3、下齿条，它与焊枪扳机固联，由扳机提供顶出力而左移。

4、齿轮，提供上下齿条反向移动作用。

5、正向锁套，它与上齿条固联，向右滑移锁紧弹性套。

6、弹性套，起抱紧或松开钢丝作用。

7、反向锁套，与上齿条固联，向右滑移松开弹性套，与正向锁套作用相反。

8、机芯架，起安装顶出机构零件与支承整个枪身作用。详细说明：（参见图1、图2、图3、图4）

一、（图2）由振荡电路产生的高频振荡电流通过感应圈将电流感应到耦合感应头上，一部分电能通过焊材与感应头内孔的电磁感应将焊丝加热至1200℃以上呈热塑态，另一部分电能通过感应头锥尖（伸入到钢筋交叉结点处）对钢筋表面感应加热到分子扩散温度。（图3）通过顶出机构将热塑态焊丝堆压在结点处钢筋的热态表面，达到分子扩散粘接目的。由于感应频率很高，则透热层深度很浅，且感应状态为快速加热，所以在极短时间内热量靠传导达不到钢筋内部，故钢筋内部仍为冷固态，钢筋内部的内应力来不及消除。保证了钢筋预应力张拉工艺的技术要求。电路中采用时间控制电路，自动控制感应加热时间，达到焊接温度自行断电，停止加热。具体加热时间可由操作者凭经验手动控制，或者由电路中的微调电阻和微调电容预先设置好。

二、本专利采用超音频电流。（图1）交流电源电压经电流互感器CT及整流电路以后，加向感应线圈L1。振荡电路产生一锯齿波加向脉宽调制电路并与差分放大电路的直流电平比较得到一矩形脉冲，然后再经趋动电路功率放大使功率组件P·M导通产生脉冲，脉冲过后P·M迅速关断。瞬时间内L1C1产生谐振得到一个高压脉冲X释放电能。这里的关键是X过后P·M立即导通，必须严格同步才能目的。电路的电流反馈电路、过欠压保护电路、功率管过热保护电路等都是来与比较电路配合完善电路各功能作用的。使感应加热正常稳定按要求进行。时间与手动控制同时控制工作电路，可独立也可联动作用。

三、本发明的焊接头（图3）为防止感应时的热扩散，则采用了导磁体10、11、导磁来控制焊材的感应加热范围。外磁套11控制了高频电能的外射。由于是结点间断焊接，感应头周围的联接件发热温升不快，为防止感应头过热保证产品质量，结构设计上采用了5、12两级隔热装置绝热，又在枪尾设置了风冷机构20。风冷机构同时对电子元件也采取冷却措施，保证元件不致发热而损坏。焊枪枪身与枪头部分其外壳用YL抗磁性材料制造，起电磁屏壁作用，保证元件及电路电性能的安全要求。枪尾部分由于安装高压器件，则采用好的电绝缘材料注塑而成。焊枪结构的其它详细说明见图3的序号注释。

四、焊材顶出机构（图4）设置了正反两个嗽叭型弹性套6来夹持钢丝。由焊枪扳机3通过齿轮4使齿条5滑移送料。当扳机3受压力左移时，左侧正向锁套5使弹性套6夹紧钢丝（此时右侧反向锁套7松开）送料一个尺寸的行程，到位后弹开。当扳机3放松右移回位后，左侧弹性套松开而右侧弹性套夹紧钢丝，使钢丝不致发生窜动。整个过程始终有一个弹性套保证夹紧钢丝，并为下一次送料行程做好准备。为了使弹性套6在夹紧钢丝的瞬间不至使钢丝窜动，在焊枪的后部设置了由上下2个带弹簧的夹持器1始终夹持钢丝。夹持器1的夹持摩擦力要小于弹性套6的夹持力，这样才能保证送料的实现。送料长度尺寸的控制由扳机（或齿条）3移动距离保证。机芯架8除装置整个顶出机构零部件和支承枪身外还起到固装电子线路板用。机芯采用无磁性的奥氏体不锈钢或抗磁性的YL材料制造，避免电磁感应发热而损坏顶出机构。焊枪顶出机构的其它详细说明见图4的序号注释与图3的序号14。

本发明的优点是在金属结构方面普及可靠的连接方法。重点在于对钢筋网的连接上克服难于施工的困难，以提高金属构件的力学性能。随着新材料与新技术的普及，日常生活与工作中广泛需要小型轻便的焊接工具来焊接金属与塑料。本发明的重要特点在于采用了焊材与工件同时进行电磁感应加热，它不仅仅拘限于对铁磁性材料的焊接上，其长远的目标是对非磁性材料或电介质材料进行加热焊接方面的研制。不同的是非磁性材料与电介质材料需要的电源频率更高，对电子元器件的电性能要求更高。

Claims (8)

1、本装置由一套电磁感应电路提供电能和输送焊材机构实现焊接的方法。其特征是：感应电路对焊材及工件同时进行高频表面快速感应加热，顶出机构将焊材热塑段粘接在工件表面。

2、依照1加热的特征是：焊丝在由螺线型感应圈与锥环型感应套耦合的感应头内加热至1200℃热塑态，工件表面由感应头锥尖部分感应加热至分子扩散温度。（图3）

3、依照1对电路的要求其特征是：功率组件P·M电路产生的激发脉冲与L₁C₁产生的谐振脉冲交替发生严格同步，其频率应不能使工件深层发热内应力消失而设计的电路，本发明取设计频率f₀＝35～45千赫范围。为使电路正常工作所设置的功率管过热保护电路，过欠压保护电路，电流反馈保护电路，趋动电路及时间控制保护电路。相应电路的线路板分别安装在机芯的三个平面上。（图3）

4、依照1所包含的焊材顶出机构其特征是：位于枪身中心的夹紧机构和枪把部位的扳机趋动机构。夹紧为反向装置两个喇叭型弹性套分别由带锥形孔的锁套通过轴向移动来实现焊材的夹紧、移动、定位和松开。（图4）扳机趋动为上齿条与锁套顶块固联，下齿条与扳机固联，由小齿轮实现上下齿条反向移动，返回由弹簧趋动。（图4）

5、依照1、4要求所设计的夹持器特征是：由带压簧的上下两个夹块在截面共同形成一个椭圆孔，孔的轴向形状为对称双圆弧形。本焊枪在机芯的前后各设置一个夹持器。

6、依照1、2所设置的感应套其特征是：带有冷却风孔的导电铜制成的圆锥型铜套上缠有谐振耦合线圈。其外圆与后端设置匚型导磁套，导磁套由软磁片叠成并胶合成一体。其心部设置由由导磁合金所制成的可调节位置的导磁芯。导磁套与导磁芯均开有通风孔或通风槽。（图3）

7、以照2、3对焊枪的结构布置及冷却方式是：电路中的变压器、电抗器、电流互感器、继电器、组合高压电容等与冷却风扇设置在焊枪尾部;冷风首先冷却这些发热元件后经枪身冷却电子线路，最后冷却枪头感应套并经通风孔排出枪外。（图3）

8、本发明材料设置成无磁性的奥氏体不锈钢或YL抗磁性材料，外壳采用高导导磁的软钢片起电磁屏壁作用。（图3）

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