CN109623096A - 窄间隙焊接夹具单元及电解铝钢爪的窄间隙焊接方法 - Google Patents
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Abstract
窄间隙焊接夹具单元，包括用于基座，在基座上靠近两端分别设置有一套可调角度窄间隙焊接装置，可调角度窄间隙焊接装置包括连接在基座上的二维滑台，在二维滑台的末端滑动块上连接有焊枪夹，焊枪夹通过锁紧螺母转动连接在二维滑台的末端滑动块上，焊枪下部外周具有陶瓷保护套。电解铝钢爪的窄间隙焊接方法，包括以下步骤：（1）将各方钢夹紧；（2）将各圆钢放置于工件台夹具上，并使圆钢截面与方钢截面夹角为7‑‑9度；（3）调整焊枪一和焊枪二的角度和距离，（4）按照设定工艺进行每层的焊接；直至焊缝焊满。本发明可实现电解铝钢爪焊接过程自动完成，降低人工成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术，特别涉及窄间隙焊接夹具单元及电解铝钢爪的窄间隙焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
窄间隙焊就是厚板对接接头在焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用熔化极气体保护焊或埋孤焊完成整条焊缝的高效焊接方法。高热输入窄间隙焊，主要用于普通碳钢，目的是提高生产效率，电解铝行业用阳极钢爪的生产现多为焊接件，即圆钢和方钢之间的全截面窄间隙焊接，这既是为了保证其强度，也是满足其导电性的要求，在焊接时将三根圆钢焊接在同一根方钢上，目前电解铝行业用阳极钢爪的焊接对采用以下方式进行，1、采用手工电弧焊，手工电弧焊直接将焊条伸入间隙中焊接，可实现不开坡口大截面焊接，但是手工电弧焊每焊接一层需要人工清理焊渣，大大降低了焊接效率，并且容易使焊缝出现夹渣，侧壁不融合的现象。2、人工CO2气体保护焊（由于采用自动送丝，也叫半自动焊），需要开30度坡口，增加了焊接的时间和成本，焊接材料消耗多，同时也具有侧壁不融合的现象。上述两种人工焊接还均存在着焊接环境差的问题。基于以上情况，实现电解铝行业用阳极钢爪的自动焊接能够提高效率、降低劳动强度和成本，但将目前的自动焊机应用在电解铝行业用阳极钢爪的焊接上存在的以下问题：1、由于对侧壁的热输入较小，焊接完成后容易出现侧壁难以熔合的情况；2、焊枪持续工作，对于高热输入焊接，容易烧枪；3、焊枪保护套材质为金属，窄间隙焊接保护套容易碰到工件，并且飞溅容易粘接在保护套上，会使保护套烧坏；4、普通标准焊枪的外形尺寸比较粗与短，不利于进入到窄间隙中，焊接角度需要倾斜时，窄间隙焊接更加困难。并且受焊丝干伸长限制，可焊接深度范围较小。在研究将自动焊机应用到阳极钢爪的焊接的实践中发现，由于这种焊缝为短的窄间隙焊缝（如果焊缝为较长的窄间隙焊缝的话由于两端部在整个长度上占的比例较低，稍有瑕疵的话对整体影响不大），焊缝两端的处理特别重要，在自动焊接研究中发现，窄间隙的焊缝两端的焊接时间长短及其重要，若第一层一端的焊接时间短了，则焊接第二层时会造成该处的干伸长大，同时焊接的电压也会增大，易出现烧穿和焊流的情况，焊缝成型不好，则以后每层均受影响，造成最终产品不合格，若焊缝一端焊接时间长了，则焊缝容易流塌，所以自动焊如果处理不好，焊接时每层都需要人工检视和修复，失去了自动化焊接的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服目前的电解铝钢爪窄间隙焊接中存在的上述问题，提供一种一种窄间隙焊接夹具单元及电解铝钢爪的窄间隙焊接方法。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：窄间隙焊接夹具单元，包括用于基座，基座用于与三维运动装置相连接，在基座上靠近两端分别设置有一套可调角度窄间隙焊接装置，所述的可调角度窄间隙焊接装置包括连接在基座上的二维滑台，在二维滑台的末端滑动块上连接有焊枪夹，所述的焊枪夹通过锁紧螺母转动连接在二维滑台的末端滑动块上，焊枪固定夹设在焊枪夹中，所述的焊枪为细长形，焊枪下部外周具有陶瓷保护套；进一步的；在焊枪内下端部安装有导电嘴，所述的导电嘴为折线状，折线状的下段向前倾斜；进一步的；所述的基座上开设有多个减重孔。
电解铝钢爪的窄间隙焊接方法，采用上述的窄间隙焊接夹具单元，将上述的窄间隙焊接夹具单元通过基座连接在三维运动机构上下方向的Z轴上，三维运动机构连接在机架上，在三维运动机构上设置有送丝装置，机架下部设置有工件台，包括以下步骤：
（1）将各方钢安置于工件台上，夹紧保持不动，在方钢与圆钢焊接界面处，距方钢下边缘20mm水平点焊一宽20mm、厚6mm的钢板做垫板；
（2）将各圆钢放置于工件台夹具上，靠近6mm钢板，并使圆钢截面与方钢截面夹角为a；所述夹角a为7--9度；
（3）调整焊枪一和焊枪二的角度和距离，保证两把焊枪均可通过焊缝且不接触侧壁，两把焊枪的送丝嘴分别朝向垫板与圆钢的夹角和垫板处与方钢的夹角处；
（4）在每个圆钢与方钢之间的焊缝上定义一个矩形，矩形与垫板相平行，矩形的四个角部沿顺时针方向分别为A、B、D、E，其中边AB、DE分别为与焊缝两侧，D、E点在圆钢截面上水平方向的弦上，D、E点与弦两端的距离均为5mm，距离圆钢AB边上距离B点20mm设定点C，DE边上距离E点20mm设定点F，每层的焊接流程如下：焊枪一从 A点起弧延时t1焊接至B点返回至C点息弧；焊枪二空走至D点起弧，延时t1焊接至E点返回至F点息弧；完成一个圆钢和方钢之间的焊缝的一层焊接；所述焊接速度为240mm/min------300mm/min；所述焊接电流为220A-280A；所述焊机保护气体为80%Ar的与20%CO2的混合气体；
（5）三维移动机构移动将焊枪移动到其他的各圆钢与方钢的焊缝之间，按照步骤（4）完成单层焊缝焊接；
（6）焊枪升高5mm；按照步骤（4）的焊接流程完成各方钢与圆钢之间的第二层焊接；
（7）重复步骤（6），直至焊缝焊满。
本发明的积极有益技术效果在于：可实现焊接过程设备自动完成，降低人工成本，改善工人工作环境；在工作时，两把焊枪交替工作，当其中一把焊枪工作，另一把焊枪冷却，大大降低了产生烧枪的可能性；弯曲的导电嘴，解决了侧壁不融合的问题；所选用焊枪保护套材质为陶瓷，陶瓷保护套不容易粘接焊接飞溅，陶瓷不导电，不会使保护套烧坏；所使用的焊枪为细长形，方便焊枪伸进窄间隙中去；焊接接头无需开坡口，节省了人力物力，合适的焊接方法和工艺设计使焊接时每层的两端焊接质量均可以满足要求，可以实现无人监视自动化焊接，提高效率。
附图说明
图1是窄间隙焊接夹具单元整体示意图。
图2是焊枪的示意图。
图3是钢爪焊接的整体设备示意图。
图4圆钢和方钢之间焊接是的正视示意图。
图5是圆钢和方钢之间焊接是的俯视示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
附图中各标记为：1：基座；2：减重孔；3：Z向滑台；4：X向滑台；5：末端滑块；6：焊枪夹；7：锁紧螺栓；8：焊枪；9：陶瓷保护套；10：导电嘴；11：机架；12：窄间隙焊接夹具单元；13：Z轴；14：方钢；15：圆钢；16：工件台；17：垫板。
如附图所示，一种窄间隙焊接夹具单元，包括用于基座1，基座用于与三维运动装置相连接，所述的基座上开设有多个减重孔2，以降低单元的整体重量，在基座上靠近两端分别设置有一套可调角度窄间隙焊接装置，所述的可调角度窄间隙焊接装置包括连接在基座上的二维滑台，图中二维滑台右Z向滑台与X向滑台组成，Z向滑台的滑座固定连接基座上，X向滑台的基座固定连接在Z向滑台的滑块上，X向滑台的滑块为末端滑块，在二维滑台的末端滑动5块上连接有焊枪夹6，所述的焊枪夹通过锁紧螺母7转动连接在二维滑台的末端滑动块上，松开锁紧螺母可调整焊枪夹的角度，焊枪固定夹设在焊枪夹中，所述的焊枪为细长形，焊枪下部外周具有陶瓷保护套9；在焊枪内下端部安装有导电嘴10，所述的导电嘴为折线状，折线状的下段向前倾斜；导电嘴及其形状如图2所示。
电解铝钢爪的窄间隙焊接方法，采用上述的窄间隙焊接夹具单元，将上述的窄间隙焊接夹具单元通过基座连接在三维运动机构上下方向的Z轴上，三维运动机构连接在机架上，在三维运动机构上设置有送丝装置，送丝装置、三维运动机构在目前的自动焊机上均具有现成的配置，机架下部设置有工件台，包括以下步骤：
（1）将各方钢安置于工件台上，夹紧保持不动，在方钢与圆钢焊接界面处，距方钢下边缘20mm水平点焊一宽20mm、厚6mm的钢板做垫板；
（2）将各圆钢放置于工件台夹具上，靠近6mm钢板，并使圆钢截面与方钢截面夹角为a；所述夹角a为7--9度；
（3）调整焊枪一和焊枪二的角度和距离，保证两把焊枪均可通过焊缝且不接触侧壁，两把焊枪的送丝嘴分别朝向垫板与圆钢的夹角和垫板处与方钢的夹角处；
（4）在每个圆钢与方钢之间的焊缝上定义一个矩形，矩形与垫板相平行，矩形的四个角部沿顺时针方向分别为A、B、D、E，其中边AB、DE分别为与焊缝两侧，D、E点在圆钢截面上水平方向的弦上，D、E点与弦两端的距离均为5mm，距离圆钢AB边上距离B点20mm设定点C，DE边上距离E点20mm设定点F，每层的焊接流程如下：焊枪一从 A点起弧延时t1焊接至B点返回至C点息弧；实践证明这样既可以使焊缝填满，又不浪费材料，还能提高效率，焊枪二空走至D点起弧，延时t1焊接至E点返回至F点息弧；完成一个圆钢和方钢之间的焊缝的一层焊接；所述焊接速度为240mm/min------300mm/min；所述焊接电流为220A-280A；所述焊机保护气体为80%Ar的与20%CO2的混合气体；
（5）三维移动机构移动将焊枪移动到其他的各圆钢与方钢的焊缝之间，按照步骤（4）完成单层焊缝焊接；
（6）焊枪升高5mm；按照步骤（4）的焊接流程完成各方钢与圆钢之间的第二层焊接；
（7）重复步骤（6），直至焊缝焊满。
上述焊接完成后，还需要将垫板之下的截面采用人工焊接焊满，至于垫板在焊接过程中会自然熔化，A、B、C、D、E、F各点的位置如附图所示。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (4)
1.窄间隙焊接夹具单元，包括用于基座，基座用于与三维运动装置相连接，其特征在于：在基座上靠近两端分别设置有一套可调角度窄间隙焊接装置，所述的可调角度窄间隙焊接装置包括连接在基座上的二维滑台，在二维滑台的末端滑动块上连接有焊枪夹，所述的焊枪夹通过锁紧螺母转动连接在二维滑台的末端滑动块上，焊枪固定夹设在焊枪夹中，所述的焊枪为细长形，焊枪下部外周具有陶瓷保护套。
2.根据权利要求1所述的窄间隙焊接夹具单元，其特征在于：在焊枪内下端部安装有导电嘴，所述的导电嘴为折线状，折线状的下段向前倾斜。
3.根据权利要求1所述的窄间隙焊接夹具单元，其特征在于：所述的基座上开设有多个减重孔。
4.电解铝钢爪的窄间隙焊接方法，采用权利要求1-3所述的任一权利要求所述的窄间隙焊接夹具单元，将上述的窄间隙焊接夹具单元通过基座连接在三维运动机构上下方向的Z轴上，三维运动机构连接在机架上，在三维运动机构上设置有送丝装置，机架下部设置有工件台，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将各方钢安置于工件台上，夹紧保持不动，在方钢与圆钢焊接界面处，距方钢下边缘20mm水平点焊一宽20mm、厚6mm的钢板做垫板；
（2） 将各圆钢放置于工件台夹具上，靠近6mm钢板，并使圆钢截面与方钢截面夹角为a；所述夹角a为7--9度；
（3） 调整焊枪一和焊枪二的角度和距离，保证两把焊枪均可通过焊缝且不接触侧壁，两把焊枪的送丝嘴分别朝向垫板与圆钢的夹角和垫板处与方钢的夹角处；
（4）在每个圆钢与方钢之间的焊缝上定义一个矩形，矩形与垫板相平行，矩形的四个角部沿顺时针方向分别为A、B、D、E，其中边AB、DE分别为与焊缝两侧，D、E点在圆钢截面上水平方向的弦上，D、E点与弦两端的距离均为5mm，距离圆钢AB边上距离B点20mm设定点C，DE边上距离E点20mm设定点F，每层的焊接流程如下：焊枪一从 A点起弧延时t1焊接至B点返回至C点息弧；焊枪二空走至D点起弧，延时t1焊接至E点返回至F点息弧；完成一个圆钢和方钢之间的焊缝的一层焊接；所述焊接速度为240mm/min------300mm/min；所述焊接电流为220A-280A；所述焊机保护气体为80%Ar的与20%CO2的混合气体；
（5）三维移动机构移动将焊枪移动到其他的各圆钢与方钢的焊缝之间，按照步骤（4）完成单层焊缝焊接；
（6） 焊枪升高5mm；按照步骤（4）的焊接流程完成各方钢与圆钢之间的第二层焊接；
（7）重复步骤（6），直至焊缝焊满。
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