CN110000461B - 一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；本发明的有益效果是，该环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，使用方便、结构精巧，通过多维度机械臂带动焊接线圈移动，并通过脉冲电流发生模块与焊接线圈连接，使得焊接线圈周边产生磁场，在线圈下方产生涡流，通过洛伦兹力进行焊接，脉冲电流发生模块创新点在于其储能支路，该支路可以在第一个脉冲电流波峰后感应储存线圈中的电流，将其再用于电容充电过程中；由此可以将能量损耗降低30％，充电速度提高30％；采用FPGA进行控制，可以达到控制电流波形的效果。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别是一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置。
背景技术
焊接是制造业的基础，被称为工业的“裁缝”。金属焊接在国内外工业的各个领域都有着广泛的应用，如我国的西气东输工程、航天工程、船舶工程、大飞机制造、新能源汽车等国家大型基础工程和国防工业都大量需要金属焊接。而随着各个行业的快速发展，对金属焊接也提出了更高的要求。
电磁脉冲焊接是一种利用洛仑兹力使金属工件快速焊接的加工技术，利用RLC震荡回路，产生震荡的大电流脉冲，大电流脉冲通过焊接线圈对工件进行加工。这种技术解决了常规方法焊接异种金属中易产生氧化膜、冶金相容性差、能量不易精确控制等诸多问题，可满足航空航天、汽车制造、核工业等对材料性能要求较高的场合，将这种技术应用于汽车铝合金-钢车身的焊接，可以大大减小车身重量，减少排放；同时也具有焊接时间短、焊接过程中温升小、零排放零污染、能量损耗小、容易实现机械化和自动化等优点，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，解决了现有的技术问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；
所述脉冲电流发生模块由若干结构相同的单个放电模块并联组成；
所述单个放电模块RLC震荡回路与储能支路并联组成；
所述储能支路包括：大电感以及二极管；
所述大电感与二极管串联连接；
所述多自由度智能移动焊接平台由多维机械臂、焊接线圈以及工作平台组成；
多维机械臂包括：底部调节结构、支撑架以及线圈调节结构；
所述底部调节结构安装于工作平台上，所述支撑架安装于底部调节结构上，所述线圈调节结构安装于支撑架上。
所述RLC震荡回路包括：直流电源、开关以及电容器组,依次串联组成RLC震荡回路。
所述开关由多真空触发管以及其触发装置组成。
若干所述单个放电模块均通过FPGA进行控制。
所述脉冲电流发生模块与多自由度智能移动焊接平台通过高压同轴电缆连接。
所述支撑架为若干截面相同的矩形中空型材拼接成的矩形框架，且连接处通过若干角铁固定。
所述底部调节结构包括：第一丝杆、一对结构相同的滑轨、一对结构相同的滑块以及滚珠螺母；
所述第一丝杆安装于支撑架下方，一对所述滑轨安装于其两侧，且位于支撑架下方设置有一对与之匹配的滑块，所述滚珠螺母安装于支撑架下壁，且套装于第一丝杆上。
所述线圈调节结构包括：线圈固定架、高度调节组件以及一对结构相同的液压杆；
所述高度调节组件安装于支撑架内，所述线圈固定架安装于高度调节组件上，一对所述液压杆安装于线圈固定架上，且与第一丝杆在水平方向垂直，所述焊接线圈安装于线圈固定架上，且线圈固定架两侧开设有一对结构相同的滑槽，所述焊接线圈可在滑槽内滑动，且与一对所述液压杆伸缩端连接。
所述高度调节组件包括：若干结构相同的第二丝杆以及若干结构相同的内螺纹块；
若干所述第二丝杆垂直安装于支撑架上，且能在支撑架内旋转，若干所述内螺纹块螺旋连接于若干所述第二丝杆上，且与线圈固定架两侧壁面连接。
所述第一丝杆以及第二丝杆均由伺服电机驱动。
利用本发明的技术方案制作的环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，该环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，使用方便、结构精巧，通过多维度机械臂带动焊接线圈移动，并通过脉冲电流发生模块与焊接线圈连接，使得焊接线圈周边产生磁场，在线圈下方产生涡流，通过洛伦兹力进行焊接，脉冲电流发生模块创新点在于其储能支路，该支路可以在第一个脉冲电流波峰后感应储存线圈中的电流，将其再用于电容充电过程中；由此可以将能量损耗降低30％，充电速度提高30％；采用FPGA进行控制，可以达到控制电流波形的效果。
附图说明
图1为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的立体结构示意图。
图2为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的主视结构示意图。
图3为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的侧视结构示意图。
图4为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的俯视结构示意图。
图5为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的脉冲电流发生模块电路示意图。
图6为本发明所述一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置的单个放电模块电路示意图。
图中：1、焊接线圈；2、支撑架；3、第一丝杆；4、滑轨；5、滑块；6、滚珠螺母；7、线圈固定架；8、液压杆；9、第二丝杆；10、内螺纹块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-6所示，一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；所述脉冲电流发生模块由若干结构相同的单个放电模块并联组成；所述单个放电模块由RLC震荡回路与储能支路并联组成；所述储能支路包括：大电感以及二极管；所述大电感与二极管串联连接；所述多自由度智能移动焊接平台由多维机械臂、焊接线圈1以及工作平台组成；多维机械臂包括：底部调节结构、支撑架2以及线圈调节结构；所述底部调节结构安装于工作平台上，所述支撑架2安装于底部调节结构上，所述线圈调节结构安装于支撑架2上；所述RLC震荡回路包括：直流电源、开关以及电容器组,依次串联组成RLC震荡回路；所述开关由多真空触发管以及其触发装置组成；若干所述单个放电模块均通过FPGA进行控制；所述脉冲电流发生模块与多自由度智能移动焊接平台通过高压同轴电缆连接；所述支撑架2为若干截面相同的矩形中空型材拼接成的矩形框架，且连接处通过若干角铁固定；所述底部调节结构包括：第一丝杆3、一对结构相同的滑轨4、一对结构相同的滑块5以及滚珠螺母6；所述第一丝杆3安装于支撑架2下方，一对所述滑轨4安装于其两侧，且位于支撑架2下方设置有一对与之匹配的滑块5，所述滚珠螺母6安装于支撑架2下壁，且套装于第一丝杆3上；所述线圈调节结构包括：线圈固定架7、高度调节组件以及一对结构相同的液压杆8；所述高度调节组件安装于支撑架2内，所述线圈固定架7安装于高度调节组件上，一对所述液压杆8安装于线圈固定架7上，且与第一丝杆3在水平方向垂直，所述焊接线圈1安装于线圈固定架7上，且线圈固定架7两侧开设有一对结构相同的滑槽，所述焊接线圈1可在滑槽内滑动，且与一对所述液压杆8伸缩端连接；所述高度调节组件包括：若干结构相同的第二丝杆9以及若干结构相同的内螺纹块10；若干所述第二丝杆9垂直安装于支撑架2上，且能在支撑架2内旋转，若干所述内螺纹块10螺旋连接于若干所述第二丝杆9上，且与线圈固定架7两侧壁面连接；所述第一丝杆3以及第二丝杆9均由伺服电机驱动。
在本实施方案中，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；脉冲电流发生模块由若干结构相同的单个放电模块并联组成；单个放电模块由RLC震荡回路与储能支路并联组成；储能支路包括：大电感以及二极管；大电感与二极管串联连接；多自由度智能移动焊接平台由多维机械臂、焊接线圈1以及工作平台组成；多维机械臂包括：底部调节结构、支撑架2以及线圈调节结构；底部调节结构安装于工作平台上，支撑架2安装于底部调节结构上，线圈调节结构安装于支撑架2上；该环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，使用方便、结构精巧，通过多维度机械臂带动焊接线圈移动，并通过脉冲电流发生模块与焊接线圈连接，使得焊接线圈周边产生磁场，在线圈下方产生涡流，通过洛伦兹力进行焊接，脉冲电流发生模块创新点在于其储能支路，该电路可以在第一个脉冲电流波峰后感应储存线圈中的电流，将其再用于电容充电过程中；由此可以将能量损耗降低30％，充电速度提高30％；采用FPGA进行控制，可以达到控制电流波形的效果。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
在本实施方案中，根据说明书附图1-6可知，本案为一种环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；
根据说明书附图5或6可知，脉冲电流发生模块由若干结构相同的带有储能支路的单个放电模块组成；单个放电模块由RLC震荡回路与储能支路并联组成，直流电源、开关以及电容器组,依次串联组成RLC震荡回路，开关由多真空触发管以及其触发装置组成；储能支路由大电感与二极管串联连接组成，该电路可以在第一个脉冲电流波峰后感应储存线圈中的电流，提高能量利用率并且缩短电容充电时间，若干单个放电模块均通过FPGA进行控制，FPGA用于控制多个放电模块的触发信号，改变电流波形(包括幅值、上升时间)、控制焊接效果，多个模块产生的电流进行叠加，产生更大的能量。直流电压源对电容进行充电，放电时通过FPGA控制各个模块，放电开关(真空触发管，其通过FPGA控制触发信号，利用触发装置进行触发)闭合，部分电流储存于电容器组的电感中用以使用(电容器组既具有电容也有电阻和电感)，另一部分未利用电流感应储存于储能支路的大电感之中继续用于电容充电。
多自由度智能移动焊接平台由多维机械臂、焊接线圈1以及工作平台组成，通过工作平台固定待焊工件，利用多维机械臂移动焊接线圈1对工件进行加工，脉冲电流发生模块与多自由度智能移动焊接平台通过高压同轴电缆连接，整个过程智能化、自动化，可以有效减少人力成本。
根据说明书附图1-4可知，多维机械臂包括：底部调节结构、支撑架2以及线圈调节结构；
底部调节结构安装于工作平台上，支撑架2安装于底部调节结构上，线圈调节结构安装于支撑架2上支撑架2为若干截面相同的矩形中空型材拼接成的矩形框架，且连接处通过若干角铁固定，通过底部调节结构进行前后方向的调节，并且通过线圈调节结构实现上下方向上的调节。
底部调节结构连接与动作方式如下：第一丝杆3安装于支撑架2下方，一对滑轨4安装于其两侧，且位于支撑架2下方设置有一对与之匹配的滑块5，滚珠螺母6安装于支撑架2下壁，且套装于第一丝杆3上，设备接通电源，在伺服电机驱动下第一丝杆3转动，进而带动滚珠螺母6转动，将支撑架2在滑轨4上进行前后移动；
线圈调节结构连接与动作方式如下：高度调节组件安装于支撑架2内，线圈固定架7安装于高度调节组件上，若干第二丝杆9垂直安装于支撑架2上，且能在支撑架2内旋转，若干内螺纹块10螺旋连接于若干第二丝杆9上，且与线圈固定架7两侧壁面连接，通过接通电源，在伺服电机驱动下，第二丝杆9转动，进而使得内螺纹块10与之啮合，反向作用下，进而带动线圈固定架7上升或者下降，一对液压杆8安装于线圈固定架7上，且与第一丝杆3在水平方向垂直，焊接线圈1安装于线圈固定架7上，且线圈固定架7两侧开设有一对结构相同的滑槽，焊接线圈1可在滑槽内滑动，且与一对液压杆8伸缩端连接，通过控制液压杆8伸缩可带动焊接线圈1进行左右调调节；
各模块并联之后，电流通过高压同轴电缆进行传输至焊接线圈1，由多维度机械臂移动焊接线圈1进行工作，焊接线圈1周围产生时变磁场，在线圈下方产生涡流，感应出洛伦兹力，洛伦兹力使两个被焊件以1-2倍音速撞击焊接在一起。
综上所述总体可知，该环保智能的新型电磁脉冲焊接装置，使用方便、结构精巧，通过多维度机械臂带动焊接线圈1移动，并通过脉冲电流发生模块与焊接线圈1连接，使得焊接线圈1周边产生磁场，在线圈下方产生涡流，通过洛伦兹力进行焊接，脉冲电流发生模块创新点在于其储能支路，该支路可以在第一个脉冲电流波峰后感应储存线圈中的电流，将其再用于电容充电过程中；由此可以将能量损耗降低30％，充电速度提高30％；采用FPGA进行控制，可以达到控制电流波形的效果。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，包括脉冲电流发生模块以及与其电性连接的多自由度智能移动焊接平台；
所述脉冲电流发生模块由若干结构相同的单个放电模块并联组成；
所述单个放电模块由RLC震荡回路与储能支路并联组成；
所述储能支路包括：大电感以及二极管；
所述大电感与二极管串联连接；
所述多自由度智能移动焊接平台由多维机械臂、焊接线圈(1)以及工作平台组成；
多维机械臂包括：底部调节结构、支撑架(2)以及线圈调节结构；
所述底部调节结构安装于工作平台上，所述支撑架(2)安装于底部调节结构上，所述线圈调节结构安装于支撑架(2)上；
所述支撑架(2)为若干截面相同的矩形中空型材拼接成的矩形框架，且连接处通过若干角铁固定；
所述底部调节结构包括：第一丝杆(3)、一对结构相同的滑轨(4)、一对结构相同的滑块(5)以及滚珠螺母(6)；
所述第一丝杆(3)安装于支撑架(2)下方，一对所述滑轨(4)安装于其两侧，且位于支撑架(2)下方设置有一对与之匹配的滑块(5)，所述滚珠螺母(6)安装于支撑架(2)下壁，且套装于第一丝杆(3)上；
所述线圈调节结构包括：线圈固定架(7)、高度调节组件以及一对结构相同的液压杆(8)；
所述高度调节组件安装于支撑架(2)内，所述线圈固定架(7)安装于高度调节组件上，一对所述液压杆(8)安装于线圈固定架(7)上，且与第一丝杆(3)在水平方向垂直，所述焊接线圈(1)安装于线圈固定架(7)上，且线圈固定架(7)两侧开设有一对结构相同的滑槽，所述焊接线圈(1)可在滑槽内滑动，且与一对所述液压杆(8)伸缩端连接。
2.根据权利要求1所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，所述RLC震荡回路包括：直流电源、开关以及电容器组，依次串联组成RLC震荡回路。
3.根据权利要求2所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，所述开关由多真空触发管以及其触发装置组成。
4.根据权利要求1所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，若干所述单个放电模块均通过FPGA进行控制。
5.根据权利要求1所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，所述脉冲电流发生模块与多自由度智能移动焊接平台通过高压同轴电缆连接。
6.根据权利要求1所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，所述高度调节组件包括：若干结构相同的第二丝杆(9)以及若干结构相同的内螺纹块(10)；
若干所述第二丝杆(9)垂直安装于支撑架(2)上，且能在支撑架(2)内旋转，若干所述内螺纹块(10)螺旋连接于若干所述第二丝杆(9)上，且与线圈固定架(7)两侧壁面连接。
7.根据权利要求1所述的一种环保智能的新型的电磁脉冲焊接装置，其特征在于，所述第一丝杆(3)以及第二丝杆(9)均由伺服电机驱动。
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