CN111318807A - 一种激光焊机焊轮在线除渣装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种激光焊机焊轮在线除渣装置及方法，属于板带激光焊接设备和方法技术领域，用于对激光焊机焊轮进行在线除渣。其技术方案是：它包括气马达、刀具，气马达外壳为圆柱形和长方体组合，气马达安装在焊轮外侧的焊机小车台面上，气马达输出轴的前端安装刀具，刀具位于两个下部焊轮之间，刀具与两个下部焊轮内侧边缘相对，且与焊轮紧密贴合。本发明的操作过程容易，除渣动作可以根据实际情况取消除渣或者开启除渣，能够有效地实现激光焊机焊轮焊渣的清除，避免因积渣造成的其它元件的损坏，同时避免人工除渣的安全隐患，保障生产线稳定运行，适于在冷轧行业推广应用。

Description

一种激光焊机焊轮在线除渣装置及方法

技术领域

本发明涉及一种对激光焊机焊轮进行在线除渣的装置和方法，属于板带激光焊接设备和方法技术领域。

背景技术

在热轧钢带的生产中，需要使用气体激光焊机在较短时间内自动焊接热轧钢带。气体激光焊机在焊接时，焊机的焊轮在整个焊接过程中起着举足轻重的作用。焊轮位于焊机小车的操作侧，在板带焊接时，上焊轮下降将被焊带钢以一定压力压在下焊轮上，随着小车以设定速度从操作侧往驱动侧移动，焊轮被动旋转，同时焊轮内部的激光头发射激光，激光自身能量作用于带钢上将其融化，从而实现带头和带尾的焊接。在焊接过程中焊轮内部有上下两组保护气，将氦气喷射于焊接区域，避免焊缝氧化，保证焊缝质量。焊接完成后，上焊轮自动抬起保持在初始位且上下焊轮不再旋转。下次焊接前焊机小车自动由驱动侧向操作侧移动，此时焊轮依旧保持初始状态，直至下一个焊接动作。

在上述焊接过程中，焊点会不断产生焊渣飞溅，少部分焊渣飞溅于上焊轮内表面，大部分焊渣飞溅于下焊轮内表面，粘附于焊轮上，在焊轮边缘约15mm宽的圆环上形成堆积，厚度逐渐增大，当厚度增大到一定程度，便会与保护气喷嘴干涉，从而容易将喷嘴刮掉，造成事故。另外，过多的焊渣堆积也会吸收部分激光能量，影响其工作效率，从而产生不合格焊缝，造成开焊或者断带事故。目前在生产中，堆积的焊渣由人工用扁铲清除。人工清除存在两大缺点，一是清除不彻底，往往留有残余；二是清除工作是在生产过程中进行，存在安全隐患。因此，如何找到一种合适的除渣方法，既能够有效清除焊渣、避免生产事故，又能够节约人力、消除安全隐患成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激光焊机焊轮在线除渣装置及方法，这种除渣装置及方法能够对焊轮内表面焊渣自动进行有效清除，避免生产事故，且能够节约人工成本，消除安全隐患，保证生产安全稳定高效运行。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种激光焊机焊轮在线除渣装置，它包括气马达、刀具，气马达外壳为圆柱形和长方体组合，气马达安装在焊轮外侧的焊机小车台面上，气马达输出轴的前端安装刀具，刀具位于两个下部焊轮之间，刀具与两个下部焊轮内侧边缘相对，且与焊轮紧密贴合。

上述激光焊机焊轮在线除渣装置，它还有导向杆和弹簧，气马达壳体的四个角分别有导向杆，四个导向杆与焊机小车台面通过螺纹连接，四个导向杆有滑动轴套，气马达外壳底部头尾各有一个圆形浅槽，浅槽内放置压缩弹簧，弹簧向上顶紧气马达。

上述激光焊机焊轮在线除渣装置，所述刀具为圆柱形，外圈有齿，齿断面上存在一个较小的弧度，即中间高、两端低，刀具表面与焊轮表面接触良好。

上述激光焊机焊轮在线除渣装置，它还有方向控制阀和流量控制阀，方向控制阀和流量控制阀分别安装在在气马达的输入管路中。

一种使用上述激光焊机焊轮在线除渣装置的除渣方法，它采用以下步骤进行：

a. 夹送辊将带尾、带头送到剪切位，焊机小车停止在操作侧，在带头和带尾固定好后，焊机小车上的剪子执行剪切，剪切完成后的带头和带尾具备焊接条件；

b. 焊机小车开始由操作侧自动向驱动侧移动，当带钢边沿检测光栅首次被带钢遮挡时，小车行走编码器开始计算距离，定位轮压下，激光快门打开，焊轮被动旋转，除渣装置的气马达开始旋转，刀具开始转动，保护气体喷射，焊接进行；

c.焊接进行时，除渣装置的气马达旋转，气马达输出轴带动刀具转动，刀具对两个下部焊轮内侧粘结的焊渣进行切削，刀具间隔3.5s改变一次旋转方向，分别对入口侧焊轮和出口侧焊轮进行除渣；

d. 当带钢边沿检测光栅离开带钢不被遮挡时，小车行走编码器再次计算距离，定位轮抬起激光快门关闭焊轮停止旋转除渣装置的气马达停止旋转，刀具停止转动、焊接完成；

e. 焊接完成后，操作人员根据焊缝质量确定是否放行，如放行，则焊机各部件返回初始位，为下一次焊接做准备。

上述激光焊机焊轮在线除渣方法，所述步骤c中，除渣刀具启停的位置分别为：带钢操作侧边部被检测到后焊机小车继续行走590mm时开始旋转，带钢驱动侧边部被检测到后焊机小车继续行走710mm停止旋转。

本发明的有益效果是：

本发明根据现场焊渣形成特性及形态、焊轮工作方式和安装方式，巧妙利用焊轮周边空间，设计出能够针对激光焊机积渣顽疾问题的解决方案。本发明的操作过程容易，除渣动作可以根据实际情况取消除渣或者开启除渣，能够有效地实现激光焊机焊轮焊渣的清除，避免因积渣造成的其它元件的损坏，同时避免人工除渣的安全隐患，保障生产线稳定运行，适于在冷轧行业推广应用。

附图说明

图1是焊机小车初始位置示意图；

图2是生产线方向的带头和带尾定位示意图；

图3是小车行走方向的带头和带尾定位示意图；

图4是焊机小车焊接前示意图；

图5是焊机小车焊接过程示意图；

图6是焊机小车焊接后示意图；

图7是焊轮焊渣形态示意图；

图8是焊轮区域示意图；

图9是除渣装置的结构示意图；

图10是气动控制原理图。

图中标记如下：焊轮1、剪子2、焊机小车3、入口夹送辊4、出口夹送辊5、保护气喷嘴6、激光头7、定位轮8、带钢边沿检测光栅9、气马达10、导向杆11、弹簧12、刀具13、1#对射光栅14、2#对射光栅15、带头16、带尾17、带钢18、方向控制阀19、流量控制阀20。

具体实施方式

本发明的激光焊机焊轮在线除渣装置包括气马达10、导向杆11、弹簧12、刀具13、方向控制阀19和流量控制阀20。

图1显示，初始位时，焊机小车3位于驱动侧，焊轮1和剪子2处于抬起状态，焊轮1不转动，此时生产线正常运行。

图2、3显示，准备阶段时，焊机小车3位于操作侧，1#对射光栅14和2#对射光栅15负责检测及计数，出口夹送辊5负责输送带尾，入口夹送辊4负责输送带头，剪子2负责剪切。同时，定位轮8和焊轮1压下，激光头7随焊轮1压下，保护气喷嘴6随焊轮1压下。

图4、5、6显示，在焊接的前、中、后过程中，焊机小车3以一定速度从操作侧向驱动侧移动，此时剪子2抬起，定位轮8、焊轮1、激光头7、保护气喷嘴6等所有压下部件根据带钢边沿检测9及计算后的距离数值陆续工作，除渣装置在焊接过程中按照预定方式对焊轮1内表面焊渣进行清除。

图4、5、6、9显示，气马达10外壳为圆柱形和长方体组合，气马达10安装在焊轮外侧的焊机小车台面上，其前端安装刀具13，刀具13位于两个下部焊轮1之间，刀具13与两个下部焊轮1内侧边缘相对。

图4、5、6、9显示，气马达10壳体的四个角分别设计有导向杆11，四个导向杆11分别与焊机小车台面通过螺纹连接，四个导向杆11为滑动轴套式设计，其轴套内表面材料为石墨等组合材料，滑动阻力小，可以实现气马达上下灵活动作。气马达外壳底部头尾各有一个深度为1.5mm的圆形浅槽，用于放置压缩弹簧，弹簧始终处于压缩状态，其对气马达10产生一个垂直向上的作用力，使气马达10前端连接的刀具13能够与焊轮1上的焊渣紧密接触，对焊渣进行切削清除。

图7显示，焊渣一般形成于焊轮1外径向内15mm的圆周与外径圆周所形成的圆环内，且下焊轮焊渣焊渣多，上焊轮焊渣少。

图8显示，气马达10在导向杆11及弹簧12共同作用下紧紧贴住焊轮1内表面，同时刀具13正反转实现两侧焊轮的除渣。

图9显示，刀具13为圆柱形，外圈有齿，齿断面上存在一个较小的弧度，即中间高，两端低，便于刀具表面与焊轮表面良好接触。其材质为SKD11，为高耐磨韧性通用冷作模具钢，其钢质纯净，具有淬透性好、淬火变形量小。因此寿命长且磨削质量好。

图10显示，气动控制阀包括方向控制阀19和流量控制阀20，方向控制阀19控制气马达10的正反转，其阀芯动作可以实现刀具13的正反转，两侧焊轮1均能被修磨到。流量控制阀20控制气马达10的转速，气马达转速可以通过流量控制阀20进行调整，因此可根据实际焊渣清除情况，随意调整刀具13磨削速度。

本发明的激光焊机焊轮在线除渣方法采用以下步骤进行：

a. 当焊机1#对射光栅14检测到带尾17时，焊机出口夹送辊5压下，同时焊机小车3由驱动侧向操作侧移动，此时带尾17不停止运行，当焊机2#对射光栅15检测到带尾17时，编码器计数，出口夹送辊5将带尾17送到剪切位；然后带头16将被按照同样的步骤被送到剪切位；焊机小车3停止在操作侧，在带头16和带尾17固定好后，焊机小车3上的剪子2执行剪切，剪切完成后的带头16和带尾17方具备焊接条件，之后上焊轮及其相关附件压下，准备工作完成，准备过程中，焊轮不旋转；

b. 焊机小车3开始由操作侧自动向驱动侧移动，当带钢边沿检测光栅9检测到带钢18的操作侧边部时，控制系统开始计算距离，焊机小车继续行走，当继续行走距离为480mm时，定位轮8压下，当继续行走距离为590mm时，除渣刀具开始旋转，激光快门打开，当继续行走距离为600mm时，焊轮1开始被动旋转，保护气体喷射，焊接进行；

c.焊接进行时，除渣装置的气马达10旋转，其输出轴带动刀具13转动，刀具13对两个下部焊轮1内侧粘结的焊渣进行切削，刀具13在方向控制阀19的控制下每间隔3.5s改变一次旋转方向，分别对入口侧焊轮1和出口侧焊轮1进行除渣，其速度可以通过手动调整流量控制阀20的开度来调整；

d. 当带钢边沿检测光栅9检测到带钢驱动侧边部时同样计算距离，定位轮8抬起，激光快门关闭，同时焊轮1停止旋转，除渣装置的气马达10停止旋转，刀具13停止转动，焊接完成；

e. 焊接完成后，操作人员根据焊缝质量确定是否放行，如放行，则焊机各部件返回初始位，为下一次焊接做准备。

在上述步骤b中，焊接持续时间如下：

带钢的宽度为900mm，用时9s～12.9s；

带钢的宽度为1200mm时，用时12s～17.1s；

带钢的宽度为1500mm时，用时15s～21.4s；

带钢的宽度为1800mm时，用时18s～25.7s；

带钢的宽度为2000mm时，用时20s～28.6s。

在上述步骤c中，除渣刀具13启停的位置分别为：带钢操作侧边部被检测到后焊机小车继续行走590mm时开始旋转，带钢驱动侧边部被检测到后焊机小车继续行走710mm停止旋转。

本发明的一个实施例如下：

除渣装置的气马达10的长度为199mm，宽度为93.5mm，高度为64mm；

气马达10的型号为TMYJ0.5-24H；

气马达输出轴的直径为18mm，长度为44mm；

刀具13最大外径52.8mm，最小外径52mm，宽度为20mm；

导向杆11的直径为10mm，长度为134mm；

弹簧12的直径为48mm，初始长度为25mm，压缩后长度为21.58mm；

方向控制阀19的型号为VF5120-5DZB-03；

流量控制阀20的型号为Z2FS6-5-4X/V。

Claims (6)

1.一种激光焊机焊轮在线除渣装置，其特征在于：它包括气马达（10）、刀具（13），气马达（10）外壳为圆柱形和长方体组合，气马达（10）安装在焊轮外侧的焊机小车台面上，气马达输出轴的前端安装刀具（13），刀具（13）位于两个下部焊轮（1）之间，刀具（13）与两个下部焊轮（1）内侧边缘相对，且与焊轮（1）紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的激光焊机焊轮在线除渣装置，其特征在于：它还有导向杆（11）和弹簧（12），气马达（10）壳体的四个角分别有导向杆（11），四个导向杆（11）分别与焊机小车台面通过螺纹连接，四个导向杆（11）有滑动轴套，气马达外壳底部头尾各有一个圆形浅槽，浅槽内放置压缩弹簧（12），弹簧（12）向上顶紧气马达（10）。

3.根据权利要求1所述的激光焊机焊轮在线除渣装置，其特征在于：所述刀具（13）为圆柱形，外圈有齿，齿断面上存在一个较小的弧度，即中间高、两端低，刀具表面与焊轮表面接触良好。

4.权利要求1所述的激光焊机焊轮在线除渣装置，其特征在于：它还有方向控制阀（19）和流量控制阀（20），方向控制阀（19）和流量控制阀（20）分别安装在在气马达（10）的输入管路中。

5.一种使用上述激光焊机焊轮在线除渣装置的除渣方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a. 夹送辊将带尾（17）、带头（16）送到剪切位，焊机小车（3）停止在操作侧，在带头（16）和带尾（17）固定好后，焊机小车（3）上的剪子（2）执行剪切，剪切完成后的带头（16）和带尾（17）具备焊接条件；

b. 焊机小车（3）开始由操作侧自动向驱动侧移动，当带钢边沿检测光栅（9）首次被带钢（18）遮挡时，小车行走编码器开始计算距离，定位轮（8）压下，激光快门打开，焊轮（1）被动旋转，除渣装置的气马达（10）开始旋转，刀具（13）开始转动，保护气体喷射，焊接进行；

c.焊接进行时，除渣装置的气马达（10）旋转，气马达输出轴带动刀具（13）转动，刀具（13）对两个下部焊轮（1）内侧粘结的焊渣进行切削，刀具（13）间隔3.5s改变一次旋转方向，分别对入口侧焊轮（1）和出口侧焊轮（1）进行除渣；

d. 当带钢边沿检测光栅（9）离开带钢不被遮挡时，小车行走编码器再次计算距离，定位轮（8）抬起，激光快门关闭，焊轮（1）停止旋转，除渣装置的气马达（10）停止旋转，刀具（13）停止转动，焊接完成；

e. 焊接完成后，操作人员根据焊缝质量确定是否放行，如放行，则焊机各部件返回初始位，为下一次焊接做准备。

6.根据权利要求4所述的激光焊机焊轮在线除渣方法，其特征在于：所述步骤c中，除渣刀具（13）启停的位置分别为：带钢操作侧边部被检测到后焊机小车继续行走590mm时开始旋转，带钢驱动侧边部被检测到后焊机小车继续行走710mm停止旋转。

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