CN111421198A - 一种金属管材局部快速焊接的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属管材局部快速焊接的装置及方法，属于焊接的技术领域，两块金属管材A和金属管材B的待焊接处套装圆环焊接钎料，所述圆环焊接钎料外套有外齿轮三爪卡盘，所述外齿轮三爪卡盘为齿轮结构，所述外齿轮三爪卡盘通过齿轮传动连接轴齿轮，所述轴齿轮的轴心处安装正电滑刷；所述金属管材B轴心处安装凸轮轴，所述凸轮轴靠近金属管材B的端面安装负电滑刷，所述凸轮轴对应圆环焊接钎料位置处安装内孔三爪卡盘；所述外齿轮三爪卡盘的内圈和内孔三爪卡盘的外圈上安装石墨电极。本发明具有对焊接钎料的均匀加热的效果，从而解决感应钎焊过程中焊接钎料内外表面温差较大的问题。

Description

一种金属管材局部快速焊接的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种金属管材局部快速焊接的装置及方法，属于焊接的技术领域。

背景技术

现有的机械加工工艺中经常需要将两个金属管材焊接在一起，因而金属管的焊接加工是金属管加工过程中的一道重要的加工步骤。感应钎焊是一种比较清洁的环保的加热焊接方式，但是由于在管材感应钎焊的过程中有圆环效应的存在，使得热量大量集中焊接钎料的外表面，导致管材的焊接质量变差。为了解决感应钎焊过程中焊接的内表面的温度和外表面的温度相差较大的缺陷，本发明提供了一种可均匀加热管材和焊接钎料的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属管材局部快速焊接的装置及方法，具有对焊接钎料的均匀加热的效果，从而解决感应钎焊过程中焊接钎料内外表面温差较大的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属管材局部快速焊接的装置及方法，两块金属管材A和金属管材B的待焊接处套装圆环焊接钎料，所述圆环焊接钎料外套有外齿轮三爪卡盘，所述外齿轮三爪卡盘为齿轮结构，所述外齿轮三爪卡盘通过齿轮传动连接轴齿轮，所述轴齿轮的轴心处安装正电滑刷；所述金属管材B轴心处安装凸轮轴，所述凸轮轴靠近金属管材B的端面安装负电滑刷，所述凸轮轴对应圆环焊接钎料位置处安装内孔三爪卡盘；所述外齿轮三爪卡盘的内圈和内孔三爪卡盘的外圈上安装石墨电极。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述凸轮轴对应内孔三爪卡盘位置处安装轴承，所述轴承上通过安装传动齿轮与内孔三爪卡盘齿轮连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述内孔三爪卡盘和外齿轮三爪卡盘上分别安装三个石墨电极爪，所述石墨电极安装在石墨电极爪上的卡槽内，所述石墨电极材料为人工石墨。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述正电滑刷与轴齿轮的齿轮面之间设有绝缘；所述正电滑刷的刷针插入轴齿轮的轴上，所述负电滑刷的刷针插入到凸轮轴上，所述正电滑刷和负电滑刷固定安装在机架上。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述外齿轮三爪卡盘一侧固定安装有齿轮端盖A，所述内孔三爪卡盘一侧固定安装齿轮端盖B，所述石墨电极爪安装在齿轮端盖A和齿轮端盖B上，所述齿轮端盖A和齿轮端盖B上分别设置有用于固定外齿轮三爪卡盘和内孔三爪卡盘的旋紧齿轮A和旋紧齿轮B。

本发明技术方案的进一步改进在于：包括以下步骤：

步骤一：利用有限元仿真软件建立有限元模型进行仿真，确定外齿轮三爪卡盘上的石墨电极和金属管材A的焊接端面之间的距离和内孔三爪卡盘上的石墨电极与金属管材B的焊接端面之间的距离，同时确定脉冲电流参数和金属管材A及金属管材B挤压过程中的进给量和进给速度；

步骤二：根据仿真的结果调整金属管材A在外齿轮三爪卡盘的位置，拧紧旋紧齿轮A，固定外齿轮三爪卡盘的位置，以及根据仿真结果调整内孔三爪卡盘在金属管材B中位置，拧紧旋紧齿轮B，固定内孔三爪卡盘的位置；

步骤三：启动电机，使得轴齿轮和凸轮轴旋转，齿轮轴带动外齿轮三爪卡盘旋转，从而带动石墨电极在金属管材A的外表面旋转，凸轮轴带动内孔三爪卡盘旋转，从而带动石墨电极在金属管材B的内表面旋转；

步骤四：将两个正电滑刷与脉冲电源正极相连，负电滑刷与脉冲电源负极相连，启动脉冲电源，电流从正电滑刷导入，经过轴齿轮、外齿轮三爪卡盘、外齿轮三爪卡盘上的石墨电极、金属管材A、圆环焊接钎料、金属管材B、内孔三爪卡盘上的石墨电极、凸轮轴、负电滑刷回到脉冲电源负极；

步骤五：当圆环焊接钎料达到熔融状态时，金属管材A按照进给方向A和金属管材B按照进给方向B进行挤压，并在此压力下保持5s~10s；

步骤六：关闭脉冲电源，自然冷却至室温，完成一次焊接。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：

1、本装置在金属管材的内表面和外表面均匀放置三个可调节尺寸的石墨电极，可焊接不同尺寸的金属管材。

2、本发明装置将电流从管材A的外表面导入管材B的内表面，使得管材之间的焊接钎料均匀加热，焊接钎料的内外侧温度均匀，解决了感应钎焊不能同时加热焊接钎料内外侧的问题，提高了金属管材的焊接质量。

3、本发明利用金属管材和焊接钎料自身的电阻进行加热，是一种局部快速加热的方法，可以提高加工效率。

附图说明

图1是本发明装置的轴测视图；

图2是本发明装置的外齿轮三爪卡盘和轴齿轮啮合示意图；

图3是本发明装置的齿轮端盖A和旋紧齿轮A啮合示意图；

图4是本发明装置的齿轮端盖A和石墨电极爪的装配示意图；

图5是本发明装置的内孔三爪卡盘和金属管材B的装配示意图；

图6是本发明装置的内孔三爪卡盘和凸轮轴的装配示意图；

图7是本发明装置的齿轮端盖B和旋紧齿轮B啮合示意图；

图8是本发明装置的齿轮端盖B和石墨电极爪的装配示意图；

图9是本发明装置的石墨电极爪的零件图；

图10是本发明装置的石墨电极零件图。

其中，1-金属管材A；2-旋紧齿轮A；3-外齿轮三爪卡盘；4-金属管材B；5-负电滑刷；6-圆环焊接钎料；7-正电滑刷；8-轴齿轮；9-石墨电极爪；10-石墨电极；11-齿轮端盖A；12-内孔三爪卡盘；13-旋紧齿轮B；14-传动齿轮；15-轴承；16-凸轮轴；17-齿轮端盖B。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明公开了一种金属管材局部快速焊接的装置，如图1-10所示，在图1中A为金属管材A1的进给方向，B为金属管材B4的进给方向。在两块待焊接的金属管材A1和金属管材B4，在两块金属管材的待焊接处通过套装安装圆环焊接钎料6，同时在对应圆环焊接钎料6的位置处在外安装外齿轮三爪卡盘3和内孔三爪卡盘12，外齿轮三爪卡盘3的内圈上和内孔三爪卡盘12的外圈上分别等间距等角度固定安装三个石墨电极10，石墨电极10为圆柱结构，石墨电极10安装在石墨电极爪9的卡槽内，外齿轮三爪卡盘3上的石墨电极10抵在圆环焊接钎料6表面上，石墨电极10和石墨电极爪9选用的材料为人工石墨。

外齿轮三爪卡盘3为齿轮结构，通过外齿轮连接轴齿轮8，轴齿轮8与外部电极相连，在轴齿轮8两侧轴齿轮上固定安装正电滑刷7；另外内孔三爪卡盘12安装在两个金属管材的轴心处的凸轮轴16上，凸轮轴16对应内孔三爪卡盘12的位置处安装有轴承15，轴承15上通过安装传动齿轮14与内孔三爪卡盘12进行传动连接，来带动转动；在凸轮轴16靠近金属管材B4的端面位置处安装负电滑刷5。负电滑刷5与凸轮轴16和正电滑刷7与轴齿轮8之间设有绝缘；正电滑刷7和负电滑刷5是固定安装在机架上，通过刷针抵在轴上进行导电，当轴在转动的时候，正电滑刷7和负电滑刷5不转动。

外齿轮三爪卡盘3一侧固定安装有齿轮端盖A11，内孔三爪卡盘12一侧固定安装齿轮端盖B17，石墨电极爪9安装在齿轮端盖A2和齿轮端盖B13上，石墨电极爪9为T形结构，在石墨电极爪9的头部开有用于放置石墨电极10的卡槽，石墨电极爪9的身部两侧开有锯齿与齿轮端盖A2和齿轮端盖B13进行连接。齿轮端盖A11和齿轮端盖B17上分别设置有用于固定外齿轮三爪卡盘3和内孔三爪卡盘12的旋紧齿轮A2和旋紧齿轮B13。

本发明还公开了一种金属管材局部快速焊接的方法，包括以下步骤：

步骤一：利用有限元仿真软件建立有限元模型进行仿真，确定外齿轮三爪卡盘3上的石墨电极10和金属管材A1的焊接端面之间的距离和内孔三爪卡盘12上的石墨电极10与金属管材B4的焊接端面之间的距离，同时确定脉冲电流参数和金属管材A1及金属管材B4挤压过程中的进给量和进给速度；

步骤二：根据仿真的结果调整金属管材A1在外齿轮三爪卡盘3的位置，拧紧旋紧齿轮A2，固定外齿轮三爪卡盘3的位置，以及根据仿真结果调整内孔三爪卡盘12在金属管材B4中位置，拧紧旋紧齿轮B13，固定内孔三爪卡盘12的位置；

步骤三：启动电机，使得轴齿轮8和凸轮轴16旋转，齿轮轴带动外齿轮三爪卡盘3旋转，从而带动石墨电极10在金属管材A1的外表面旋转，凸轮轴16带动内孔三爪卡盘12旋转，从而带动石墨电极10在金属管材B4的内表面旋转；

步骤四：将两个正电滑刷7与脉冲电源正极相连，负电滑刷5与脉冲电源负极相连，启动脉冲电源，电流从正电滑刷7导入，经过轴齿轮8、外齿轮三爪卡盘3、外齿轮三爪卡盘3上的石墨电极10、金属管材A1、圆环焊接钎料6、金属管材B4、内孔三爪卡盘12上的石墨电极10、凸轮轴16、负电滑5刷回到脉冲电源负极；

步骤五：当圆环焊接钎料6达到熔融状态时，金属管材A1按照进给方向A和金属管材B4按照进给方向B进行挤压，并在此压力下保持5s~10s；

步骤六：关闭脉冲电源，自然冷却至室温，完成一次焊接。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理等所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

本发明的说明书中列举了各种组分的可选材料，但是本领域技术人员应该理解：上述组分材料的列举并非限制性的，也非穷举性的，各种组分都可以用其他本发明说明书中未提到的等效材料替代，而仍可以实现本发明的目的。说明书中所提到的具体实施例也是仅仅起到解释说明的目的，而不是为例限制本发明的范围。

另外，本发明每一个组分的用量范围包括说明书中所提到的任意下限和任意上限的任意组合，也包括各具体实施例中该组分的具体含量作为上限或下限组合而构成的任意范围：所有这些范围都涵盖在本发明的范围内，只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。说明书中所列举的本发明的每一个特征，可以与本发明的其他任意特征组合，这种组合也都在本发明的公开范围内，只是为了节省篇幅，这些组合而成的范围未在说明书中一一列举。

Claims (6)

1.一种金属管材局部快速焊接的装置，其特征在于：两块金属管材A（1）和金属管材B（4）的待焊接处套装圆环焊接钎料（6），所述圆环焊接钎料（6）外套有外齿轮三爪卡盘（3），所述外齿轮三爪卡盘（3）为齿轮结构，所述外齿轮三爪卡盘（3）通过齿轮传动连接轴齿轮（8），所述轴齿轮（8）两侧的轴心处安装正电滑刷（7）；所述金属管材B（4）轴心处安装凸轮轴（16），所述凸轮轴（16）靠近金属管材B（4）的端面安装负电滑刷（5），所述凸轮轴（16）对应圆环焊接钎料（6）位置处安装内孔三爪卡盘（12）；所述外齿轮三爪卡盘（3）的内圈和内孔三爪卡盘（12）的外圈上安装石墨电极（10）。

2.根据权利要求1所述的一种金属管材局部快速焊接的装置，其特征在于：所述凸轮轴（16）对应内孔三爪卡盘（6）位置处安装轴承（15），所述轴承（15）上通过安装传动齿轮（14）与内孔三爪卡盘（6）齿轮连接。

3.根据权利要求1所述的一种金属管材局部快速焊接的装置，其特征在于：所述内孔三爪卡盘（12）和外齿轮三爪卡盘（3）上分别安装三个石墨电极爪（9），所述石墨电极（10）安装在石墨电极爪（9）上的卡槽内，所述石墨电极（10）材料为人工石墨。

4.根据权利要求1所述的一种金属管材局部快速焊接的装置，其特征在于：所述正电滑刷（7）与轴齿轮（8）的齿轮面之间设有绝缘；所述正电滑刷（7）的刷针插入轴齿轮（8）的轴上，所述负电滑刷（5）的刷针插入到凸轮轴（16）上，所述正电滑刷（7）和负电滑刷（5）固定安装在机架上。

5.根据权利要求3所述的一种金属管材局部快速焊接的装置，其特征在于：所述外齿轮三爪卡盘（3）一侧固定安装有齿轮端盖A（11），所述内孔三爪卡盘（12）一侧固定安装齿轮端盖B（17），所述石墨电极爪（9）安装在齿轮端盖A（2）和齿轮端盖B（13）上，所述齿轮端盖A（11）和齿轮端盖B（17）上分别设置有用于固定外齿轮三爪卡盘（3）和内孔三爪卡盘（12）的旋紧齿轮A（2）和旋紧齿轮B（13）。

6.一种金属管材局部快速焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用有限元仿真软件建立有限元模型进行仿真，确定外齿轮三爪卡盘（3）上的石墨电极（10）和金属管材A（1）的焊接端面之间的距离和内孔三爪卡盘（12）上的石墨电极（10）与金属管材B（4）的焊接端面之间的距离，同时确定脉冲电流参数和金属管材A（1）及金属管材B（4）挤压过程中的进给量和进给速度；

步骤二：根据仿真的结果调整金属管材A（1）在外齿轮三爪卡盘（3）的位置，拧紧旋紧齿轮A（2），固定外齿轮三爪卡盘（3）的位置，以及根据仿真结果调整内孔三爪卡盘（12）在金属管材B（4）中位置，拧紧旋紧齿轮B（13），固定内孔三爪卡盘（12）的位置；

步骤三：启动电机，使得轴齿轮（8）和凸轮轴（16）旋转，齿轮轴带动外齿轮三爪卡盘（3）旋转，从而带动石墨电极（10）在金属管材A（1）的外表面旋转，凸轮轴（16）带动内孔三爪卡盘（12）旋转，从而带动石墨电极（10）在金属管材B（4）的内表面旋转；

步骤四：将两个正电滑刷（7）与脉冲电源正极相连，负电滑刷（5）与脉冲电源负极相连，启动脉冲电源，电流从正电滑刷（7）导入，经过轴齿轮（8）、外齿轮三爪卡盘（3）、外齿轮三爪卡盘（3）上的石墨电极（10）、金属管材A（1）、圆环焊接钎料（6）、金属管材B（4）、内孔三爪卡盘（12）上的石墨电极（10）、凸轮轴（16）、负电滑刷（5）回到脉冲电源负极；

步骤五：当圆环焊接钎料（6）达到熔融状态时，金属管材A（1）按照进给方向A和金属管材B（4）按照进给方向B进行挤压，并在此压力下保持5s~10s；

步骤六：关闭脉冲电源，自然冷却至室温，完成一次焊接。

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