CN112548284A - 一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置及方法 - Google Patents

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王克鸿
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Abstract

本发明公开了一种防止空心螺柱焊接熔池内涌的装置，该装置包括焊枪单元、焊枪气爪、红外信号接收器、空心螺柱、红外信号接收器探头、输气管、无极电磁气阀、储气罐、计算机、A/D信号转换器、螺柱焊机、焊接机器人、焊枪整体、工作台、输气装置。其中，红外信号接收器水平放置于工作台上，将接受到的红外信号传输至计算机，计算机将处理过的信号输入A/D信号转换器，通过转换分别发出信号至输气装置与螺柱焊机，随后焊接机器人带动焊枪整体开始进行焊接，输气装置通过计算机发出的信号实时调整气阀的通气量。本发明可以有效解决空心螺柱焊熔池内涌的问题。

Description

一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置及方法
技术领域
本发明属于螺柱焊焊接领域，具体为一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置及方法。
背景技术
空心螺柱焊焊技术是将金属空心螺柱或类似的小型回转体工件焊于大型工件表面的一种焊接方法，而空心螺柱主要应用于大型钢构件仪器仪表的固定，其有效螺纹长度将决定空心螺柱的使用。有效螺纹长度是指在为螺柱焊接完成之后熔化后的内螺纹高度，在针对空心螺柱与高强厚板构件的感应+拉弧复合热源螺柱焊接方法中，存在两个减少有效高度的过程：第一是焊接过程中电弧会熔化小部分螺纹；第二是在射钉阶段空心螺柱剧烈撞击液态熔池，熔池将会顺着中心空壁向上翻涌进而破坏可以使用的螺纹长度。由于熔池剧烈翻涌，其运动状态无法控制，不论如何调整工艺参数，内部螺纹都会因为熔池的翻涌而被破坏一部分，即有效高度总小于螺柱高度，影响仪器仪表的安装工作。所以如何最大程度减小内涌是当前空心螺柱焊技术中一个迫在眉睫的问题。
有效长度的减少会影响螺柱的实用能力，若熔池翻涌过度则可能直接导致螺柱的报废，降低螺柱的合格率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置及方法，使空心螺柱的有效螺纹部分达到指定高度，便于进一步的装配配合，有效解决了螺柱焊接头质量及力学性能不良的问题，扩大了螺柱焊的适用范围。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置，包括焊枪单元、所述的焊枪单元包括焊枪气爪、红外信号接收器、空心螺柱、红外信号接收器探头；还包括输气装置，所述的输气装置包括输气管、无极电磁气阀、储气罐，此外该装置包括计算机、A/D信号转换器、螺柱焊机、焊接机器人、焊枪、工作台；其中，红外信号放大器水平放置于工作台上，将接受到的红外信号传输至计算机，计算机将处理过的信号输入A/D信号转换器，通过转换分别发出信号至输气装置与螺柱焊机，随后焊接机器人带动焊枪开始进行焊接，输气装置通过计算机发出的信号实时调整气阀的通气量。
进一步的，红外信号接收器探头安装在焊枪单元的底部中心位置，利用空心螺柱底部熔池所释放的红外线进行测距，并将所得到的红外电信号输入红外信号接收器进行放大。
进一步的，输气管一端伸入红外信号接收器探头下方，向焊接熔池中吹气，输气管另一端连接无极电磁气阀，无极电磁气阀与储气罐相连。
进一步的，所使用的输气管末端的材料采用耐高温透明石英玻璃或透明陶瓷。
进一步的，该方法包括步骤如下：
步骤1：打开输气装置的开关，根据空心螺柱的内径调节初始输气量后，设定好焊接电流与焊接时间，开始焊接；
步骤2：待焊枪拉弧完毕，空心螺柱与母材之间形成熔池后，当电弧熄灭瞬间，螺柱焊机向红外信号接收器探头发出电信号使之开始工作；开始射钉阶段，焊枪带动螺柱下压进熔池，同时红外信号接收器实时接探头的原始信号，之后经过放大处理后输入计算机中；
步骤3：计算机根据所处理的信号对无极电磁阀进行控制，熔池的深浅通过红外信号接收器探头到熔池顶部的距离来反映；测量距离时利用脉冲法测量红外信号接收器探头与空心螺柱内部熔池底端之间的距离；红外信号接收器探头将记录从发出红外信号，经熔池反弹后回到探头的总体时间t，已知红外线速度为光速c，得出探头和熔池顶部的距离s；测得的距离会在红外信号接收器中转换成电信号，并用计算机显示和处理电信号；随着熔池内涌高度的变化，红外信号接收器探头测得的电信号波形也同步变化。计算机则根据红外信号接收器探头传来的红外信号波形的改变，向电磁阀发出增大或减小吹气量的指令，同时红外信号接收器探头反馈实时的红外信号，实现闭环控制，进而实现根据熔池的内涌高度实时控制吹气量；
步骤4：焊接结束后，红外信号接收器探头继续探测熔池到本身的距离，直至熔池完全冷却后，通过计算机得到空心螺柱的有效螺纹高度；
步骤5：升起焊枪，焊接结束。
进一步的，所使用的气体为氩气。
进一步的，探头和熔池顶部的距离s由公式距离s＝1/2(ct)。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明通过红外传感器的实时观测，根据熔池的高度随时调整气体的输入量，使得对螺纹有效高度的保护更加方便；
(2)通过控制焊接电流与吹气量对熔池进行同时控制，不仅更加有效地减小熔池内涌，而且进一步完善了空心螺柱焊的工艺参数设置方法，优化了空心螺柱焊质量控制的过程。
附图说明
图1为本发明防止空心螺柱焊熔池内涌装置及方法的总体工作图。
图2为空心螺柱焊接后有效螺纹高度示意图。
图3为防止螺柱焊熔池内涌装置的焊枪局部示意图。
图4为防止螺柱焊熔池内涌装置的输气装置图。
图5为防止螺柱焊熔池内涌装置的方法流程图。
附图标记说明
1-焊枪单元、2-焊枪气爪、3-红外信号接收器、4-空心螺柱、5-红外信号接收器探头、6-输气管、7-无极电磁气阀、8-储气罐、9-计算机、10-A/D信号转换器、11-螺柱焊机、12-焊接机器人、13-焊枪、14-工作台、15-输气装置。
具体实施方式
下面结合说明书附图对发明做进一步说明：
结合图1图2图3图4与图5，
一种防止空心螺柱焊熔池内涌的方法为：
打开输气系统15的开关，根据空心螺柱4的内径调节初始输气量后，设定好焊接电流与焊接时间，开始焊接。待焊枪13拉弧完毕，空心螺柱4与母材之间形成熔池后，当电弧熄灭瞬间，螺柱焊机11向探头5发出电信号使之开始工作。开始射钉阶段，焊枪13带动螺柱下压进熔池，同时红外信号接收器3实时接探头的原始信号，之后经过放大处理后输入计算机9中。计算机9根据所处理的信号对无极电磁阀7进行控制，熔池的深浅通过红外信号接收器探头5到熔池顶部的距离来反映。测量距离时利用脉冲法测量探头5与空心螺柱4内部熔池底端之间的距离。探头5将记录从发出红外信号，经熔池反弹后回到探头的总体时间t，已知红外线速度为光速c，由公式距离s＝1/2(ct)得出探头和熔池顶部的距离。测得的距离会在红外信号接收器3中转换成电信号，并用计算机9显示和处理电信号。随着熔池内涌高度的变化，红外信号接收器探头5测得的电信号波形也同步变化。计算机9则根据探头5传来的红外信号波形的改变，向电磁阀7发出增大或减小吹气量的指令，同时探头5反馈实时的红外信号，实现闭环控制，进而实现根据熔池的内涌高度实时控制吹气量。
焊接结束后，红外信号接收器探头5继续探测熔池到本身的距离，直至熔池完全冷却后，通过计算机9得到空心螺柱4的有效螺纹高度，熔池凝固形成的凸台较为完整。升起焊枪13，焊接结束。
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
对内径为12mm的空心螺柱进行焊接时，防止熔池内涌的步骤如下：打开输气系统15的开关，根据空心螺柱4的内径12mm调节初始输气量为20L/min后，设定焊接电流为700A，焊接时间为400ms，开始焊接。打开输气系统15的开关，根据空心螺柱4的内径调节初始输气量后，设定好焊接参数，开始焊接。待焊枪13拉弧完毕，空心螺柱4与母材之间形成熔池后，当电弧熄灭瞬间，螺柱焊机11向探头5发出电信号使之开始工作。开始射钉阶段，焊枪13带动螺柱下压进熔池，同时红外信号接收器3实时接探头的原始信号，之后经过放大处理后输入计算机9中。计算机9根据所处理的信号对无极电磁阀7进行控制，熔池的深浅通过红外信号接收器探头5到熔池顶部的距离来反映。测量距离时利用脉冲法测量探头5与空心螺柱4内部熔池底端之间的距离。探头5将记录从发出红外信号，经熔池反弹后回到探头的总体时间t，已知红外线速度为光速c，由公式距离s＝1/2(ct)得出探头和熔池顶部的距离。测得的距离会在红外信号接收器3中转换成电信号，并用计算机9显示和处理电信号。随着熔池内涌高度的变化，红外信号接收器探头5测得的电信号波形也同步变化。计算机9则根据探头5传来的红外信号波形的改变，向电磁阀7发出增大或减小吹气量的指令，同时探头5反馈实时的红外信号，实现闭环控制，进而实现根据熔池的内涌高度实时控制吹气量。
焊接结束后，红外信号接收器探头5继续探测熔池到本身的距离，直至熔池完全冷却后，通过计算机9得到空心螺柱4的有效螺纹高度，空心螺柱底部熔池凝固形成的凸台较为完整，且高度不超过2mm。升起焊枪13，焊接结束。
实施例2
对内径为16mm的空心螺柱进行焊接时，防止熔池内涌的步骤如下：打开输气系统15的开关，根据空心螺柱4的内径16mm调节初始输气量为30L/min后，设定焊接电流为600A，焊接时间为1100ms，开始焊接。打开输气系统15的开关，根据空心螺柱4的内径调节初始输气量后，设定好焊接参数，开始焊接。待焊枪13拉弧完毕，空心螺柱4与母材之间形成熔池后，当电弧熄灭瞬间，螺柱焊机11向探头5发出电信号使之开始工作。开始射钉阶段，焊枪13带动螺柱下压进熔池，同时红外信号接收器3实时接探头的原始信号，之后经过放大处理后输入计算机9中。计算机9根据所处理的信号对无极电磁阀7进行控制，熔池的深浅通过红外信号接收器探头5到熔池顶部的距离来反映。测量距离时利用脉冲法测量探头5与空心螺柱4内部熔池底端之间的距离。探头5将记录从发出红外信号，经熔池反弹后回到探头的总体时间t，已知红外线速度为光速c，由公式距离s＝1/2(ct)得出探头和熔池顶部的距离。测得的距离会在红外信号接收器3中转换成电信号，并用计算机9显示和处理电信号。随着熔池内涌高度的变化，红外信号接收器探头5测得的电信号波形也同步变化。计算机9则根据探头5传来的红外信号波形的改变，向电磁阀7发出增大或减小吹气量的指令，同时探头5反馈实时的红外信号，实现闭环控制，进而实现根据熔池的内涌高度实时控制吹气量。
焊接结束后，红外信号接收器探头5继续探测熔池到本身的距离，直至熔池完全冷却后，通过计算机9得到空心螺柱4的有效螺纹高度，空心螺柱底部熔池凝固形成的凸台较为完整，且高度不超过2mm。升起焊枪13，焊接结束。

Claims (7)

1.一种防止空心螺柱焊熔池内涌的装置，其特征在于：包括焊枪单元(1)、所述的焊枪单元(1)包括焊枪气爪(2)、红外信号接收器(3)、空心螺柱(4)、红外信号接收器探头(5)；还包括输气装置(15)，所述的输气装置(15)包括输气管(6)、无极电磁气阀(7)、储气罐(8)，此外该装置包括计算机(9)、A/D信号转换器(10)、螺柱焊机(11)、焊接机器人(12)、焊枪(13)、工作台(14)；其中，红外信号放大器(3)水平放置于工作台(14)上，将接受到的红外信号传输至计算机(9)，计算机(9)将处理过的信号输入A/D信号转换器(10)，通过转换分别发出信号至输气装置(15)与螺柱焊机(11)，随后焊接机器人(12)带动焊枪(13)开始进行焊接，输气装置(15)通过计算机(9)发出的信号实时调整气阀的通气量。
2.根据权利要求1所述的防止空心螺柱焊熔池内涌的焊枪装置，其特征在于：红外信号接收器探头(5)安装在焊枪单元(1)的底部中心位置，利用空心螺柱(4)底部熔池所释放的红外线进行测距，并将所得到的红外电信号输入红外信号接收器(3)进行放大。
3.根据权利要求1所述的防止空心螺柱焊熔池内涌的焊枪装置，其特征在于：输气管(6)一端伸入红外信号接收器探头(5)下方，向焊接熔池中吹气，输气管另一端连接无极电磁气阀(7)，无极电磁气阀(7)与储气罐(8)相连。
4.根据权利要求1防止空心螺柱焊接熔池内涌的方法，其特征在于：所使用的输气管(6)末端的材料采用耐高温透明石英玻璃或透明陶瓷。
5.一种基于权利要求1-4所述的防止空心螺柱焊熔池内涌的装置防止内涌的方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
步骤1：打开输气装置(15)的开关，根据空心螺柱(4)的内径调节初始输气量后，设定好焊接电流与焊接时间，开始焊接；
步骤2：待焊枪(13)拉弧完毕，空心螺柱(4)与母材之间形成熔池后，当电弧熄灭瞬间，螺柱焊机(11)向红外信号接收器探头(5)发出电信号使之开始工作；开始射钉阶段，焊枪(13)带动螺柱下压进熔池，同时红外信号接收器(3)实时接探头的原始信号，之后经过放大处理后输入计算机(9)中；
步骤3：计算机(9)根据所处理的信号对无极电磁阀(7)进行控制，熔池的深浅通过红外信号接收器探头(5)到熔池顶部的距离来反映；测量距离时利用脉冲法测量红外信号接收器探头(5)与空心螺柱(4)内部熔池底端之间的距离；红外信号接收器探头(5)将记录从发出红外信号，经熔池反弹后回到探头的总体时间t，已知红外线速度为光速c，得出探头和熔池顶部的距离s；测得的距离会在红外信号接收器(3)中转换成电信号，并用计算机(9)显示和处理电信号；随着熔池内涌高度的变化，红外信号接收器探头(5)测得的电信号波形也同步变化；计算机(9)则根据红外信号接收器探头(5)传来的红外信号波形的改变，向电磁阀(7)发出增大或减小吹气量的指令，同时红外信号接收器探头(5)反馈实时的红外信号，实现闭环控制，进而实现根据熔池的内涌高度实时控制吹气量；
步骤4：焊接结束后，红外信号接收器探头(5)继续探测熔池到本身的距离，直至熔池完全冷却后，通过计算机(9)得到空心螺柱(4)的有效螺纹高度；
步骤5：升起焊枪(13)，焊接结束。
6.根据权利要求5所述的防止空心螺柱焊接熔池内涌的方法，其特征在于：所使用的气体为氩气。
7.根据权利要求5所述的防止空心螺柱焊接熔池内涌的方法，其特征在于：探头和熔池顶部的距离s由公式距离s＝1/2(ct)。
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