CN112975086A - 一种端塞压力电阻焊装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料焊接技术领域，特别涉及一种端塞压力电阻焊装置。包括压塞机构、端塞上料机构、焊室组件及包壳管上料机构，其中焊室组件用于端塞和包壳管之间的压力电阻焊；包壳管上料机构设置于焊室组件的一侧，用于将包壳管输送至焊室组件内；压塞机构设置于焊室组件的另一侧，用于将端塞输送至焊室组件内、且压装至包壳管内；端塞上料机构设置于压塞机构的一侧，用于将端塞输送至压塞机构内。本发明除人工将工件上料至指定工位外，整个运行过程无需人工操作干预，自动化程度较高，系统控制方便，节省工序时间，节省人工成本，生产效率较高。

Description

一种端塞压力电阻焊装置

技术领域

本发明属于金属材料焊接技术领域，特别涉及一种端塞压力电阻焊装置。

背景技术

电阻焊接作为一种全新的焊接方法，发明于十九世纪末，发明的背景为薄板钣金件的铆接连接方法。薄板铆接的工艺过程：薄板打孔→薄板装配→穿铆钉→压铆。薄板铆接作为一种薄板搭接连接方法在早期的汽车、航空领域获得了广泛应用，但其缺点也很突出：一是需要预先打孔或边装配边打孔，打孔的工艺过程对装配质量和作业效率都有较大的影响；二是需要大量特制的铆钉，软质金属铆钉用于连接薄板，不但增加了制造成本，还会增加结构本身的重量，而电阻点焊连接方法的发明完美地解决了薄板铆接连接的缺点。

电阻焊经过几十年的应用发展，在二十世纪二十年代，电阻焊成为一种薄板搭接连接的高效、高质量的焊接连接方法，并在汽车、航空、原子能、家用电器等许多领域获得广泛应用。近代工业的迅猛发展、新材料、新结构的应用，对电阻焊方法也提出了更高的要求：能量输入更精确、压力大小更精确、焊点质量更高、结构焊接变形更小、焊接密封气氛更严等。传统的电阻焊枪既无法精确控制焊点压紧力的大小，而且也无法消除由于工件装配精度误差、焊枪位置控制精度误差产生的累积误差影响，会发生精密结构件的焊接错位甚至变形，会造成产品结构尺寸超差而报废。因此，传统的电阻焊设备明显无法满足精密结构件的焊接要求。

发明内容

针对传统电阻焊在精密结构件点焊方面存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种端塞压力电阻焊装置，以解决传统结构的焊枪无论从结构尺寸大小和焊接变形控制，还是焊点质量方面都无法满足产品的焊接要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用一些技术方案：

一种端塞压力电阻焊装置，包括

焊室组件，用于端塞和包壳管之间的压力电阻焊；

包壳管上料机构，设置于所述焊室组件的一侧，用于将包壳管输送至所述焊室组件内；

压塞机构，设置于所述焊室组件的另一侧，用于将端塞输送至所述焊室组件内、且压装至所述包壳管内；

端塞上料机构，设置于所述压塞机构的一侧，用于将端塞输送至所述压塞机构内。

所述焊室组件包括焊枪电极密封装置、顶锻气缸、包壳管密封装置及焊室本体，其中焊枪电极密封装置和包壳管密封装置分别设置于所述焊室本体的一相对两侧，所述焊室本体的另一相对两侧分别设有两个顶锻气缸，所述焊枪电极密封装置与所述压塞机构相对应；所述包壳管密封装置与所述包壳管上料机构相对应。

所述端塞上料机构包括端塞振动上料机构、端塞夹持机构、摆动机构及平移机构，其中端塞振动上料机构用于完成将端塞输送至指定的上料缓存位；所述平移机构设置于所述上料缓存位的一侧，所述升降机构设置于所述平移机构上，所述摆动机构设置于所述升降机构上，所述端塞夹持机构设置于所述摆动机构上。

所述摆动机构包括摆动机构Ⅰ和摆动机构Ⅱ，所述摆动机构Ⅱ设置于所述升降机构上，所述摆动机构Ⅰ与所述摆动机构Ⅱ连接，所述摆动机构Ⅰ和所述摆动机构Ⅱ的摆动轴线相互垂直；所述端塞夹持机构设置于所述摆动机构Ⅰ上。

所述压塞机构包括压塞气缸、支座、自对中连接件、连接法兰、焊枪电极、电极连接件、直线导轨副及绝缘连接板，其中压塞气缸设置于支座上、且输出端与自对中连接件和连接法兰连接，所述连接法兰与绝缘连接板连接，所述焊枪电极设置于所述绝缘连接板上、且与直线导轨副连接，所述直线导轨副沿靠近或远离所述焊室组件方向设置；所述电极连接件设置于所述焊枪电极的末端。

所述焊枪电极相对所述直线导轨副的连接位置可调，所述焊枪电极和所述直线导轨副之间的连接位置通过设置于所述直线导轨副上的调节机构调整。

所述直线导轨副包括用于限制直线行程的缓冲限位组件。

所述包壳管上料机构包括依次设置的包壳管挡停定位机构、包壳管抱紧机构及包壳管夹持上料机构，其中，

所述包壳管夹持上料机构用于夹持及输送包壳管；

所述包壳管挡停定位机构用于挡停或放行所述包壳管；

所述包壳管抱紧机构用于抱紧被所述包壳管挡停定位机构挡停且所述包壳管夹持上料机构后退过程中的包壳管。

所述包壳管夹持上料机构包括直线移动机构、无杆气缸及夹持夹爪，其中无杆气缸设置于直线移动机构上，所述夹持夹爪设置于所述无杆气缸上。

所述包壳管挡停定位机构包括平行气缸及设置于所述平行气缸输出端的挡停夹爪；所述包壳管抱紧机构平行气缸及设置于所述平行气缸输出端的抱紧夹爪。

本发明的优点及有益效果是：

本发明与传统焊枪的区别是压缩空气采用比例阀控制，并采用高精度压力传感器实时反馈电极触点压力值。这样在实际焊接操作中可以在一定范围内调节压力值，控制精度可以达到±2N，具体压力值由压力传感器反馈给系统控制器，进而调节焊接压力的大小及实现恒定控制。而传统焊枪压缩空气直接作用气缸，压力的大小不可调，且管道内的气体压力存在大范围波动，对焊接质量产生不利的影响。

本发明除人工将工件上料至指定工位外，整个运行过程无需人工操作干预，自动化程度较高，系统控制方便，节省工序时间，节省人工成本，生产效率较高。

附图说明

图1为本发明端塞压力电阻焊装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明中端塞上料机构的结构示意图；

图4为本发明中压塞机构的结构示意图；

图5为本发明中调节机构的结构示意图之一；

图6为本发明中调节机构的结构示意图之二；

图7为本发明中包壳管上料机构的结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为本发明中焊室组件的结构示意图。

图中：1为压塞机构，101为压塞气缸，102为支座，103为自对中连接件，104为连接法兰，105为竖直调节螺钉，106为锁紧螺母，107为焊枪电极，108为电极连接件，109为缓冲限位组件，110为直线导轨副，111为绝缘连接板，112为浮动块，113为平移座，114为水平调节螺钉；

2为端塞上料机构，201为端塞振动上料机构，202为端塞夹持机构，203为摆动机构Ⅰ，204为摆动机构二，205为升降机构，206为平移机构；

3为焊室组件，301为焊枪电极密封装置，302为顶锻气缸，303为包壳管密封装置，304为焊室本体；

4为包壳管上料机构，401为包壳管挡停定位机构，402为包壳管抱紧机构，403为包壳管夹持上料机构，404为包壳管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种端塞压力电阻焊装置，包括压塞机构1、端塞上料机构2、焊室组件3及包壳管上料机构4，其中焊室组件3用于端塞和包壳管之间的压力电阻焊；包壳管上料机构4设置于焊室组件3的一侧，用于将包壳管输送至焊室组件3内；压塞机构1设置于焊室组件3的另一侧，用于将端塞输送至焊室组件3内、且压装至包壳管内；端塞上料机构2设置于压塞机构1的一侧，用于将端塞输送至压塞机构1内。

如图3所示，端塞上料机构2包括端塞振动上料机构201、端塞夹持机构202、摆动机构及平移机构206，其中端塞振动上料机构201用于完成将端塞输送至指定的上料缓存位；平移机构206设置于上料缓存位的一侧，升降机构205设置于平移机构206上，摆动机构设置于升降机构205上，端塞夹持机构202设置于摆动机构上。

摆动机构包括摆动机构Ⅰ203和摆动机构Ⅱ204，摆动机构Ⅱ204设置于升降机构205上，摆动机构Ⅰ203与摆动机构Ⅱ204连接，摆动机构Ⅰ203和摆动机构Ⅱ204的摆动轴线相互垂直；端塞夹持机构202设置于摆动机构Ⅰ203上。

本发明的实施例中，端塞夹持机构202由平行气缸和夹爪组成；摆动机构Ⅱ204绕竖直轴线转动，摆动机构Ⅰ203绕水平轴线转动。

端塞上料机构2的工作流程为：端塞夹持机构202将端塞振动上料机构201上的端塞上料缓存位最前端的端塞夹持住，然后升降机构205升起并带动端塞夹持机构202、摆动机构Ⅰ203及摆动机构Ⅱ204一同升起，摆动机构Ⅰ203绕水平轴顺时针旋转90°，摆动机构Ⅱ204绕竖直顺时针旋转90°，平移机构206向左滑动，于是将端塞送至压塞机构1的焊枪电极内，然后平移机构206向右滑动，摆动机构Ⅱ204逆时针旋转90°，摆动机构Ⅰ203逆时针旋转90°，升降机构205带动端塞夹持机构202、摆动机构Ⅰ203及摆动机构Ⅱ204一同下降，端塞夹持机构202的夹爪打开。

如图4所示，压塞机构1包括压塞气缸101、支座102、自对中连接件103、连接法兰104、焊枪电极107、电极连接件108、直线导轨副110及绝缘连接板111，其中压塞气缸101设置于支座102上、且输出端与自对中连接件103和连接法兰104连接，连接法兰104与绝缘连接板111连接，焊枪电极107设置于绝缘连接板111上、且与直线导轨副110连接，并通过锁紧螺母206锁紧于直线导轨副110上，直线导轨副110沿靠近或远离焊室组件3方向设置；电极连接件108设置于焊枪电极107的末端。

焊枪电极107相对直线导轨副110的连接位置可调，焊枪电极107和直线导轨副110之间的连接位置通过设置于直线导轨副110上的调节机构调整。

直线导轨副110包括直线驱动机构、平移座113及缓冲限位组件109，其中平移座113设置于直线驱动机构，直线驱动机构的两端设有缓冲限位组件109，缓冲限位组件109用于限制平移座113的行程，且起缓冲作用。本发明的实施例中，直线驱动机构采用气缸驱动。

如图5-6所示，调节机构包括浮动块112、水平调节螺钉114及竖直调节螺钉105，其中浮动块112螺纹连接于焊枪电极107的外侧，且容置于平移座113内设有的凹槽内。水平调节螺钉114螺纹连接于平移座113的侧面，且端部与浮动块112抵接，用于调整浮动块112的水平位置；竖直调节螺钉105螺纹连接于平移座113的顶部，且端部与浮动块112抵接，用于调整浮动块112的竖直方向的位置。通过水平调节螺钉114和竖直调节螺钉105调整好浮动块112和焊枪电极107的位置后，通过锁紧螺母106将焊枪电极107锁紧在平移座113上。

如图7-8所示，包壳管上料机构4包括依次设置的包壳管挡停定位机构401、包壳管抱紧机构402及包壳管夹持上料机构403，其中包壳管夹持上料机构403用于夹持及输送包壳管404；包壳管挡停定位机构401用于挡停或放行包壳管404；包壳管抱紧机构402用于抱紧被包壳管挡停定位机构401挡停且包壳管夹持上料机构403后退过程中的包壳管404。

本发明的实施例中，包壳管夹持上料机构403包括直线移动机构、无杆气缸及加持夹爪，其中无杆气缸设置于直线移动机构上，加持夹爪设置于无杆气缸上。包壳管挡停定位机构401包括平行气缸及设置于平行气缸输出端的挡停夹爪；包壳管抱紧机构402平行气缸及设置于平行气缸输出端的抱紧夹爪。

包壳管上料机构4的工作流程为：包壳管404上料至包壳管夹持上料机构403上，包壳管挡停定位机构401挡停夹爪闭合，包壳管夹持上料机构403夹持包壳管404向左移动至包壳管挡停定位机构401挡停夹爪处停止；然后包壳管抱紧机构402抱紧包壳管404，包壳管夹持上料机构403松开退回后再次夹持包壳管404，包壳管挡停定位机构401和包壳管抱紧机构402松开，包壳管夹持上料机构403夹持包壳管404再次向左移动，于是将包壳管404送至焊室组件3内。

如图9所示，焊室组件3包括焊枪电极密封装置301、顶锻气缸302、包壳管密封装置303及焊室本体304，其中焊枪电极密封装置301和包壳管密封装置303分别设置于焊室本体304的一相对两侧，焊室本体304的另一相对两侧分别设有两个顶锻气缸302，焊枪电极密封装置301与压塞机构1相对应；包壳管密封装置303与包壳管上料机构4相对应。

本发明的端塞压力电阻焊装置的应用背景是某燃料棒端塞与包壳管的电阻焊接，在产品制造过程中，一批相同尺寸燃料棒端塞按一定顺序分别与一定顺序的包壳管组对焊接，产品要求利用压力电阻焊的方法将端塞与包壳管焊接成一个整体，且产品结构尺寸的精度要求严格，焊点质量要求高。

本发明的工作原理是：将端塞和包壳管装配成对接接头，在较小的挤压力作用下，使端塞配合面与包壳管端面直接接触，使被焊工件压紧在两个电极之间，并通以电流，由于两个工件接触面的电阻值较高，所以利用电流经过工件接触面及邻近区域产生的电阻热使焊接面的金属处于塑性状态或局部熔化状态，然后迅速对接头施加顶锻力，依靠顶锻作用来完成工件的非熔化焊接。

端塞压力电阻焊的焊接工艺流程为：端塞夹持→上料→进料→焊室密封→包壳管(焊接夹紧、辅助夹紧、管密封)→焊接小室抽真空、注氦气→施加预压→预压保持→施加顶锻压力→放电→顶锻压力保持→放气→复位。

本发明应用于核电领域中燃料棒端塞与薄壁包壳管的焊接，用以一次完成端塞的环缝焊和密封堵孔焊，其最大的优点是省去了密封堵孔点焊这一道工序，并实施质量免检，这与以往焊缝检测全部采用超声、X射线探伤相比，大大降低了生产成本，减少了环境污染。

电极触点对工件的压紧力大小可控且精度高，有利于获得良好的焊接质量，其中焊接质量的好坏与电极触点压力、焊接电流大小、焊接通电时间长短等因素有直接关系，特别是电极触点的压力大小有重要影响，压力大会使焊瘤增大，压力小会使端塞与包壳管贴合不紧密，影响焊点处电流大小和电流分布形态，最终影响焊焊接质量。传统焊枪直接采用气缸作为电极压力的动力源，无法精确控制电极触点的压力，也无法实时反馈和精确调节电极触点压力。本发明在气缸的气路中串联比例阀和压力传感器，可以接受PLC控制，精确无极调节气体输出压力大小，即可以精确调节电极触点压力大小；能在不同气氛和不同压力下进行焊接，可省去密封焊工序；加热时间短，能避免空气对焊缝的污染，并且没有局部形成其他合金成分的风险；焊缝为热锻造组织，晶粒细且无热影响区，无气孔、气胀、裂纹等焊接缺陷；本发明为非熔化焊接：焊接区金属保持包壳管原有的机械特性，焊接区横截面比包壳管横截面大，因此强度比包壳管高，爆破试验断裂位置应在包壳管上；可采用在线检测技术，监控焊接参数；生产效率高，能适应重复大生产要求。

本发明与传统焊枪的区别是压缩空气采用比例阀控制，并采用高精度压力传感器实时反馈电极触点压力值。这样在实际焊接操作中可以在一定范围内调节压力值，控制精度可以达到±2N，具体压力值由压力传感器反馈给系统控制器，进而调节焊接压力的大小及实现恒定控制。而传统焊枪压缩空气直接作用气缸，压力的大小不可调，且管道内的气体压力存在大范围波动，对焊接质量产生不利的影响。

本发明除人工将工件上料至指定工位外，整个运行过程无需人工操作干预，自动化程度较高，系统控制方便，节省工序时间，节省人工成本，生产效率较高。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种端塞压力电阻焊装置，其特征在于，包括

焊室组件(3)，用于端塞和包壳管之间的压力电阻焊；

包壳管上料机构(4)，设置于所述焊室组件(3)的一侧，用于将包壳管输送至所述焊室组件(3)内；

压塞机构(1)，设置于所述焊室组件(3)的另一侧，用于将端塞输送至所述焊室组件(3)内、且压装至所述包壳管内；

端塞上料机构(2)，设置于所述压塞机构(1)的一侧，用于将端塞输送至所述压塞机构(1)内。

2.根据权利要求1所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述焊室组件(3)包括焊枪电极密封装置(301)、顶锻气缸(302)、包壳管密封装置(303)及焊室本体(304)，其中焊枪电极密封装置(301)和包壳管密封装置(303)分别设置于所述焊室本体(304)的一相对两侧，所述焊室本体(304)的另一相对两侧分别设有两个顶锻气缸(302)，所述焊枪电极密封装置(301)与所述压塞机构(1)相对应；所述包壳管密封装置(303)与所述包壳管上料机构(4)相对应。

3.根据权利要求1所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述端塞上料机构(2)包括端塞振动上料机构(201)、端塞夹持机构(202)、摆动机构及平移机构(206)，其中端塞振动上料机构(201)用于完成将端塞输送至指定的上料缓存位；所述平移机构(206)设置于所述上料缓存位的一侧，所述升降机构(205)设置于所述平移机构(206)上，所述摆动机构设置于所述升降机构(205)上，所述端塞夹持机构(202)设置于所述摆动机构上。

4.根据权利要求3所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述摆动机构包括摆动机构Ⅰ(203)和摆动机构Ⅱ(204)，所述摆动机构Ⅱ(204)设置于所述升降机构(205)上，所述摆动机构Ⅰ(203)与所述摆动机构Ⅱ(204)连接，所述摆动机构Ⅰ(203)和所述摆动机构Ⅱ(204)的摆动轴线相互垂直；所述端塞夹持机构(202)设置于所述摆动机构Ⅰ(203)上。

5.根据权利要求1所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述压塞机构(1)包括压塞气缸(101)、支座(102)、自对中连接件(103)、连接法兰(104)、焊枪电极(107)、电极连接件(108)、直线导轨副(110)及绝缘连接板(111)，其中压塞气缸(101)设置于支座(102)上、且输出端与自对中连接件(103)和连接法兰(104)连接，所述连接法兰(104)与绝缘连接板(111)连接，所述焊枪电极(107)设置于所述绝缘连接板(111)上、且与直线导轨副(110)连接，所述直线导轨副(110)沿靠近或远离所述焊室组件(3)方向设置；所述电极连接件(108)设置于所述焊枪电极(107)的末端。

6.根据权利要求5所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述焊枪电极(107)相对所述直线导轨副(110)的连接位置可调，所述焊枪电极(107)和所述直线导轨副(110)之间的连接位置通过设置于所述直线导轨副(110)上的调节机构调整。

7.根据权利要求5所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述直线导轨副(110)包括用于限制直线行程的缓冲限位组件(109)。

8.根据权利要求1所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述包壳管上料机构(4)包括依次设置的包壳管挡停定位机构(401)、包壳管抱紧机构(402)及包壳管夹持上料机构(403)，其中，

所述包壳管夹持上料机构(403)用于夹持及输送包壳管(404)；

所述包壳管挡停定位机构(401)用于挡停或放行所述包壳管(404)；

所述包壳管抱紧机构(402)用于抱紧被所述包壳管挡停定位机构(401)挡停且所述包壳管夹持上料机构(403)后退过程中的包壳管(404)。

9.根据权利要求8所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述包壳管夹持上料机构(403)包括直线移动机构、无杆气缸及夹持夹爪，其中无杆气缸设置于直线移动机构上，所述夹持夹爪设置于所述无杆气缸上。

10.根据权利要求8所述的端塞压力电阻焊装置，其特征在于，所述包壳管挡停定位机构(401)包括平行气缸及设置于所述平行气缸输出端的挡停夹爪；所述包壳管抱紧机构(402)平行气缸及设置于所述平行气缸输出端的抱紧夹爪。

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