CN113245676A - 一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其用于对磁控焊接的管状铝合金工件的焊缝进行深冷强化处理。所述基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置包括，箱体、多个喷头、驱动环、距离传感器和控制器。驱动环转动安装在箱体内，以能在箱体内相对箱体旋转。驱动环用于驱动多个喷头同步调整喷射角度；控制器根据距离调整每个喷头的喷射角度，使每个喷头的喷射方向与工件的外缘始终保持相切。本发明据不同工件的直径，同步调整喷头的角度。将喷头的喷射方向与工件相切同，避免深冷液直接喷射至工件表面，造成深冷处理过程中的应力集中。若干喷头喷射出的深冷液在工件表面形成环流，并且在流动过程中带走工件上大量的热，实现工件的快速降温。

Description

一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置

技术领域

本发明涉及一种磁控焊接领域，尤其涉及一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置。

背景技术

铝合金在焊接时容易形成热裂纹、气孔和焊接接头软化等问题。铝合金焊接的主要问题之一是焊接接头软化。铝合金的焊接特性不同于钢铁材料，热处理强化和冷作硬化铝合金焊接时，其近缝区母材的热处理强化和冷作硬化作用减弱或消失，焊接线能量越大，强度性能降低的程度越大。

外场力作用下进行焊接的方法和深冷处理为改善高强铝合金成形组织和性能。同时深冷处理作为具有积极应用前景的材料处理方法，以提高材料的耐磨性和强韧性，从而提高工件的整体使用寿命。

在现有的深冷处理过程中，温度变化从+600℃下降至-190℃的时间区间需要控制在0.5s以下。

发明内容

为解决现有铝合金磁控电弧焊接后深冷过程中深冷时间长，针对不同直径焊缝的深冷效果不佳的技术问题，本发明提供一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置。

本发明采用以下技术方案实现：一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其用于对磁控焊接的管状铝合金工件的焊缝进行深冷强化处理。所述基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置包括，

箱体，其开设有通孔；多个喷头；

驱动环，其转动安装在箱体内，以能在箱体内相对箱体旋转；所述工件具有焊缝的一端经由通孔伸入箱体内，且伸入所述驱动环的环心中，处于所述环心中的工件与所述环心保持同轴；多个喷头传动连接在所述驱动环上，所述驱动环用于驱动多个喷头同步调整喷射角度；

距离传感器，其安装在所述箱体上，用于检测所述驱动环的内壁到处于所述环心中的工件之间的距离；

控制器，其根据所述距离调整每个喷头的喷射角度，控制所述驱动环运行，使每个喷头的喷射方向与所述工件的外缘始终保持相切；所述调整方法包括以下步骤：

步骤一、接收所述距离传感器传递的所述距离信号；

步骤二、根据所述距离信号查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，查询与所述距离相对应的旋转角度；所述距离-旋转角度表表征所述距离和所述旋转角度的对应关系，以满足根据不同所述距离调整所述喷头的喷射方向与工件外缘相切；

步骤三、控制所述驱动环旋转根据所述旋转角度旋转。

本发明根据不同工件的直径，调整喷头的角度，使得所述喷头的喷射方向与所述工件相切；若干喷头喷射出的深冷液在工件表面形成环流，其流动的过程中快速带走所述工件上大量的热，实现工件的快速降温。同时，循环流动的所述深冷液在降温过程中，能够有效提高工件的深冷过程中的均匀性，避免所述焊缝单点降温导致应力集中，提高后续的检测效果。

作为上述方案的进一步改进，所述箱体的内壁上固接有若干与所述喷头对应的安装架；所述喷头转动安装在安装架上；在所述驱动环的侧面开设有若干的限位槽口，所述安装架在所述限位槽口内滑动，以保证所述驱动环在箱体内相对箱体旋转。

作为上述方案的进一步改进，所述安装架和驱动环之间安装有驱动件，通过所述驱动件以驱动所述驱动环在箱体内相对箱体旋转。

作为上述方案的进一步改进，所述驱动件包括伸缩缸，所述伸缩缸的缸套铰接安装在所述安装架上，所述伸缩缸的活塞杆末端铰接于驱动环上；通过所述伸缩缸的长度调节驱使所述驱动环在箱体内相对箱体旋转。

作为上述方案的进一步改进，所述的驱动件包括电机，所述电机固定连接在所述安装架上；在所述驱动环的外侧开设有齿环；所述电机的主轴通过齿轮和所述齿环啮合，通过所述电机驱动所述驱动环在箱体内相对箱体旋转。

作为上述方案的进一步改进，所述箱体上安装有夹持装置，所述夹持装置用于保证所述工件和所述驱动环同心。

作为上述方案的进一步改进，所述喷头上固定连接有驱动杆，所述驱动杆呈长条状且在驱动杆上开设有长条状的驱动槽，在所述驱动槽内滑动设置有限位杆，所述限位杆和所述驱动环之间固接；通过所述驱动环的转动使得所述限位杆伴随所述驱动环同步运动的过程中，带动所述驱动杆以及所述喷头转动。

作为上述方案的进一步改进，所述深冷液为液氮。

本发明还提供一种深冷设备，其应一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置。

一种工件焊缝深冷方法，所述深冷方法包括以下步骤：

步骤一、提供一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置；

步骤二、将所述工件具有焊缝的一端经由通孔伸入箱体内，且伸入所述驱动环的环心中，处于所述环心中的工件与所述环心保持同轴；

步骤三、接收所述驱动环的内壁到处于所述环心中的工件之间的距离；

步骤四、根据所述距离查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，查询与所述距离相对应的旋转角度；

步骤五、控制所述驱动环旋转根据所述旋转角度旋转；使得所述喷头的喷射方向和所述焊缝相切；

步骤六、深冷液通过所述喷头喷出，使其沿着焊缝周向流动。

本发明据不同工件的直径，同步调整喷头的角度。通过将所述喷头的喷射方向与所述工件相切同，避免深冷液直接喷射至工件表面，造成深冷过程中的应力集中。若干喷头喷射出的深冷液在工件表面形成环流，并且在流动过程中带走所述工件上大量的热，实现工件的快速降温。

附图说明

图1为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置的结构示意图。

图2为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中A-A截面的结构示意图。

图3为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中图2中B视图放大的示意图。

图4为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中限位槽口的结构示意图。

图5为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中实施例1中喷头喷射角度调整方法的流程图。

图6为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中实施例2中驱动件的结构示意图。

图7为基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置中实施例3中驱动件的结构示意图。

图8为一种工件焊缝深冷方法的流程框图。

图中：1-箱体；2-喷头；3-驱动杆；4-驱动环；5-安装架；6-通孔；7-伸缩缸；8-驱动槽；9-限位杆；10-电机；11、夹持装置；12、限位槽口、13-工件；14-距离传感器；15-凸起。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例介绍一种深冷设备，所述深冷设备包括一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，如图1所示。在铝合金在焊接时容易形成热裂纹、气孔和焊接接头软化等问题。但是通过外场力作用下进行焊接的方法和深冷处理能有效改善高强铝合金成形组织和性能。在深冷液在对工件13进行深冷过程中，当深冷液直射工件13的表面的时候，容易造成工件13的单点应力集中，以及工件13整体的降温速度较慢；同时，针对不同直径的管状工件13的深冷效果不佳。在本发明中，本实施通过设计一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，实现对磁控焊接后的管状铝合金工件13焊缝进行深冷处理。本装置在能够适应不同直径的工件13同时，降低工件13的深冷时间。

基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置包括箱体1、多个喷头2、驱动环4、距离传感器14和控制器。

箱体1主要用于安装多个喷头2和驱动环4。在本实施例中，箱体1的内壁上固定连接有若干安装架5，安装架5上固定连接有凸起15且安装架5和喷头2之间一一对应。通过所述安装架5以便于喷头2和驱动环4安装在箱体1上。在箱体1的一侧端面开设有一个通孔6，工件13上具备焊缝的一端通过通孔6伸入箱体1内，以便在箱体1内进行深冷处理；在箱体1的另一侧端面固定连接一个夹持装置11，工件13的一端夹持在夹持装置11上，以保证工件13和驱动环4保持同心。

喷头2通过喷射出的深冷液对工件13进行降温处理。请参阅图2和图3，喷头2交接安装在安装架5上、在喷头2的末端固定连接有一个驱动杆3，在驱动杆3上开设有一个驱动槽8。通过所述驱动杆3和驱动环4建立传动连接，进而实现喷头2的角度调节。在本实施例中，深冷液采用液氮。

驱动环4能够相对箱体1旋转。请参阅图4，在驱动环4的侧边开设有与安装架5相对应的贯穿式的限位槽口12，安装架5的末端从限位槽口12中穿出并且指向驱动环4的环心。位于安装架5上的凸起15抵触在限位环的环内侧壁上，以保证驱动环4在旋转过程中轴心保持稳定。为了实现多个喷头2的同步转动，在驱动环4的端面上固定连接有多个限位杆9，限位杆9和喷头2一一对应。其中，限位杆9的一端滑动设置在驱动槽8内，进而当驱动环4在转动的过程中，限位杆9推动驱动杆3以及喷头2实现角度调节。实现驱动环4转旋转的方式有很多种，在接下去的实施例中有详细的介绍。

距离传感器14用于检测工件13到箱体1内壁的距离。距离传感器14的种类比较多，选择上比较自由，安装方式也没有特别限制，只要能实现工件13到箱体1内壁的距离的采集即可。

控制器用于将所述距离转换成一个角度量并驱动驱动环4转动相应角度，进而实现喷头2喷射角度调整。在控制器内存储有一个预先设计好的距离-旋转角度表，所述距离-旋转角度表表征所述距离和喷头2旋转角度的对应关系。所述距离在转换的时候，所述控制器根据所述距离-旋转角度表查询到喷头2所需转动的角度，并控制驱动环4转动至对应位置。

请参阅图5，其为本实施例中控制器调控喷头2喷射角度调整方法的流程图。

其中，控制器调控喷头2喷射角度的调整方法包括以下步骤：

步骤一、接收所述距离传感器14传递的所述距离信号；

步骤二、根据所述距离信号查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，得到与所述距离相对应的旋转角度；

步骤三、控制所述驱动环4旋转根据所述旋转角度旋转。

其中，根据不同工件13的直径，调整喷头2的角度，使得所述喷头2的喷射方向与所述工件13相切；若干喷头2喷射出的深冷液在工件13表面形成环流，其流动的过程中快速带走所述工件13上大量的热，实现工件13的快速降温。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于对如何实现驱动环4和箱体1之间的相对旋进行详细介绍，属于实施例1的具体实现方式。

具体来说，为了实现驱动环4和箱体1之间的相对旋转，在安装架5和驱动环4之间安装有驱动件，动件为所述驱动环4的旋转提供动力。请参阅图6，在本实施例中，驱动件采用伸缩缸7，伸缩缸7通过控制器驱动。伸缩缸7的缸筒和安装架5之间铰接，伸缩缸7的杠杆的末端交接于驱动环4上。由于喷头2所需调整的角度有限，进而通过伸缩缸7伸缩能够满足喷头2的角度转动的需求。

在本实施例中，工件13在深冷过程中，当工件13上存在焊缝的一端伸入箱体1内，距离传感器14检测到工件13表面到箱体1内壁的距离，并通过所述控制器转换为一个喷头2的旋转角度。驱动器根据所述旋转角度驱动所述伸缩缸7伸缩一定距离，使得驱动环4相对于箱体1旋转对应角度。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，其区别在于对实现驱动环4和箱体1之间的相对旋进行详细介绍，属于实施例1的具体实现方式。所以实施例3与实施例2是并列的技术方案。

为了实现驱动环4和箱体1之间的相对旋转，在安装架5和驱动环4之间安装有驱动件，动件为所述驱动环4的旋转提供动力。请参阅图7，在本实施例中，驱动件采用电机10，电机10通过控制器驱动。其中，电机10固定连接在任意一个所述安装架5上，沿着驱动环4的外侧面开设齿环。所述电机10的主轴通过齿轮和所述齿环啮合安装。通过所述电机10驱使所述驱动环4相对于所述安装架5转动一定角度。

在本实施例中，电机10可采用伺服电机10，其具备高精度，响应快的特点。在工件13在深冷过程中，当工件13上存在焊缝的一端伸入箱体1内，距离传感器14检测到工件13表面到箱体1内壁的距离，并通过所述控制器转换为一个喷头2的旋转角度。驱动器根据所述旋转角度驱动所述电机10转动一定的圈数，使得驱动环4相对于箱体1旋转对应角度。

实施例4

请参阅图8，本实施例提供一种工件焊缝深冷方法，其应用上述实施例中的一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，深冷方法包括以下步骤：

步骤一、提供一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置；

步骤二、将所述工件13具有焊缝的一端经由通孔6伸入箱体1内，且伸入所述驱动环4的环心中，处于所述环心中的工件13与所述环心保持同轴；

步骤三、接收所述驱动环4的内壁到处于所述环心中的工件13之间的距离；

步骤四、根据所述距离查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，查询与所述距离相对应的旋转角度；

步骤五、控制所述驱动环4旋转根据所述旋转角度旋转；使得所述喷头2的喷射方向和所述焊缝相切；

步骤六、深冷液通过所述喷头2喷出，使其沿着所述工件13周向流动。

在当不同直径的工件13进入箱体1的时候，通过驱动环4调节喷头2的角度，使得喷头2喷射出的深冷液和工件13相切。多个喷头2喷射出的深冷液在工件13表面形成环流，在深冷液流动的过程中带走工件13表面焊缝的热量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其用于对磁控焊接的各种管径的管状铝合金工件上的焊缝进行深冷处理；其特征在于，所述基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置包括:

箱体(1)，其开设有通孔(6)；多个喷头(2)；

驱动环(4)，其转动安装在箱体(1)内，以能在箱体(1)内相对箱体(1)旋转；所述工件具有焊缝的一端经由通孔(6)伸入箱体(1)内，且伸入所述驱动环(4)的环心中，处于所述环心中的工件与所述环心保持同轴；多个喷头(2)传动连接在所述驱动环(4)上，所述驱动环(4)用于驱动多个喷头(2)同步调整喷射角度；

距离传感器(18)，其安装在所述箱体(1)上，用于检测所述驱动环(4)的内壁到处于所述环心中的工件之间的距离；

控制器，其根据所述距离调整每个喷头(2)的喷射角度，控制所述驱动环(4)运行，使每个喷头(2)的喷射方向与所述工件的外缘始终保持相切；所述调整方法包括以下步骤：

步骤一、接收所述距离传感器传递的所述距离信号；

步骤二、根据所述距离信号查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，查询与所述距离相对应的旋转角度；所述距离-旋转角度表表征所述距离和所述旋转角度的对应关系，以满足根据不同所述距离调整所述喷头(2)的喷射方向与工件外缘相切；

步骤三、控制所述驱动环(4)旋转根据所述旋转角度旋转。

2.根据权利要求1所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述箱体(1)的内壁上固接有若干与所述喷头(2)对应的安装架(5)；所述喷头(2)转动安装在安装架(5)上；在所述驱动环(4)的侧面开设有若干的限位槽口，所述安装架(5)在所述限位槽口内滑动，以保证所述驱动环(4)在箱体(1)内相对箱体(1)旋转。

3.根据权利要求1所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述安装架(5)和驱动环(4)之间安装有驱动件，通过所述驱动件驱动所述驱动环(4)在箱体(1)内相对箱体(1)旋转。

4.根据权利要求3所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述驱动件包括伸缩缸(7)，所述伸缩缸(7)的缸套铰接安装在所述安装架(5)上，所述伸缩缸(7)的活塞杆末端铰接于驱动环(4)上；通过所述伸缩缸(7)的长度调节驱使所述驱动环(4)在箱体(1)内相对箱体(1)旋转。

5.根据权利要求3所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述的驱动件包括电机(10)，所述电机(10)固定连接在所述安装架(5)上；在所述驱动环(4)的外侧开设有齿环；所述电机(10)的主轴通过齿轮和所述齿环啮合，通过所述电机(10)驱动所述驱动环(4)在箱体(1)内相对箱体(1)旋转。

6.根据权利要求1所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述箱体(1)上安装有夹持装置(9)，所述夹持装置(9)用于保证工件和所述驱动环(4)同心。

7.根据权利要求1所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述喷头(2)上固定连接有驱动杆(3)，所述驱动杆(3)呈长条状且在驱动杆(3)上开设有长条状的驱动槽(8)，在所述驱动槽(8)内滑动设置有限位杆(9)，所述限位杆(9)和所述驱动环(4)之间固接；通过所述驱动环(4)的转动使得所述限位杆(9)伴随所述驱动环(4)同步运动的过程中，带动所述驱动杆(3)以及所述喷头(2)转动。

8.根据权利要求1所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述喷头(2)喷射出的深冷液采用液氮。

9.一种深冷设备，其特征在于，其应用如权利要求1-8中任意一项所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置。

10.一种工件焊缝深冷方法，其应用如权利要求1-8中任意一项所述的基于磁控电弧焊接用液氮深冷装置，其特征在于，所述工件深冷方法包括以下步骤：

步骤一、将所述工件具有焊缝的一端经由通孔(6)伸入箱体(1)内，且伸入所述驱动环(4)的环心中，处于所述环心中的工件与所述环心保持同轴；

步骤二、接收所述驱动环(4)的内壁到处于所述环心中的工件之间的距离；

步骤三、根据所述距离查询一个预先设置好的距离-旋转角度表，查询与所述距离相对应的旋转角度；

步骤四、控制所述驱动环(4)旋转根据所述旋转角度旋转；使得所述喷头(2)的喷射方向和所述焊缝相切；

步骤五、深冷液通过所述喷头(2)喷出，使其沿着所述工件周向流动。

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