CN114799431A - 具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法，包括平台框架组件、分离组件和电磁组件，电磁组件位于分离组件的内部，分离组件和平台框架组件连接。除尘方法为：烟尘从烟尘进口进入到分离组件的冷却仓，随第一气流进入分离仓，烟尘中的金属颗粒在电磁组件产生的高频磁场的作用下聚集在第二区，随后随第一气流经内腔进入第二重力仓，经过滤后落入第二收集盒，而非金属颗粒在金属颗粒的挤压下聚集在第一区，随后随第二气流进入第一重力仓，经过滤后落入第一收集盒，而气体则经排气管排出。本发明采取电磁净化法、过滤净化法和吹气净化法结合的方法分离烟尘中的金属颗粒、非金属颗粒和气体，达到精细化处理烟尘的效果，高效去除焊接烟尘。

Description

具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法

技术领域

本发明涉及埋弧焊接技术领域，特别涉及一种具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法。

背景技术

埋弧焊是指利用电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的工艺，因其焊缝质量稳定，焊接生产率高，从而广泛用于结构件的焊接。虽然埋弧焊无弧光辐射，从而大大改善了劳动条件，但焊接过程不可避免地会产生烟尘，其中包括正常的焊接烟气、高温下产生的金属颗粒以及焊剂里的砂砾，不仅对环境造成影响，而且危害工人健康，因此，有必要采取相应措施。

目前公开的专利中，自动埋弧焊机均通过吸气管负压将烟尘吸入到管内，避免烟尘外溢，但上述专利要么仅起到收集烟气的作用，要么只是通过过滤装置对烟尘进行简单地吸附或过滤，并没有对烟尘进行进一步处理。因此，本发明提出一种用于埋弧焊接的除尘装置及其除尘方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法，通过设置分离组件和电磁组件，将机械臂焊接工件产生的烟尘，利用电磁净化法、过滤净化法和吹气净化法结合的方法将进入冷却分离系统的烟尘通过电磁组件形成的高频磁场以及内部的过滤层进行精细化分，来实现高效去除烟尘，从而达到对烟尘的高效吸收和及时处理。

本发明提供了一种具有除尘功能的埋弧焊接装置，其包括平台框架组件、分离组件和电磁组件，所述电磁组件位于所述分离组件的内部，所述分离组件和所述平台框架组件连接。所述分离组件，其包括排气管、收集盒、支架、外壳、鼓风机、烟尘进口、内壳、进水口、出水口、过滤层、温度传感器、气体质量检测仪和出口，驱动平台的第五安装端和第六安装端分别设有第一收集盒和第二收集盒，支架的第一端和所述驱动平台的第七安装端固连，所述支架的第二端和所述外壳外壁的第一安装端固连，所述外壳外壁的下端依次设有第一出口和第二出口，所述外壳的内部设有第一内壳，所述第一内壳的第一安装端设有第二过滤层，所述排气管穿过所述外壳外壁的第二安装端和所述第二过滤层固连，所述外壳外壁的第三安装端和所述鼓风机固连，所述烟尘进口穿过所述外壳外壁的第四安装端和所述第一内壳的第二安装端固连，所述第一内壳靠近烟尘进口安装端的上侧和下侧分别设有出水口和进水口，所述第一内壳的第三安装端和第一过滤层连接，所述第一过滤层的中部设有第二内壳，所述排气管的内部依次设有温度传感器和气体质量检测仪。所述电磁组件，其包括第一气道、第一线圈、第二气道、第二线圈、第三气道、第三线圈、第四气道、第四线圈、第五气道、第五线圈和第六气道，所述第一气道、所述第一线圈、所述第二气道、所述第二线圈、所述第三气道、所述第三线圈、所述第四气道、所述第四线圈、所述第五气道、所述第五线圈和所述第六气道分别位于外壳和第一内壳之间，且依次交替布置在所述第一内壳的外表面。

可优选的是，所述平台框架组件，其包括龙门架、焊丝盘、焊剂盒、抽风机、轨道、限位开关、驱动平台、焊接电源、吸尘罩、焊枪、烟尘传感器和机械臂，所述轨道的两侧安装端分别设有限位开关，所述轨道的中部安装端和所述驱动平台的第一安装端连接，所述驱动平台的第二安装端和所述机械臂的第一安装端固连，所述机械臂的第二安装端和第三安装端分别与所述焊枪和所述吸尘罩连接，所述吸尘罩的内部设有烟尘传感器，所述驱动平台的第三安装端和所述龙门架的第一端连接，所述驱动平台的第四安装端和所述焊接电源固连。

可优选的是，从烟尘进口向排气管的方向看，所述外壳的内部依次分为冷却仓、分离仓、内腔、第一重力仓和第二重力仓，所述分离仓，其包括第一区、冷热气体交锋面和第二区，所述分离仓、所述内腔、所述第一重力仓和所述第二重力仓互相连通，所述冷却仓、所述分离仓、所述内腔、所述第一重力仓和所述第二重力仓组成冷却分离系统。

可优选的是，所述排气管、所述烟尘进口、所述第一内壳和所述第二内壳的轴线在同一条直线上。

可优选的是，从所述龙门架的第一端向第二端看，所述龙门架的中部安装端依次设有抽风机、焊机盒和焊丝盘。

可优选的是，所述第一出口和所述第二出口依次位于所述第一重力仓和所述第二重力仓的下端。

本发明的另外一方面，提供一种具有除尘功能的埋弧焊接装置的除尘方法，其包括以下步骤：

S1、将工件固定在机械臂焊接端的位置处，并将用于工件的焊丝和焊剂分别放置在与龙门架固定的焊丝盘和焊剂盒内，并调整机械臂使其处于焊接位置；

S2、启动位于吸尘罩上的烟尘传感器来检测焊接过程的烟尘浓度，若烟尘浓度大于设定的阀值，则转到步骤S3，若烟尘浓度小于设定的阀值，则转到步骤S5；

S3、开启位于外壳内部的冷却分离系统，并启动位于龙门架上的抽风机，将烟尘产生的第一气流通过冷却仓进入分离仓，并调整电磁组件中各线圈的电参数以及各气道的气体流量；

S31、金属颗粒的分离：

S311、在电磁组件形成的高频磁场挤压力的作用下，将金属颗粒从分离仓的第一区送入第二区；

S312、位于第二区的第一气流将金属颗粒经过内腔送入第二重力仓；

S313、进入第二重力仓的金属颗粒经第二过滤层的过滤，从第二出口落入第二收集盒；

S32、非金属颗粒的分离：

S321、在步骤S311的基础上，通过相互作用力的作用，非金属颗粒进入分离仓的第一区；

S322、位于第一区的第二气流将非金属颗粒送入第一重力仓；

S323、进入第一重力仓的非金属颗粒经第一过滤层的过滤，从第一出口落入第一收集盒；

S4、位于冷却分离系统内的气体经第一过滤层和第二过滤层过滤后进入排气管，通过位于排气管内的温度传感器和气体质量检测仪监测气体的温度和质量：

S41、若气体的温度小于设定的阀值，则转到步骤S5，若气体的温度大于设定的阀值，则调整位于冷却仓内进水口的冷却水的流量，并转到步骤S3；

S42、若气体的质量达标，则转到步骤S5，若气体的质量未达标，则检查第一过滤层和第二过滤层的使用状态，并转到步骤S3；

S5、判断工件的焊接工步是否完成，如完成则关闭设备；若未完成，则返回S1继续焊接过程的除尘。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明中的吸尘罩采用音叉结构，其U型缺口使吸尘罩能够吸收焊枪口周围产生的烟气，且吸尘罩上设有烟尘传感器，通过设定烟尘阀值，可以实现“有烟尘必吸收”的效果，提高了对烟尘的吸收效率和及时性。

2、本发明采取电磁净化法、过滤净化法和吹气净化法结合的方法分离烟尘中的金属颗粒、非金属颗粒和气体，达到精细化处理烟尘的效果，实现高效去除烟尘，经装置处理后排出的气体对工人健康以及车间环境无危害，改善了劳动条件。

3、本发明的除尘装置自动化程度高，清洁简单，只需在非工作时使用抽风机和鼓风机产生的高速气体对腔体清洁，而日常维护也只需定期检测各过滤层的使用状态。

附图说明

图1为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置的除尘方法的流程图；

图2为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置的第一示意图；

图3为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置的第二示意图；

图4为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置的结构图；

图5为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法中分离组件的结构图；

图6为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置中冷却分离系统的结构图；

图7a和图7b为本发明具有除尘功能的埋弧焊接装置的高频磁场去除非金属夹杂物的原理图。

主要附图标记：

龙门架1，焊丝盘2，焊剂盒3，抽风机4，轨道5，限位开关6，排气管7，焊接电源8，第一收集盒9，驱动平台10，第二收集盒11，支架12，外壳13，鼓风机14，烟尘进口15，第一内壳16，进水口17，出水口18，第一气道19，第一线圈20，第二气道21，第二线圈22，第三气道23，第三线圈24，第四气道25，第四线圈26，第五气道27，第五线圈28，第六气道29，第二内壳30，第一过滤层31，第二过滤层32，温度传感器33，气体质量检测仪34，第一出口35，第二出口36，烟尘传感器37，吸尘罩38，焊枪39，机械臂40，冷却仓41，分离仓42，第一区421，冷热气体交锋面422，第二区423，第一重力仓43，内腔44，第二重力仓45，第二气流46，第一气流47，非金属颗粒48，金属颗粒49，感应线圈50，磁力线51，高频电流52，烟尘流向53。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

具有除尘功能的埋弧焊接装置，通过对焊接烟尘进行收集，并实现烟尘中气体、金属颗粒49和非金属颗粒48的分离，达到精细化处理烟尘的效果，如图2和图3所示，包括平台框架组件、分离组件和电磁组件，电磁组件位于分离组件的内部，分离组件和平台框架组件连接。

平台框架组件，如图2所示，包括龙门架1、焊丝盘2、焊剂盒3、抽风机4、轨道5、限位开关6、驱动平台10、焊接电源8、吸尘罩38、焊枪39、烟尘传感器37和机械臂40，如图4所示，吸尘罩38为音叉型的结构。

轨道5的下端固定在地面上，轨道5的两侧安装端分别设有限位开关6，限位开关6防止驱动平台10在工作过程中从轨道5上滑出，轨道5的中部安装端和驱动平台10的第一安装端滑动连接，驱动平台10的第二安装端和机械臂40的第一安装端固连，机械臂40的第二安装端和第三安装端分别与焊枪39和吸尘罩38连接，同时焊枪39穿过吸尘罩38的U型缺口，吸尘罩38的内部设有烟尘传感器37，驱动平台10的第三安装端和龙门架1的第一端连接，龙门架1的第二端和地面接触，驱动平台10的第四安装端和焊接电源8固连。

在本发明的一个优选实施中，从龙门架1的第一端向第二端看，龙门架1的中部安装端依次设有抽风机4、焊机盒3和焊丝盘2。

分离组件，如图5所示，包括排气管7、第一收集盒9、第二收集盒11、支架12、外壳13、鼓风机14、烟尘进口15、第一内壳16、第二内壳30、进水口17、出水口18、第一过滤层31、第二过滤层32、温度传感器33、气体质量检测仪34、第一出口35和第二出口36，驱动平台10的第五安装端和第六安装端分别设有第一收集盒9和第二收集盒11，第一收集盒9和第二收集盒11分别对应第一出口35和第二出口36，支架12的第一端和驱动平台10的第七安装端固连，支架12的第二端和外壳13外壁的第一安装端固连，外壳13外壁的下端依次设有第一出口35和第二出口36，外壳13的内部设有第一内壳16，第一内壳16的第一安装端设有第二过滤层32，排气管7穿过外壳13外壁的第二安装端和第二过滤层32固连，外壳13外壁的第三安装端和鼓风机14固连，烟尘进口15穿过外壳13外壁的第四安装端和第一内壳16的第二安装端固连，第一内壳16靠近烟尘进口15安装端的上侧和下侧分别设有出水口18和进水口17，第一内壳16的第三安装端和第一过滤层31连接，第一过滤层31的中部设有第二内壳30，排气管7的内部依次设有温度传感器33和气体质量检测仪34。

电磁组件，其包括第一气道19、第一线圈20、第二气道21、第二线圈22、第三气道23、第三线圈24、第四气道25、第四线圈26、第五气道27、第五线圈28和第六气道29，第一气道19、第一线圈20、第二气道21、第二线圈22、第三气道23、第三线圈24、第四气道25、第四线圈26、第五气道27、第五线圈28和第六气道29分别位于外壳13和第一内壳16之间，且依次交替布置在第一内壳16的外表面。

具体而言，第一气道19、第二气道21、第三气道23、第四气道25、第五气道27和第六气道29均由第一内壳16上圆周阵列的气道孔、软管与管道接头组成。

如图6所示，烟尘随第一气流47经冷却仓41进入分离仓42，其中的金属颗粒49在高频磁场的作用下聚集在第二区423内，随后随第一气流47经内腔44进入第二重力仓45，经第二过滤层32过滤后在重力作用下落入第二收集盒11，而非金属颗粒48在金属颗粒49的挤压下聚集在第一区421内，随后随第二气流46进入第一重力仓43，经第一过滤层31过滤后在重力作用下落入第一收集盒9，而经过滤的气体则经排气管7排出。

如图7a和图7b所示，高频电流52通入感应线圈50产生高频磁场，烟尘流向53与磁力线51方向平行，则金属颗粒49产生指向轴心的挤压力，移向轴心区域，而非金属颗粒48在金属颗粒49反挤压力的作用下向表面迁移，从而实现金属颗粒49和非金属颗粒48的分离。

进一步地，为了保证电磁组件工作的有效性以及产生磁场的稳定性，第一线圈20、第二线圈22、第三线圈24、第四线圈26和第五线圈28的电参数以及第一气道19、第二气道21、第三气道23、第四气道25、第五气道27和第六气道29的气体流量均可独立控制，且第一线圈20、第二线圈22、第三线圈24、第四线圈26和第五线圈28产生的磁场强度逐步增强，而第一气道19、第二气道21、第三气道23、第四气道25、第五气道27和第六气道29的气体流量逐步减小。

如图5和图6所示，从烟尘进口15向排气管7的方向看，外壳13的内部依次分为冷却仓41、分离仓42、内腔44、第一重力仓43和第二重力仓45，冷却仓41的上端和下端分别设有出水口18和进水口17，分离仓42，其包括第一区421、冷热气体交锋面422和第二区423，分离仓42被第一气流47和第二气流46形成的冷热气体交锋面422分为第一区421和第二区423，分离仓42、内腔44、第一重力仓43和第二重力仓45互相连通，冷却仓41、分离仓42、内腔44、第一重力仓43和第二重力仓45组成冷却分离系统。优选地，第一出口35和第二出口36依次位于第一重力仓43和第二重力仓45的下端。

具体而言，排气管7、烟尘进口15、第一内壳16和第二内壳30的轴线在同一条直线上。

以下结合实施例对本发明一种具有除尘功能的埋弧焊接装置及其除尘方法做进一步描述：

在本发明的具体实施例中，埋弧焊碳钢用焊剂为MnO、SiO2等非金属氧化物，非金属颗粒48大小为8目(2.5mm)或10目(2mm)或40目(0.45mm)或60目(0.28mm)的混合物，而随焊接高温产生金属颗粒49最小粒径在1μm(12500目)左右，故第一过滤层31采用80目筛网，第二过滤层32采用12500目筛网，烟尘传感器37的阀值设为2×10^-7mg/cm³，温度传感器33的阀值设设定值为60℃，气体质量检测仪34检测气体中颗粒物含量小于250μg/m³视为达标。

具有除尘功能的埋弧焊接装置的除尘方法，如图1所示，具体操作步骤如下：

S1、将工件固定在机械臂40焊接端的位置处，并将用于工件的焊丝和焊剂分别放置在与龙门架1固定的焊丝盘2和焊剂盒3内，并调整机械臂40使其处于焊接位置。

S2、启动位于吸尘罩38上的烟尘传感器37来检测焊接过程的烟尘浓度，若烟尘浓度大于设定的阀值，则转到步骤S3，若烟尘浓度小于设定的阀值，则转到步骤S5。

S3、开启位于外壳13内部的冷却分离系统，并启动位于龙门架1上的抽风机4，进行吸尘作业，将烟尘产生的第一气流47通过冷却仓41进入分离仓42，并调整电磁组件中各线圈的电参数以及各气道的气体流量，同时根据传感器的实时测量进行下述操作步骤之一。

S31、金属颗粒49的分离：

S311、在电磁组件形成的高频磁场挤压力的作用下，将金属颗粒49从分离仓42的第一区421送入第二区423。

S312、位于第二区423的第一气流47将金属颗粒49经过内腔44送入第二重力仓45。

S313、进入第二重力仓45的金属颗粒49经第二过滤层32的过滤，在重力作用下从第二出口36落入第二收集盒11。

S32、非金属颗粒48的分离：

S321、在步骤S311的基础上，通过相互作用力的作用，非金属颗粒48进入分离仓42的第一区421。

S322、位于第一区421的第二气流46将非金属颗粒48送入第一重力仓43。

S323、进入第一重力仓43的非金属颗粒48经第一过滤层31的过滤，在重力作用下从第一出口35落入第一收集盒9。

S4、位于冷却分离系统内的气体经第一过滤层31和第二过滤层32过滤后进入排气管7，通过位于排气管7内的温度传感器33和气体质量检测仪34监测气体的温度和质量。

S41、若气体的温度小于设定的阀值，则转到步骤S5，若气体的温度大于设定的阀值，则调整位于冷却仓41内进水口17的冷却水的流量，并转到步骤S3。

S42、若气体的质量达标，则转到步骤S5，若气体的质量未达标，则检查第一过滤层31和第二过滤层32的使用状态，并转到步骤S3；

S5、判断工件的焊接工步是否完成，如完成则关闭设备；若未完成，则返回S1继续焊接过程的除尘。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有除尘功能的埋弧焊接装置，其包括平台框架组件、分离组件和电磁组件，所述电磁组件位于所述分离组件的内部，所述分离组件和所述平台框架组件连接，其特征在于，

所述分离组件，其包括排气管、收集盒、支架、外壳、鼓风机、烟尘进口、内壳、进水口、出水口、过滤层、温度传感器、气体质量检测仪和出口，驱动平台的第五安装端和第六安装端分别设有第一收集盒和第二收集盒，支架的第一端和所述驱动平台的第七安装端固连，所述支架的第二端和所述外壳外壁的第一安装端固连，所述外壳外壁的下端依次设有第一出口和第二出口，所述外壳的内部设有第一内壳，所述第一内壳的第一安装端设有第二过滤层，所述排气管穿过所述外壳外壁的第二安装端和所述第二过滤层固连，所述外壳外壁的第三安装端和所述鼓风机固连，所述烟尘进口穿过所述外壳外壁的第四安装端和所述第一内壳的第二安装端固连，所述第一内壳靠近烟尘进口安装端的上侧和下侧分别设有出水口和进水口，所述第一内壳的第三安装端和第一过滤层连接，所述第一过滤层的中部设有第二内壳，所述排气管的内部依次设有温度传感器和气体质量检测仪；

所述电磁组件，其包括第一气道、第一线圈、第二气道、第二线圈、第三气道、第三线圈、第四气道、第四线圈、第五气道、第五线圈和第六气道，所述第一气道、所述第一线圈、所述第二气道、所述第二线圈、所述第三气道、所述第三线圈、所述第四气道、所述第四线圈、所述第五气道、所述第五线圈和所述第六气道分别位于外壳和第一内壳之间，且依次交替布置在所述第一内壳的外表面。

2.根据权利要求1所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置，其特征在于，所述平台框架组件，其包括龙门架、焊丝盘、焊剂盒、抽风机、轨道、限位开关、驱动平台、焊接电源、吸尘罩、焊枪、烟尘传感器和机械臂，所述轨道的两侧安装端分别设有限位开关，所述轨道的中部安装端和所述驱动平台的第一安装端连接，所述驱动平台的第二安装端和所述机械臂的第一安装端固连，所述机械臂的第二安装端和第三安装端分别与所述焊枪和所述吸尘罩连接，所述吸尘罩的内部设有烟尘传感器，所述驱动平台的第三安装端和所述龙门架的第一端连接，所述驱动平台的第四安装端和所述焊接电源固连。

3.根据权利要求1所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置，其特征在于，从烟尘进口向排气管的方向看，所述外壳的内部依次分为冷却仓、分离仓、内腔、第一重力仓和第二重力仓，所述分离仓，其包括第一区、冷热气体交锋面和第二区，所述分离仓、所述内腔、所述第一重力仓和所述第二重力仓互相连通，所述冷却仓、所述分离仓、所述内腔、所述第一重力仓和所述第二重力仓组成冷却分离系统。

4.根据权利要求1所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置，其特征在于，所述排气管、所述烟尘进口、所述第一内壳和所述第二内壳的轴线在同一条直线上。

5.根据权利要求1所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置，其特征在于，从所述龙门架的第一端向第二端看，所述龙门架的中部安装端依次设有抽风机、焊机盒和焊丝盘。

6.根据权利要求1或者3所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置，其特征在于，所述第一出口和所述第二出口依次位于所述第一重力仓和所述第二重力仓的下端。

7.一种根据权利要求1-6之一所述的具有除尘功能的埋弧焊接装置的除尘方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、将工件固定在机械臂焊接端的位置处，并将用于工件的焊丝和焊剂分别放置在与龙门架固定的焊丝盘和焊剂盒内，并调整机械臂使其处于焊接位置；

S2、启动位于吸尘罩上的烟尘传感器来检测焊接过程的烟尘浓度，若烟尘浓度大于设定的阀值，则转到步骤S3，若烟尘浓度小于设定的阀值，则转到步骤S5；

S3、开启位于外壳内部的冷却分离系统，并启动位于龙门架上的抽风机，将烟尘产生的第一气流通过冷却仓进入分离仓，并调整电磁组件中各线圈的电参数以及各气道的气体流量；

S31、金属颗粒的分离：

S311、在电磁组件形成的高频磁场挤压力的作用下，将金属颗粒从分离仓的第一区送入第二区；

S312、位于第二区的第一气流将金属颗粒经过内腔送入第二重力仓；

S313、进入第二重力仓的金属颗粒经第二过滤层的过滤，从第二出口落入第二收集盒；

S32、非金属颗粒的分离：

S321、在步骤S311的基础上，通过相互作用力的作用，非金属颗粒进入分离仓的第一区；

S322、位于第一区的第二气流将非金属颗粒送入第一重力仓；

S323、进入第一重力仓的非金属颗粒经第一过滤层的过滤，从第一出口落入第一收集盒；

S4、位于冷却分离系统内的气体经第一过滤层和第二过滤层过滤后进入排气管，通过位于排气管内的温度传感器和气体质量检测仪监测气体的温度和质量：

S41、若气体的温度小于设定的阀值，则转到步骤S5，若气体的温度大于设定的阀值，则调整位于冷却仓内进水口的冷却水的流量，并转到步骤S3；

S42、若气体的质量达标，则转到步骤S5，若气体的质量未达标，则检查第一过滤层和第二过滤层的使用状态，并转到步骤S3；

S5、判断工件的焊接工步是否完成，如完成则关闭设备；若未完成，则返回S1继续焊接过程的除尘。

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