CN116648322A - 带气体分布的用于将焊接栓柱焊接至基材的焊接装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在焊接方向上沿着焊接轴线将焊接栓柱焊接至基材的焊接装置，该焊接装置包括具有焊接室的惰性气体盖并且包括用于在焊接操作期间将该焊接栓柱固持在该焊接室内的固持装置，其中该惰性气体盖具有输入通道(355)、分配室(356)、多个第一连接通道(350)以及到该焊接室中的惰性气体入口，其中惰性气体馈送管线可以连接至该输入通道(355)，其中该输入通道(355)通向该分配室(356)，其中这些第一连接通道(350)以距该输入通道(355)的不同距离通向该分配室(356)，其中这些第一连接通道(350)将该分配室(356)气动连接至惰性气体出口，并且其中，这些第一连接通道(356)通向该分配室(356)处距该输入通道(355)的距离越大，这些第一连接通道(356)的共同截面积越大。

Description

带气体分布的用于将焊接栓柱焊接至基材的焊接装置

技术领域

本发明总体上涉及一种焊接装置，该焊接装置用于在焊接方向上沿着焊接轴线将焊接栓柱焊接至基材。本发明特别地涉及一种焊枪。

背景技术

存在多种已知装置和方法，在不同的应用中，通过这些装置和方法将多种不同栓柱紧固至基材。例如，使得栓柱与基材接触并且向其施加电流。出于此目的，用导电的栓柱固持器固持栓柱。一旦电流在栓柱与基材之间流动，就将栓柱从基材提起以形成电弧。释放出的能量使得栓柱和基材的材料部分液化。然后断开电流并且将栓柱浸入液化的材料中，同时此材料冷却并且变成固体。于是栓柱就以整体结合的方式连接至基材。

为了提供使栓柱和基材的材料在足够短的时间内液化所必需的能量，存在已知装置，这些装置产生非常高电流强度的电流并且使用相应规制的电缆将该电流馈送至栓柱。为了避免液化的材料氧化，已知的是，用惰性气体包围栓柱与基材之间的接触点。在这种情况下，惰性气体与液化的材料一起流过焊接点，并从周围空气置换出在一些情况下存在于那里的氧气。

例如在建筑或造船应用的情况下，使用了具有用于将物体拧紧到其上的螺纹的多种不同尺寸的栓柱，以便将物体紧固至基材。

发明内容

本发明的目的是提供一种使得将栓柱紧固至基材有所改进的装置。

一种用于在焊接方向上沿着焊接轴线将焊接栓柱焊接至基材的焊接装置包括具有焊接室的惰性气体盖并且包括用于在焊接操作期间将该焊接栓柱固持在该焊接室内的固持装置，其中该惰性气体盖具有输入通道、分配室、多个第一连接通道以及到该焊接室中的惰性气体入口，其中惰性气体馈送管线可以连接至该输入通道，其中该输入通道通向该分配室，其中这些第一连接通道以距该输入通道的不同距离通向该分配室，其中这些第一连接通道将该分配室气动连接至惰性气体出口，在该焊接装置的情况下，此目的通过以下方式实现：这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的距离越大，这些第一连接通道的共同截面积越大。这具有部分补偿处于距输入通道的较大距离处的那些第一连接通道的较少暴露的效果。因此，在一些情况下，惰性气体较均匀地流动至焊接点。焊接装置优选形成为焊枪。

有利实施例的特征在于，这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的该距离越大，分立第一连接通道的截面积全部越大。另外的有利实施例的特征在于，这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的该距离越大，分立第一连接通道的密度全部越大。

有利实施例的特征在于，该惰性气体入口包括围绕该焊接轴线以环的形式布置的多个入口开口。

有利实施例的特征在于，这些第一连接通道基本平行于该焊接轴线延伸。另外的有利实施例的特征在于，这些第一连接通道围绕该焊接轴线以环的形式布置。另外的有利实施例的特征在于，该分配室围绕该焊接轴线以环的形式形成。

有利实施例的特征在于，这些第一连接通道通向该焊接室并延伸直到该惰性气体入口。

有利实施例的特征在于，该惰性气体盖具有收集室和多个第二连接通道，其中这些第一连接通道和这些第二连接通道通向该收集室，并且其中这些第二连接通道将该收集室气动连接至该惰性气体入口。优选地，这些第二连接通道的共同截面积小于这些第一连接通道的共同截面积。同样优选地，这些第二连接通道基本平行于该焊接轴线延伸。同样优选地，这些第二连接通道围绕该焊接轴线以环的形式布置。同样优选地，该收集室围绕该焊接轴线以环的形式形成。同样优选地，这些第二连接通道通向该焊接室并延伸直到该惰性气体入口。

有利实施例的特征在于，该惰性气体盖具有面向该焊接方向的开口。

附图说明

以下将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明，在附图中：

图1示意性地示出了焊接装置，

图2以部分纵向截面视图示意性地示出了焊接装置，

图3示意性地示出了分配室，

图4示出了收集室，

图5以展开的纵向截面视图示意性地示出了惰性气体盖，以及

图6以展开的纵向截面视图示意性地示出了惰性气体盖。

具体实施方式

图1中，示意性地示出了用于将焊接栓柱20焊接至基材30的焊接装置10。焊接栓柱20的材料和基材30的材料是导电的、特别是金属的。焊接装置10包括：具有形成为按钮开关的触发开关41的焊枪40、焊接单元50、第一电缆61、带有连接端子63的第二电缆62、形成为例如电力电缆的供电电缆64、通信电线65、形成为气瓶的气体储器70、管状气体供应管线71、以及气体软管72。

第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接栓柱20供应电流。第二电缆62用于当连接端子63夹在基材30上时，将基材30电连接至焊接单元50。当焊接栓柱20与基材30相接触时，回路闭合，使得可以通过焊接单元50将例如直流或交流形式的焊接电流施加至焊接栓柱20。出于此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件(图1中未示出)。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转化为焊接电流的装置(未示出)，该装置包括例如电容器、晶闸管、带有隔离栅电极的双极型晶体管或属于功率电子器件的其他部件、以及还有带有微处理器的相关联的控制单元，以便以期望的电压和电流强度提供焊接电流。

气体供应管线71和气体软管72用于向焊接栓柱20与基材30之间的接触区域供应来自气体储器70的惰性气体，以便保护接触区域在焊接操作期间不会因为周围区域的氧气而氧化。为了控制到接触区域的气体流，气体储器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括阀(未示出)，特别是可控阀。

焊接单元50具有带有致动元件52的输入装置51、以及带有视觉显示元件54和无线传输单元的输出装置53。输入装置51用于由焊接装置10的使用者输入要使用焊接装置10进行的焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、栓柱的位置和速度等。输出装置53用于向使用者输出信息，例如关于焊接方法的参数的信息、关于焊接方法的检测到的排放或其他变量的信息、关于焊接操作的品质的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于焊接栓柱的检测到的特征的信息或从上述变量中推导出的信息，和/或针对清洁和/或维护焊接装置10(特别是焊枪40)的建议或指导。

通信电线65用于在焊枪40、特别是焊枪40的控制装置(图1未示出)与焊接单元50、特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53之间进行通信。例如借助于这种通信来完成关于焊接操作的参数的信息交换以便例如实现或易于使得焊接电流与焊接栓柱20的移动相同步。在未示出的示例性实施例中，焊枪与焊接单元之间的通信通过无线电无线地进行或借助于承载焊接电流的第一电缆进行。

焊枪40具有带有开口46的壳体42，带有触发开关41的手柄43从该壳体伸出。焊枪40还具有栓柱固持器44，焊接栓柱20在焊接操作期间被固持在该栓柱固持器上。出于此目的，栓柱固持器包括例如两个、三个、四个或更多个弹性臂(未详细示出)，焊接栓柱20插入并且借助于夹紧配合固持在这些弹性臂之间。为了向焊接栓柱20施加焊接电流，焊枪40还具有例如以这些弹性臂中的一个或多个弹性臂的形式集成在栓柱固持器44中的焊接电流接触元件。

焊枪40还具有用于控制焊枪的和焊接单元50的这些不同部件和装置的控制装置99。控制装置99旨在控制焊接操作的一个或多个参数。出于此目的，控制装置99包括多种不同电子部件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久性数据存储器等。

焊枪40还具有栓柱提升装置，该栓柱提升装置形成为第一提升磁体，并且当栓柱提升装置被启用时，使背离开口46向后(图1中向上)的力作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱提升装置通信以便控制栓柱提升装置，特别是使其启用和解除启用。

焊枪40还具有栓柱沉降装置，该栓柱沉降装置形成为弹簧元件或第二提升磁体，当栓柱沉降装置被启用时，该栓柱沉降装置使朝向开口46向前(图1中向下)的力作用于栓柱固持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与栓柱沉降装置通信以便控制栓柱沉降装置，特别是使其启用和解除启用。如果栓柱沉降装置形成为弹簧元件，那么当栓柱固持器通过栓柱提升装置向后移动时，此弹簧元件优选被张紧，使得一旦栓柱提升装置被解除启用，弹簧元件就使栓柱固持器向前移动。

在使用焊接装置10的焊接方法中，首先提供基材30和栓柱20。在进一步步骤中，使用者经由输入装置来输入例如关于随后的焊接操作的期望参数的信息。在进一步步骤中，通过焊接单元50借助于第一电缆61和第二电缆62向焊接栓柱20施加焊接栓柱20与基材30之间的焊接电流。在进一步步骤中，借助于栓柱提升装置将焊接栓柱20从基材提起，同时维持焊接电流在焊接栓柱20与基材30之间流动，在焊接栓柱20与基材30之间形成电弧。特别地，由于电弧所产生的热量，焊接栓柱20和/或基材30的材料于是部分地液化。在进一步步骤中，借助于栓柱沉降装置将焊接栓柱20沉降入焊接栓柱20的或基材30的液化的材料中。然后焊接栓柱20的或基材30的液化的材料凝固，使得焊接栓柱20以整体结合的方式连接至基材30。

图2示意性地示出了焊接装置100的纵向截面，该焊接装置旨在用于在焊接方向110上沿着焊接轴线105将焊接栓柱120焊接至基材130。焊接装置100形成为限定焊接方向110的焊枪。焊接装置100具有固持装置144，该固持装置形成为具有外径dA的栓柱固持器，该固持装置具有栓柱接纳部121，该栓柱接纳部具有内径dI，用于在焊接操作期间固持焊接栓柱120，焊接栓柱120可以插入该栓柱接纳部中并且优选通过夹紧作用而被固持住。焊接栓柱120的接触表面125在焊接操作之前和/或期间与基材130相接触。

焊接装置100包括示意性示出的壳体101，该壳体具有手柄(未示出)和触发开关(未示出)以及惰性气体盖140，该惰性气体盖旨在被充满惰性气体，以便抑制或完全防止焊接熔体被来自周围空气的氧气氧化。出于此目的，惰性气体盖140具有惰性气体供应部，该惰性气体供应部包括输入通道155、分配室156以及多个第一连接通道150，分配室和这些第一连接通道围绕焊接轴线105以环的形式布置。用于对惰性气体盖140进行供应的惰性气体馈送管线(例如惰性气体软管145等)可以连接至输入通道155。

平行于焊接轴线105延伸的第一连接通道150中的每一个以入口开口160通向惰性气体盖140的焊接室141，使得入口开口160同样围绕焊接轴线105以环的形式布置，并且一起形成惰性气体入口。输入通道155和第一连接通道150通向分配室156，其中第一连接通道150将分配室156气动连接至惰性气体入口。第一连接通道150通向分配室156处距输入通道155的距离越大，分立第一连接通道150中的每一个的截面积全部越大。围绕焊接轴线105以环的形式形成的分配室156上的背离输入通道155的压降导致处于距输入通道155的较大距离处的那些第一连接通道150(图2中在右侧上)的较少暴露。此较少暴露由增大的截面积部分补偿。因此，在一些情况下，惰性气体较均匀地流动至焊接点。

此外，惰性气体盖140具有多个出口开口170，这些出口开口同样围绕焊接轴线以环的形式布置，相对于焊接轴线105径向穿过惰性气体盖140向外通到周围区域中，并且形成惰性气体出口。在横向于焊接轴线105的方向上(在图2中垂直于附图的平面)，特别是在周向方向上，出口开口170分别被布置成偏离入口开口160。

此外，惰性气体盖140具有开口180，该开口面向焊接方向110，并且具有横向于焊接方向110的开口直径dM。惰性气体入口(具体是入口开口160)沿焊接方向110的反方向距开口180在入口距离aE处。惰性气体出口(具体是出口开口170)沿焊接方向110的反方向距开口180在出口距离aA处。

出口距离aA大致是开口直径dM与内径dI之间的差的一半，也就是说，大致与焊接栓柱120与惰性气体盖140之间的径向距离x大小相同。此外，出口距离aA大于入口距离aE。当开口180被基材130覆盖时，穿过入口开口160流动到焊接室141中的惰性气体沿着流动路径190首先流动到开口180的径向外部区域，然后从所有侧面径向向内流动到焊接栓柱120，并且然后基本轴向向上流动到出口开口170。这使得形成环形流动模式，该环形流动模式围绕焊接轴线105径向对称地布置，并且具有用惰性气体均匀且有效地包围焊接栓柱120处的焊接点的效果。例如仅缓慢地从固持装置144与惰性气体盖之间的狭窄间隙(在图2中在出口开口170上方)逸出的周围空气被穿过出口开口170的流夹带，并且远离焊接点。

在图3中，示意性地示出了另一示例性实施例的分配室256，观察方向与焊接方向一致。输入通道255和多个第一连接通道250通向分配室256。第一连接通道250通向分配室256处距输入通道255的距离越大，分立第一连接通道250的密度全部越大。最靠近输入通道255(图3中在底部)仅布置了单独的第一连接通道250。相比之下，从输入通道255所见，较靠近地在一起的第一连接通道250的较大群组布置在分配室256的相反侧上(图3中在顶部)。因此，第一连接通道250通向分配室256处距输入通道255的距离越大，第一连接通道250的共同截面积全部越大。

在图4中，示意性地示出了图3所示的示例性实施例的收集室266，观察方向与焊接方向一致。除了图4未示出的第一连接通道之外，多个第二连接通道270也通向收集室266。第二连接通道270围绕焊接轴线以环的形式布置，并且在同样围绕焊接轴线以环的形式布置的收集室266的圆周上均匀分布。第二连接通道270的数量小于图3所示的第一连接通道250的数量，使得第二连接通道270的共同截面积小于第一连接通道250的共同截面积。因此，在一些情况下，使得流经第一连接通道250和第二连接通道270的惰性气体的流率较均匀。这转而具有未示出的焊接点向惰性气体的暴露较均匀的效果。

在图5中，以展开的纵向截面视图示出了惰性气体盖340，使得可以看到流动通道沿着基本柱形、特别是圆柱形的惰性气体盖340的圆周的布置。惰性气体盖340包括输入通道355、分配室356、多个第一连接通道350、收集室366以及多个第二连接通道370。输入通道355通向分配室356。第一连接通道350一方面通向分配室356并且另一方面通向收集室366。第二连接通道370一方面通向收集室366并且另一方面通向未进一步示出的焊接室，出于此目的，它们延伸直到形成惰性气体入口的入口开口360。输入通道355、第一连接通道350和第二连接通道370基本平行于焊接轴线延伸并且将连接至输入通道355的惰性气体馈送管线气动连接至惰性气体盖340的焊接室。

随着距输入通道355的距离增大，第一连接通道350布置在逐渐增大的群组中，使得第一连接通道350通向分配室356处距输入通道355的距离越大，第一连接通道350的密度全部越大。因此，第一连接通道350通向分配室356处距输入通道355的距离越大，第一连接通道350的共同截面积也全部越大。如上文关于先前示例性实施例所解释，因此，在一些情况下，惰性气体较均匀地流动至焊接点。

在图6中，以展开的纵向截面视图示出了惰性气体盖440，使得可以看到流动通道沿着基本柱形、特别是圆柱形的惰性气体盖440的圆周的布置。惰性气体盖440包括输入通道455、分配室456、多个第一连接通道450、收集室466以及多个第二连接通道470。输入通道455通向分配室456。第一连接通道450一方面通向分配室456并且另一方面通向收集室466。第二连接通道470一方面通向收集室466并且另一方面通向未进一步示出的焊接室，出于此目的，它们延伸直到形成惰性气体入口的入口开口460。输入通道455、第一连接通道450和第二连接通道470基本平行于焊接轴线延伸并且将连接至输入通道455的惰性气体馈送管线气动连接至惰性气体盖440的焊接室。

随着距输入通道455的距离增大，第一连接通道450通向分配室456处距输入通道455的距离越大，分立第一连接通道450的截面积变得全部越大。因此，第一连接通道450通向分配室456处距输入通道455的距离越大，第一连接通道450的共同截面积也全部越大。如上文关于先前示例性实施例所解释，因此，在一些情况下，惰性气体较均匀地流动至焊接点。

已基于焊枪的示例描述了本发明。在这种情况下，描述的实施例的特征还可以按照期望在单一紧固装置内彼此结合。应指出的是，根据本发明的装置还适用于其他目的。

Claims (15)

1.一种焊接装置，特别是焊枪，该焊接装置用于在焊接方向上沿着焊接轴线将焊接栓柱焊接至基材，该焊接装置包括具有焊接室的惰性气体盖，并且包括用于在焊接操作期间将该焊接栓柱固持在该焊接室内的固持装置，其中，该惰性气体盖具有输入通道、分配室、多个第一连接通道以及到该焊接室中的惰性气体入口，其中惰性气体馈送管线能够连接至该输入通道，其中该输入通道通向该分配室，其中这些第一连接通道以距该输入通道的不同距离通向该分配室，其中这些第一连接通道将该分配室气动连接至惰性气体出口，其特征在于，这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的该距离越大，这些第一连接通道的共同截面积全部越大。

2.如权利要求1所述的焊接装置，其中，这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的该距离越大，分立第一连接通道的截面积全部越大。

3.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，这些第一连接通道通向该分配室处距该输入通道的该距离越大，分立第一连接通道的密度全部越大。

4.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，该惰性气体入口包括围绕该焊接轴线以环的形式布置的多个入口开口。

5.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，这些第一连接通道基本平行于该焊接轴线延伸。

6.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，这些第一连接通道围绕该焊接轴线以环的形式布置。

7.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，该分配室围绕该焊接轴线以环的形式形成。

8.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，这些第一连接通道通向该焊接室并延伸直到该惰性气体入口。

9.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，该惰性气体盖具有收集室和多个第二连接通道，其中这些第一连接通道和这些第二连接通道通向该收集室，并且其中这些第二连接通道将该收集室气动连接至该惰性气体入口。

10.如权利要求9所述的焊接装置，其中，这些第二连接通道的共同截面积小于这些第一连接通道的共同截面积。

11.如权利要求9和10中任一项所述的焊接装置，其中，这些第二连接通道基本平行于该焊接轴线延伸。

12.如权利要求9至11之一所述的焊接装置，其中，这些第二连接通道围绕该焊接轴线以环的形式布置。

13.如权利要求9至12之一所述的焊接装置，其中，该收集室围绕该焊接轴线以环的形式形成。

14.如权利要求9至13之一所述的焊接装置，其中，这些第二连接通道通向该焊接室并延伸直到该惰性气体入口。

15.如前述权利要求之一所述的焊接装置，其中，该惰性气体盖具有面向该焊接方向的开口。