CN1323788C - 空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转电弧窄间隙焊接方法及装置，属于焊接技术领域。其装置包括焊接电缆联接头、空心轴电机部分、电刷馈电机构、喷嘴机构及由光栅与光耦组成的测速机构。其特征在于采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入间隙的直型导电嘴运动，以及采用单一压紧弹簧使电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合，并经固联在电刷上的电缆与联接头成导电连接实现焊接馈电，使穿过电机空心轴和导电杆中心孔从导电嘴偏心孔送出焊丝的端部产生旋转电弧，同时配用不同形式喷嘴机构，实现旋转电弧窄间隙焊接。本发明实用性强，实施成本低，使用效果好；其装置结构设计简单紧凑，电机驱动功率小，电刷寿命高，运行噪声低，维护方便。

Description

空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特指一种空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法及装置。

背景技术

旋转电弧窄间隙焊是一种新型窄间隙焊接方法，它以机械方法使焊炬导电杆绕其自身轴线旋转，来带动从偏心导电嘴穿出焊丝端部的电弧作旋转扫描运动，从而得到均匀稳定的两侧壁熔深。旋转电弧工艺还可以用于非窄间隙电弧焊场合，以得到优良的焊缝成形。焊炬是实现旋转电弧焊接工艺的关键机构。

已有的高速旋转电弧焊接设备中的窄间隙焊炬，日本专利特开昭58-176073号，是通过一对齿轮传动来实现导电杆运动的。这种机构的缺点是：①采用普通电机驱动，通过齿轮传动实现导电杆运动，传动件消耗功率，需用较大功率电机，使得焊炬机构尺寸和重量较大，而且噪声大，制造精度要求高。②依靠两根独立弹簧作用使馈电板与旋转电刷接触实现焊接馈电，压紧着力范围小，且对两弹簧参数一致性及压紧着力点对称性要求高，易造成压紧力沿圆周方向分布不均，缩短关键部件电刷的使用寿命。③仅采用伸入间隙型气体保护喷嘴，使得对多层焊后几道焊缝(特别是盖面焊缝)的保护效果变差。

已有的旋转扫描焊炬，发明专利申请号：03118177.5，其采用空心轴电机驱动、电刷馈电方式。这种结构的扫描焊炬缺点是：①导电嘴斜向布置，不能伸入到窄间隙坡口中，因而不能用于窄间隙焊接。②焊接时的大电流直接流过电机轴，使得必须选用铜质材料制作电机轴，而为了保证电机轴有足够的刚性和导电面积，就需要使用较大直径的电机轴，从而增大了焊炬体积。③电刷与导电杆径向滑动配合实现焊接馈电的方式，需用多块电刷同时导电，使得电刷机构复杂化，同时也不方便对电刷的维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种实用性强的旋转电弧窄间隙焊接方法，以及与之配合的结构简单紧凑、重量轻的旋转电弧窄间隙焊接装置。

实现上述目的的焊接方法，其特征在于采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入间隙的直型导电嘴运动，以及采用单一压紧弹簧使电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合，并经固联在电刷上的电缆通过连接件与联接头成导电连接实现焊接馈电，使穿过电机空心轴和导电杆中心孔从导电嘴偏心孔送出的焊丝端部产生电弧并绕导电杆轴线旋转，同时配用不同形式的外置式喷嘴机构和/或伸入间隙型喷嘴机构，实现不同要求的旋转电弧窄间隙焊接。

实现上述焊接方法的装置是：包括焊接电缆联接头、空心轴电机部分、电刷馈电机构、喷嘴机构及由光栅与光耦组成的测速机构，其特征在于所述电刷馈电机构包括电刷罩、压紧弹簧、电刷、导电杆、轴承座、轴承、轴向上开有偏心孔的导电嘴、连接件、连接电缆；焊接电缆通过联接头与焊炬相接，送丝滚轮送出的焊丝从联接头中心孔穿入，通过电机的空心轴、联轴器、导电杆的中心孔，从导电嘴中的偏心孔送出；空心轴电机本体安装在支座上；导电杆的上端穿过电刷、压紧弹簧、电刷罩，经联轴器与电机的空心轴相联，下端通过轴承支撑在轴承座上，并活动性地穿过喷嘴机构；电刷罩固定在轴承座上，与电刷成动配合，电刷通过压紧弹簧的作用与导电杆上的法兰台面形成导电紧密动配合，固联在电刷上的连接电缆通过连接件与联接头成导电连接；导电杆的下端连接导电嘴，焊丝穿过导电嘴中的偏心孔形成导电紧密动配合。

与光耦相配合的光栅套装在联轴器上，形成的测速机构位于电机部分的下部，电刷馈电机构的上部。

上述喷嘴机构包括导气座、喷嘴、气体分配环、喷嘴高度调节机构，其中喷嘴高度调节机构中的导轨与导气座固联，调节螺杆一端穿过导气座并与支撑板成丝杠螺母式连接，从而可带动导气座与导轨共同沿Z1方向滑动。

喷嘴高度调节机构还可为导气座直接与支撑板固联，或导气座与独立设置的喷嘴高度调节装置相联；或者喷嘴机构由喷嘴固定座、扁形喷嘴、箱形喷嘴等构成，喷嘴固定座的上端与轴承座或支撑板连接、下端固联两个对称布置的扁形喷嘴，箱型喷嘴与另外独立设置的喷嘴高度调节装置相联，可沿Z2方向移动。

本发明与现有技术相比，其优点是：①采用带有偏心孔的直型导电嘴，可用于窄间隙焊接，且通过与外置式喷嘴配合使用，可以扩展应用于非窄间隙气体保护电弧焊。②对于中厚度以下板的窄间隙焊接，采用单一外置式气体喷嘴，简化了送气系统；对于大厚度板的窄间隙焊接，采用外置式与伸入间隙型喷嘴相结合的复合式送气系统，提高了窄间隙焊接质量。③采用单一压紧弹簧使整体式大电流密度电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合实现焊接馈电，减小了电刷机构体积，使得弹簧压紧着力范围扩大、并在圆周方向上呈均匀分布，合理的设计提高了电刷的工作可靠性和使用寿命，方便了电刷的维护。④采用空心轴电机来直接驱动导电杆运动，取消了齿轮传动机构，简化了机构设计，减小了驱动功率和传动噪声，焊炬结构紧凑、重量轻、实用性强，且经固联在电刷上的电缆通过连接件与联接头成导电连接实现焊接馈电，可保证焊接电流不流过电机轴，使得可选用钢质材料制作电机空心轴，从而提高了电机轴的刚性，减小了电机轴的外径，从而减小了电机体积。⑤光栅套装在联轴器上，提高了焊炬长度方向上的空间利用率，使得焊炬长度及体积明显缩小。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图1和图2中，1-送丝滚轮、2-联接头、3-空心轴电机上端盖、4-电机定子、5-电机转子、6-空心轴、7-电机外壳、8-空心轴电机下端盖、9-电机支座、10-联轴器、11-光栅、12-防尘罩、13-光耦、14-电刷罩、15-压紧弹簧、16-电刷、17-导电杆、18-轴承座、19-轴承、20-导气座、21-喷嘴、22-气体分配环、23-导电嘴、24-焊丝、25-焊接电弧、26-螺杆、27-支撑板、28-导轨、29-保护气体导入口、30-焊炬固定孔、31-连接件、32-连接电缆、33-喷嘴固定座、34-送气软管、35-扁形喷嘴、36-箱形喷嘴、37-导气口。

具体实施方式

实施例1，适用于中等厚度以下板的窄间隙焊接场合。由图1可以看出，本发明包括送丝滚轮1、联接头2、空心轴电机上端盖3、电机定子4、电机转子5、空心轴6、电机外壳7、空心轴电机下端盖8、电机支座9、联轴器10、光栅11、防尘罩12、光耦13、电刷罩14、压紧弹簧15、电刷16、导电杆17、轴承座18、轴承19、导气座20、喷嘴21、气体分配环22、导电嘴23、焊丝24、焊接电弧25、螺杆26、支撑板27、导轨28、气体导入口29等。

如图1所示，由送丝滚轮1送出的焊丝24从联接头2的中心孔穿入，通过电机的空心轴6、联轴器10、导电杆17的中心孔，从导电嘴23中的偏心孔送出，产生焊接电弧25。其采用通用型气体保护焊电缆联接头2，使得焊炬能方便地与通用焊机的馈电电缆联接。空心轴电机由上端盖3、电机定子4、电机转子5、空心轴6、电机外壳7、下端盖8等构成，电机本体安装在支座9上。电刷罩14固定在轴承座18上，给电刷16和压紧弹簧15提供定位作用，并与电刷16成动配合；电刷16在压紧弹簧15的作用下与导电杆17上的法兰台面形成导电紧密动配合。导电杆17的一端穿过电刷16、压紧弹簧15、电刷罩14，经联轴器10与电机的空心轴6相联，另一端通过轴承19支撑在轴承座18上，并活动性地穿过导气座20、气体分配环22和喷嘴21。导电杆17的下端连接导电嘴23，焊丝24穿过导电嘴23中的偏心孔形成导电紧密动配合。联接头2、电机支座9、光耦13、轴承座18固联在支撑板27上，形成的焊炬整体通过固定孔30与焊炬高度调节机构相联。焊接电缆联接头2、空心轴电机、联轴器10、导电杆17、电刷16、轴承19的轴心在一条直线上，以保证焊丝24的正常送进、导电杆17的平稳旋转及合理馈电。

如图1所示，光耦13与光栅11配合使用，用于测定电机转速；光栅11套装在联轴器10上，可以显著地节约焊炬长度方向上的空间。喷嘴机构由导气座20、喷嘴21、气体分配环22、螺杆26、导轨28、保护气体导入口29等构成，气体分配环22安装在与导气座20固联的喷嘴21内，保护气体经1～2个导入口29送入导气座20，经过气体分配环22从喷嘴21中喷出；导轨28与导气座20固联，并与支撑板27成滑动连接；在导轨28的导向作用下，调节螺杆26带动导气座20沿Z1方向作相对于支撑板27的移动，微调喷嘴高度，以保证对焊缝的最佳保护效果。

在实施例1中，空心轴电机通过联轴器10带动导电杆17旋转，使电刷16与导电杆17上的法兰台面之间发生相对摩擦运动，这样就在焊接电缆无缠绕的情况下，实现焊接电流经由联接头2、连接电缆32、电刷16流入导电杆17，再由导电嘴23传导给焊丝24，在焊丝端部形成电弧25。这种馈电方式，使得电机空心轴6中没有焊接电流流过，减低了对电机轴材质的要求，减小了电机轴外径和电机体积。由于在导电嘴23的轴向上开有一偏心孔，因此当导电杆17带动导电嘴23旋转时，导电嘴23出口处的焊丝24及其端部的焊接电弧25就会绕导电杆17的轴线作旋转运动。当工件板厚较大时，导电嘴23可伸入窄间隙坡口内，实现旋转电弧焊接；多层焊时，一个专设的由螺杆26、导轨28、支撑板27组合而成的焊炬高度调节机构带动焊炬整体沿Z方向移动，同时通过螺杆26沿Z1方向调节喷嘴21至工件表面距离，以保持最佳的气体保护效果。

实施例2，适用于大厚度板的窄间隙焊接场合。相对于实施例1，去掉了导气座20、喷嘴21、气体分配环22、螺杆26和导轨28，增加了喷嘴固定座33、扁形喷嘴35和箱形喷嘴36，其余部分同实施例1。喷嘴固定座33的上端与轴承座18或支撑板27固联，下端固联两个对称布置的扁形喷嘴35。箱型喷嘴36与另外独立设置的喷嘴高度调节装置相联，可沿Z2方向移动，以保持箱型喷嘴36与工件表面之间合适的距离。设置箱形喷嘴的主要目的，是为了加强大厚板焊接时最后几道焊缝的保护效果。扁形喷嘴35活动性地穿过箱型喷嘴36，并伸入窄间隙坡口内。保护气体一方面由送气软管34导入，经喷嘴固定座33从扁形喷嘴35下端部流出，给处于坡口间隙深处的焊接电弧区域提供保护气体；另一方面，保护气体经2个或多个导气口37导入，从箱型喷嘴36下端喷出，给工件的上部区域提供有效保护，从而保证大厚板窄间隙焊接的气体保护效果。

如图2所示，支撑板27上开有四个固定孔30，可保证焊炬整体绝缘性地与焊炬高度调节机构相联，以便调节焊炬高度。从电刷16引出的连接电缆32，经连接件31与焊接电缆联接头2成导电连接，实现不经过电机空心轴6的焊接导电。焊接时的大电流不流过电机轴，使得可选用钢质的空心轴6，这样在电机轴刚性保证的情况下，减小了电机轴的外径，从而减小了空心轴电机的体积。

实施例3相对于实施例1，去掉了螺杆26和导轨28，将导气座20与另外独立设置的喷嘴高度调节装置相联，实现喷嘴21至工件表面距离的独立调节，其余部分同实施例1。这样，在连续的、全自动化的多层窄间隙焊接时，就不需要在每层焊接结束后微调喷嘴21的高度，提高了自动化程度。

实施例4相对于实施例1，去掉了螺杆26和导轨28，使导气座20与支撑板27刚性联接，并适当缩短导电杆17的伸出长度，使导电嘴23的位置上移，以保持对电弧区域良好的气体保护效果，其余部分同实施例1。这样，该焊炬可以扩展应用于非窄间隙电弧焊的场合。

Claims (8)

1.空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法，其特征在于采用空心轴电机直接驱动导电杆带动可伸入间隙的直型导电嘴运动，以及采用单一压紧弹簧使电刷与导电杆法兰台面成紧密滑动配合，并经固联在电刷上的电缆通过连接件与联接头成导电连接实现焊接馈电，使穿过电机空心轴和导电杆中心孔从导电嘴偏心孔送出的焊丝端部产生电弧并绕导电杆轴线旋转，同时配用外置式喷嘴机构和/或伸入间隙型喷嘴机构，实现旋转电弧窄间隙焊接。

2.实现权利要求1所述空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接方法的装置，它包括焊接电缆联接头(2)、空心轴电机部分、电刷馈电机构、喷嘴机构及由光栅与光耦组成的测速机构，其特征在于所述电刷馈电机构包括电刷罩(14)、压紧弹簧(15)、电刷(16)、导电杆(17)、轴承座(18)、轴承(19)、轴向上开有偏心孔的导电嘴(23)、连接件(31)、连接电缆(32)；焊接电缆通过联接头与焊炬相接，送丝滚轮(1)送出的焊丝从联接头(2)中心孔穿入，通过电机的空心轴(6)、联轴器(10)、导电杆(17)的中心孔，从导电嘴中的偏心孔送出；空心轴电机本体安装在支座(9)上；导电杆(17)的上端穿过电刷(16)、压紧弹簧(15)、电刷罩(14)，经联轴器(10)与电机的空心轴相联，下端通过轴承(19)支撑在轴承座(18)上，并活动性地穿过喷嘴机构；电刷罩(14)固定在轴承座(18)上，与电刷(16)成动配合，电刷(16)通过压紧弹簧(15)的作用与导电杆(17)上的法兰台面形成导电紧密动配合，固联在电刷(16)上的连接电缆(32)通过连接件(31)与联接头(2)成导电连接；导电杆(17)的下端连接导电嘴(23)，焊丝(24)穿过导电嘴(23)中的偏心孔形成导电紧密动配合。

3.根据权利要求2所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于光耦(13)与光栅(11)配合形成的测速机构位于空心轴电机部分的下部、电刷馈电机构的上部，其中光栅(11)套装在联轴器(10)上。

4.根据权利要求2所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于所述喷嘴机构包括导气座(20)、喷嘴(21)、气体分配环(22)、喷嘴高度调节机构。

5.根据权利要求4所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于喷嘴高度调节机构采取导轨(28)与导气座(20)固联，螺杆(26)一端穿过导气座(20)并与支撑板(27)成丝杠螺母式连接。

6.根据权利要求4所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于喷嘴高度调节机构采取导气座(20)直接与支撑板(27)固联。

7.根据权利要求4所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于导气座(20)与另外独立设置的喷嘴高度调节装置相联。

8.根据权利要求2所述的空心轴电机驱动的旋转电弧窄间隙焊接装置，其特征在于喷嘴机构由喷嘴固定座(33)、扁形喷嘴(35)、箱形喷嘴(36)等构成，其中喷嘴固定座(33)的上端连接轴承座(18)或支撑板(17)，箱形喷嘴(36)与另独立设置的喷嘴高度调节装置相联。

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