CN1943968A

CN1943968A - 振动焊接技术

Info

Publication number: CN1943968A
Application number: CN 200610032475
Authority: CN
Inventors: 黎凡七
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: CN100457377C

Abstract

本发明技术为：a.将激振器刚性连接在被焊接件上或固定在置有被焊接件的振动台上；在共振状态下，通过调整激振器的激振力而使焊接件获得所需振幅；b.保持被焊接件处于共振状态并控制振幅的稳定，c.在共振状态下的频率区间内选择一个较低的工作频率，其为不大于共振振幅峰值的三分之一的振幅值所对应的频率；d.采用一个加速度传感器拾振，并将该传感器固定在距焊缝一定距离处，所述传感器沿焊缝增加的方向随施焊者移动；利跟踪监控系统监控振动参数的变化；其配置有焊件编号、生产日期、起止时间和绘制加速度—时间曲线；本技术使施焊操作方便、焊接效果更好，焊接时可采用较大电流，以提高焊接速度及效率；它适用各类焊接构件。

Description

振动焊接技术

技术领域

本发明涉及焊接技术，进一步是指改进的振动焊接技术。

背景技术

振动焊接，是指对钢件实施焊接的过程中，采用对工件边焊边振的焊接方法。该方法可消除焊层内应力及焊接过程中产生的焊接变形、裂纹(隐裂)，减少渣孔、气孔，增加焊缝溶池中更多、更健康的有效结晶核，细化晶粒、防止跳焊、提高焊接质量及材料机械性能和疲劳寿命。

但是，在现有技术的振动焊接工艺中，振幅大小是通过调节频率来控制的，当激振器质量一定时，对大型焊接构件而言，很难通过调节频率得到预定的振幅；再则，该工艺采用多只传感器并逐一转换进行拾振，这不仅会增加设备成本和传感器维护工作量，在实际操作中还存在这样的困难，即：对于焊缝纵横交错的构件，其焊缝有的分布在构件外表面，有的分布在内表面，施焊操作人时而站立，时而蹬在构件上部，有时又需要进入构件内腔，使得操作人必须频繁来往于远离构件的控制面板(去拨动传感器转换开关)和构件之间，不仅影响施焊进度，还因操作人员过多地在构件上跳上跳下、钻出又钻进而增加了劳动强度，还极不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种振动焊接技术，它通过调整激振器的激振力来控制振幅的大小，采用一个加速度传感器拾振，在共振区内进行焊接及配合其它相关工艺，使施焊操作方便、焊接效果更好。

本发明的技术方案是，所述振动焊接技术为：

(1)将激振器刚性连接在被焊接件上或固定在置有被焊接件的振动台上；在共振状态下，通过调整激振器的激振力而使被焊接件获得所需大小的振幅；

(2)保持被焊接件在焊接过程中处于共振状态并控制振幅的稳定，被焊接件振动时的加速度值控制在0.2m/s²-20m/s²范围，其精度稳定在±0.1m/s²；

(3)、在共振状态下的频率区间内选择一个较低的频率作为工作频率，该工作频率为不大于共振振幅峰值的三分之一的振幅值所对应的频率；

(4)采用一个加速度传感器拾振，并将该传感器固定在距焊缝10cm-15cm处，所述传感器沿焊缝增加的方向随施焊者移动，直至焊接完毕。

以下对本发明做出进一步说明。

本发明工艺中，激振器可刚性连接在被焊接件上(参见图1)或固定在置有被焊接件的振动台上(参见图2)。

本发明工艺中，可采用两台或两台以上的多台激振器同步同幅激振。对于中大型构件，特别是特大型焊接构件(如船舶、桥梁及大型压力容器等)，采用多人同时在不同地方进行焊接作业，使用一台激振器就难以将构件激振起来，在激振器附近的振幅可能满足焊接要求，远离激振器的地方振幅小，不能满足焊接要求，也就达不到振动焊接的效果；因此可视构件大小采用变频器控制两台或两台以上的激振器同步激振(如图1所示)，即一拖二，或一拖三、四等，以保证构件各处均为同频同幅振动。

本发明工艺中，激振器的激振力调整，可通过调整激振器两端的内、外偏心块的夹角，或是调整激振器内、外偏心轮之间的偏心距来实现。

图3是两端分别装有内、外偏心块的激振器结构示意图，即电动机12右侧的电机轴13上装有内偏心块14和外偏心块15(外装防护罩)，电动机12左侧的防护罩11中的左侧电机轴上同样装有内偏心块14和外偏心块15；当内、外偏心块14、15重合时(如图3所示)，激振器的振动力最大，而当所述内、外偏心块14、15为图4所示状态时，可以在理论上认为其振动力最小；调整内、外偏心块14、15的夹角θ(参见图4)，即可调整激振器激振力的大小。

图5是激振器所安装的内偏心轮22和外偏心轮21的结构示意图，调整该两偏心轮的偏心距e，即可改变激振器的激振力大小；当所述偏心距e为最大时(如图5所示)，激振力为最大，而当偏心距e为零时，激振力亦会为最小。

本发明工艺中，焊接时应始终控制振幅的稳定，即其振动状态为图6所示，t为时间，被焊接件振动加速度a与振幅值成正比。为达到此目的，可将加速度传感器测量信号转换成电压或电流信号，输入振动焊接装置控制器或单片机作为目标值，调节好控制器或单片机的PID，系统将按设定的目标值自动跟踪运行；由此也就保证了焊接的正常施工。

本发明工艺中，为适应振动焊接的技术要求，应选择振幅偏低的频率f作为工作频率(a为加速度)，即图7中B点与C点之间的频率，该区间仍属共振区。为保证振动焊接效果，不得在非共振区内焊接。

本发明工艺中，所选择振动加速度a范围对应的调频范围是0-80Hz。

本发明选择调频范围0-80Hz是基于以下原因：

系统(焊件)的固有频率是系统(焊件)的固有特性，它决定系统本身的性质。从简式

f = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{k}{m}}

可以看出，系统固有频率f与刚度k的平方根成正比，与质量的平方根成反比。焊件几何尺寸越大，质量越大、刚性差，它的固有频率低；反之，焊件体积小、质量小、刚性大、则固有频率高，实际上所有焊接构件85％以上，其固有频率都在80Hz以下。那些小型焊件虽然固有频率高，均超过80Hz，超出了0-80Hz调频范围，但可通过降频方法使之符合这个调频范围，简易而有效方法是使多个焊件刚性连接在振动台上，将整个振动台(含所有焊件)视为一个系统，固有频率降下来后使之符合0-80Hz调频范围内的，所以这个调频范围能覆盖所有焊接构件。并配以软起动，系统从零开始逐步缓慢升速直至工作频率，免除了突然升速至20Hz，这种硬启动易损坏电机，并带来电压波动，施焊人员与被振焊件接触时，不应使人身感到有不舒适感，这是国家标准规定的振动频率最高不能超过80Hz。

本发明的振动振幅是以加速度a来描述的，根据振动理论，对固有振型工件上的各点用相对位移来描述就可以了，而不必用绝对位移来表示。用a来表示从测量到转换、显示都较为简单方便。

用调整激振力，即调整激振器偏心块夹角大小(或偏心轴的档位)来调整振幅比用调频来提高振幅的优越性在于不改变工作频率下，可获得较大振幅，如图8所示，工作频率选择共振峰的点1/3处的频率是f₁，f₁对应的振幅为a₁，欲提高振幅时，只要改变激振器偏心块的夹角大小(或偏心轴的档位)，a-f曲线将平行上移。此时共振峰A点及工作频率B点将移至A′、B′，B′点对应的工作频率仍为f₁，此时所对应的振幅为a₃。若通过调频来调整振幅，若将频率调整至f₂，它对应的振幅为a₂，要同样达到振幅为a₃，此时频率要提高到f₃，这已超出了A点1/3处的共振区，此频率接近共振峰。频率越高，噪声则越大，同时还会影响电机寿命。同时，越接近共振峰点时，振幅越难稳定。

本发明工艺中，在不影响焊接的前提下，应尽量增大振动加速度。由于有时施焊者需要蹬在工件上施焊，其加速度值应符合国家标准GB/T 13442-92规定的人体全身振动暴露的舒适性降低界线和评价准则。

本发明工艺中，为了防止施焊过程中的漏振或不振，及保证振动焊接的效果，配备了跟踪监控系统，接收加速度传感器的工作信号监控整个焊接过程中振动参数的变化；同时配置有焊件编号、生产日期、起止时间和绘制加速度——时间曲线(a-t曲线)等功能；焊接完工后，通过专用振动焊接装置内的打印机将上述参数及a-t曲线打印出来，为检测部门提供原始记录和日后备查。

本发明工艺中，采用一个加速度传感器拾振，它相对已有振动焊接工艺采用多个传感器的好处是，一个传感器随人而动，人到哪里，就跟随到哪里，极为方便，既不影响生产进度，操作人无需上下、里外跳来跳去；降低设备成本：一项新的技术让人接受，价格也是用户考虑的一个主要问题，传感器属精密元件，体积小，价格高，采用多个传感器并配转换开关，势必增加设备的成本。

由以上可知，本发明为一种振动焊接技术，它使施焊操作方便、焊接效果更好，焊接时可采用较大电流，以提高焊接速度及效率；它适用各类机械、机器、机床、航空、航天、船舶、起重运输、汽车、机车、桥梁、压力容器等领域内的碳钢、各类合金钢、不锈钢、铸件(焊补)、铝合金、铜合金的手工电弧焊、自动焊、汽体保护焊、埋伏焊、氢弧焊的诸多大量焊接构件。

附图说明

图1是本发明工艺的一种实施例示意图；

图2是本发明工艺的另一种实施例示意图；

图3是两端装有内、外偏心块的激振器结构示意图(右端的防护罩未画出)；

图4是表示图3中两偏心块相对位置(夹角)关系的示意图；

图5是表示激振器上安装内、外偏心轮及其偏心距示意图；

图6是激振器及被焊工件加速度a-时间t关系图；

图7是激振器及被焊工件加速度a-频率f曲线图；

图8是不同激振力条件下的加速度a-频率f关系曲线图。

在图中：

1-激振器， 2-加速度传感器， 3-被焊接件，

4-电气控制柜， 5-振动台， 11-防护罩，

12-电动机， 13-电机轴， 14-内偏心块，

15-外偏心块， 21-外偏心轮， 22-内偏心轮。

具体实施方式

1、将焊接构件按焊接工艺组焊成型后，用橡胶或木头支撑平稳，支撑方式按不同类型构件而不同。

a、梁型构件，支撑位置在距焊件两端2/9L处(L为焊件长度)，激振器固定在中央或中央一侧或端部。

b、对圆形工件，以四点或三点支撑，激振器则固定在两点之间。

c、对于板形工件，支撑沿长度方向布置，支点距端部1/3L或2/3L处，激振器装夹中间位置。

d、对于长、宽、高比例接近1的焊接构件，与三个方向中选择刚性低的地方支撑四点，支点距端部1/3L或2/3L处，激振器固定在两侧或对角线上。

e、焊件几何尺寸不大，或有色金属件可刚性固定在振动台上或焊接胎具上，激振器固定在中间一侧，或端部、胎具也可固定在振动台上。

2、采用一只加速度传感器固定在焊缝附近10-15cm处，可沿焊缝长度方向移动。

3、控制振幅的稳定，振幅控制在0.2m/s²-20m/s²范围内，同时保持焊件始终处于共振状态。

4、可采用多台激振器同步激振。

5、一切准备就绪即可施焊，施焊时必须严格按照焊接工艺进行。

6、振动焊接完工后，无需再进行其它时效处理。

Claims

1、一种振动焊接技术，其特征是，该技术为：

2、根据权利要求1所述振动焊接技术，其特征是，利用跟踪监控系统，接收加速度传感器的工作信号监控整个焊接过程中振动参数的变化；所述系统配置焊件编号、生产日期、起止时间和绘制加速度——时间曲线的功能；焊接完工后，通过专用振动焊接装置内的打印机将上述参数及a-t曲线打印出来，为检测部门提供原始记录和日后备查。

3、根据权利要求1所述振动焊接技术，其特征是，所述激振力的调整是通过调整激振器两端的内、外偏心块的夹角，或是调整激振器两端内、外偏心轮的偏心距来实现。

4、根据权利要求1所述振动焊接技术，其特征是，采用两台或两台以上的多台激振器同步同幅激振。