CN203556999U - 一种型材感应焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种型材感应焊装置，包括感应焊接装置、PLC控制系统、液压系统、冷却系统和感应加热电源，感应焊接装置包括第一组夹钳体、第二组夹钳体、中心轴、夹紧油缸、顶锻油缸和钳口，第一组夹钳体和第二组夹钳体之间还设有左、右安装板，左、右安装板上均装有相应的定位油缸；还包括开合式的感应加热线圈，左、右安装板之一上固定有电极结构，电极结构包括第一、第二电极，第二组夹钳体上装有辅助油缸，两个辅助油缸的活塞杆分别与相应的左、右安装板装连；中心轴的下部装连有定位件；位移传感器、温度传感器及压力传感器均与PLC控制系统电连接。本实用新型自动化操作、效率高。

Description

一种型材感应焊装置

技术领域

本实用新型涉及型材的焊接技术，特别是有关感应焊接设备和方法。

背景技术

目前，常见的钢轨、钢筋、钢管、槽型钢等型材使用的电阻接触焊、感应焊、摩擦焊均属于压力焊范畴。压力焊在焊接过程中无需填充焊接材料，且低耗环保。摩擦焊受主轴电机功率的限制，无法焊接大截面型材；而目前被广泛应用的接触闪光焊，其过梁电流密度、接触电阻、火孔深度均较难控制，且易生成灰斑等焊接缺陷，对焊接接头的质量与寿命将产生较大影响。另一方面，闪光焊监控工艺参数较多，工艺调试周期长，且受母材、机况、环境等因素影响，接头质量相对不易控制。

感应焊是利用交变磁场-电场感应中型材上的涡流效应加热型材，使型材熔化，从而实现焊接的一种方法。感应加热根据所用电流的频率不同可分为：高频感应加热（100 kHz~1000kHz），中频感应加热（1kHz~10kHz）和工频感应加热（50Hz）。中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中锻造型材加热。感应焊因其焊接监控工艺参数相对较为简单，接头质量相对较易控制。目前，市场上公开了一些用于可用于感应焊的焊接装置，但普遍存在感应焊装置的自动化程度低，焊接效率不高的问题。此外，焊接接头的质量也不太稳定。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种自动化、效率高的型材感应焊装置。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种型材感应焊装置，包括感应焊接装置、PLC控制系统、液压系统、冷却系统和感应加热电源，感应焊接装置包括第一组夹钳体、第二组夹钳体、中心轴、夹紧油缸、顶锻油缸和钳口，其中第一组夹钳体和第二组夹钳体共同铰接在中心轴上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸以驱动第一组夹钳体、第二组夹钳体分别绕中心轴转动，第一组夹钳体和第二组夹钳体均通过与顶锻油缸连接而实现沿中心轴轴线方向的相对运动，所述第一组夹钳体和第二组夹钳体的下部均设有钳口，所述第一组夹钳体和第二组夹钳体之间还设有左、右安装板，所述左、右安装板分别通过第一通孔铰接在中心轴上，且左、右安装板分别通过第二通孔滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆上；所述左、右安装板上均装有相应的定位油缸；所述感应焊接装置还包括开合式的感应加热线圈，所述开合式的感应加热线圈包括两个子线圈，两个子线圈分别与相应的定位油缸装连，两个子线圈在合拢后具有与待焊型材截面相适应的空腔；所述左、右安装板之一上固定有电极结构，电极结构包括第一、第二电极，在两个子线圈合拢时，所述第一、第二电极分别与两个子线圈的上部接触，且两个子线圈的下部互相接触，形成导电回路；所述第二组夹钳体的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸，两个辅助油缸的活塞杆分别与相应的左、右安装板装连；所述中心轴的下部装连有定位件；还包括有油路分配块，所述油路分配块上装有压力传感器，所述中心轴上设有位移传感器，所述左安装板或右安装板上设有温度传感器，位移传感器、温度传感器及压力传感器均与PLC控制系统电连接。

所述电极结构位于左、右安装板之一上的第一通孔下方处。

所述定位油缸有四个，左、右安装板的上、下部各装有一个。

所述两个辅助油缸的活塞杆通过导向滑杆与相应的左、右安装板装连，导向滑杆与第二组夹钳体滑动配合。

所述左、右安装板上分别滑动配合有导向板，导向板与相应的定位油缸的活塞杆固定，两个子线圈分别装连在相应的导向板上。

所述中心轴上的还套装有两个吊装轴套，所述两个吊装轴套分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴的两端还分别装有一个卡箍；所述吊装轴套和卡箍上均装连有定位件。

所述电极结构的第一电极和第二电极分别接感应加热电源的输出端，导电铜排通过耐高温绝缘板交叉固定在第一电极与第二电极之间; 感应加热线圈的两个子线圈中的一个子线圈的上端部有第一、第五线圈触点，下端部有第二、第六线圈触点，另一个子线圈的上端部有第四、第八线圈触点，下端部有第三、第七线圈触点。

所述电极结构的第一电极和第二电极分别接感应加热电源的输出端，第一电极与第二电极之间装有耐高温绝缘板; 感应加热线圈的两个子线圈中的一个子线圈的上、下端部分别有第一、第二线圈触点，另一个子线圈的上、下端部分别有第四、第三线圈触点。

采用上述结构后，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用PLC控制，通过感应焊接装置中定位油缸、辅助油缸、左、右安装板及感应加热线圈的巧妙设计和感应焊接装置中夹紧油缸、顶锻油缸等部件的相互配合，实现了型材感应焊接过程的夹紧、感应焊接和顶锻，自动化程度高，减少了人为因素影响，降低了劳动作业强度；利用温度、压力及位移传感器采集回的温度、压力及位移数据，使PLC控制完成整个焊接过程，工艺参数简单，易于调试，且不受母材、机况、环境等因素影响，焊接接头质量稳定，可提高焊接质量稳定性；感应对接焊区别于熔化焊，无需添加填充材料及保护气体，大大降低焊接成本。本实用新型广泛适用于各种型材（例如工字钢、钢轨、钢管等）的焊接。而且本实用新型还可在焊接后对需要热处理的型材焊接接头进行热处理，相当于在同一台设备中可以实现焊接和热处理两项功能，能够大大提高焊接及热处理效率，减少设备投资。

附图说明

以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的型材感应焊装置的结构原理框图；

图2是本实用新型的侧视示意图；

图3是本实用新型的主视结构示意图，即图2的左视图；

图4是图2的沿A-A线的剖视图（逆时针旋转90°后）；

图5是本实用新型中的左、右安装板、感应加热线圈、定位油缸的连接结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7、8是本实用新型中的感应加热线圈的开合移动结构立体示意图；

图9是双匝回路时两个子线圈在分开时型材头部方向的俯视图；

图10是双匝回路时两个子线圈在分开时型材底部方向的仰视图；

图11是单匝回路时两个子线圈在分开时型材头部方向的俯视图；

图12是单匝回路时两个子线圈在分开时型材底部方向的仰视图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12所示，本实用新型的一种型材感应焊装置，包括感应焊接装置1、PLC控制系统、液压系统、冷却系统和感应加热电源，感应焊接装置1包括第一组夹钳体10、第二组夹钳体6、中心轴12、夹紧油缸3、顶锻油缸7和钳口11，其中第一组夹钳体10和第二组夹钳体6共同铰接在中心轴12上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸3以驱动第一组夹钳体10、第二组夹钳体6分别绕中心轴12转动，第一组夹钳体10和第二组夹钳体6均通过与顶锻油缸7连接而实现沿中心轴12轴线方向的相对运动，所述第一组夹钳体10和第二组夹钳体6的下部均设有钳口11，所述第一组夹钳体10和第二组夹钳体6之间还设有左、右安装板13、14，所述左、右安装板13、14分别通过第一通孔13-1、14-1铰接在中心轴12上，且左、右安装板13、14分别通过第二通孔13-2、14-2滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆7-1上；所述左、右安装板13、14上均装有相应的定位油缸15；所述感应焊接装置1还包括开合式的感应加热线圈8，所述开合式的感应加热线圈8包括两个子线圈8-a、8-b，两个子线圈8-a、8-b分别与相应的定位油缸15装连，两个子线圈8-a、8-b在合拢后具有与待焊型材20截面相适应的空腔；所述左、右安装板13、14之一上固定有电极结构19，电极结构19包括第一、第二电极19-1、19-2，在两个子线圈8-a、8-b合拢时，所述第一、第二电极19-1、19-2分别与两个子线圈8-a、8-b的上部接触，且两个子线圈8-a、8-b的下部互相接触，形成导电回路；所述第二组夹钳体6的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸9，两个辅助油缸9的活塞杆分别与相应的左、右安装板13、14装连；所述中心轴12的下部装连有定位件21；还包括有油路分配块5，所述油路分配块5上装有压力传感器25，所述中心轴12上设有位移传感器12-1，所述左安装板13或右安装板14上设有温度传感器4，位移传感器12-1、温度传感器4及压力传感器25均与PLC控制系统电连接。

由于左、右安装板13、14铰接在中心轴12上，且滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆7-1上，并装有相应的定位油缸15和辅助油缸9；感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b分别与相应的定位油缸15装连，因此，感应加热线圈8可以快速地、准确地移动到两根型材的对接处，对型材进行加热，从而可以进一步提高型材的焊接速度和效率。

感应焊接装置1可以采用高频感应焊接装置，也可以采用中频或工频感应焊接装置，但配套的感应加热电源也要用相应的高频、中频或工频感应加热电源即可。可根据型材的截面尺寸大小合理选择高频、中频或工频感应加热电源。

液压系统可由液压泵、液压控制阀、液压管路等组成。

冷却系统如采用水作为冷却介质，可由水泵、阀、冷却管路等组成。当然，冷却系统也可根据需要，采用除水以外的其它冷却介质。定位件21一般是用于压在待焊型材顶部的块状零件。

优选，所述中心轴12上的还套装有两个吊装轴套23，所述两个吊装轴套23分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴12的两端还分别装有一个卡箍24；所述吊装轴套23和卡箍24上均装连有定位件21。这是因为在进行型材20焊接时，不仅需要固定两根型材20，而且还要保证两根型材20对齐，那就需要对两根型材20进行准确定位并对中，因此4个定位件21的作用是在和钳口11的配合下确保两根型材20更准确、更精确和更快速地定位及对中。其中4个定位件21两两为一组，每组定位件21定位一根型材20，采用了两点确定一条直线的原理，因而，在钳口11的夹持配合下，可以实现对两根型材20进行快速和精确的定位对中，同时由于4个定位件21可以保证型材20更快速精确的的对中定位，感应焊接装置1直接落置在型材20上，即可保证两根型材20对齐，不需要再做其他的调整。

如图5、6所示，所述电极结构19位于左、右安装板13、14之一上的第一通孔13-1、14-1下方处。

如图5、6、7、8所示，所述定位油缸15有四个，左、右安装板13、14的上、下部各装有一个。这样，两个子线圈8-a、8-b移动时更加平稳，位置更精确。

如图4、7、8所示，所述两个辅助油缸9的活塞杆通过导向滑杆18与相应的左、右安装板13、14装连，导向滑杆18与第二组夹钳体6滑动配合。这样，左、右安装板13、14移动时更加平稳，位置更精确。

如图5、6、7、8所示，所述左、右安装板13、14上分别滑动配合有导向板17，导向板17与相应的定位油缸15的活塞杆固定，两个子线圈8-a、8-b分别装连在相应的导向板17上。这样，确保了两个子线圈8-a、8-b合拢时更精确，不易变形。

如图9、10所示，感应加热线圈8采用双匝回路时，电极结构19为：所述第一电极19-1和第二电极19-2分别接感应加热电源的输出端，导电铜排22通过耐高温绝缘板27交叉固定在第一电极19-1与第二电极19-2之间; 感应加热线圈8的结构为：两个子线圈8-a、8-b中的一个子线圈8-a的上端部有第一、第五线圈触点8-1、8-5，下端部有第二、第六线圈触点8-2、8-6，另一个子线圈8-b的上端部有第四、第八线圈触点8-4、8-8，下端部有第三、第七线圈触点8-3、8-7。当然，导电铜排22最好为Z字形，也可以为台阶形等其它形状。

当两个子线圈8-a、8-b合拢时，感应加热线圈8的上部第一、第四、第五、第八线圈触点8-1、8-4、8-5、8-8分别与第一电极19-1、导电铜排22的第一触点22-1、第二触点22-2及第二电极19-2接触；感应加热线圈8的下部第二、第六线圈触点8-2、8-6分别与第三、第七线圈触点8-3、8-7接触，由此形成双匝回路。

以第一电极19-1接感应电流输出为正方向为例，感应电流流向为：感应电流从电极19-1流入，经第一线圈触点8-1、第二线圈触点8-2、第三线圈触点8-3、第四电极触点8-4、导电铜排22的第一触点22-1和第二触点22-2、第五线圈触点8-5、第六线圈触点8-6、第七线圈触点8-7、第八线圈触点8-8，最后电流从第二电极19-2流出，由此形成双匝回路。

如图11、12所示，单匝回路时，电极结构19为：所述第一电极19-1和第二电极19-2分别接感应加热电源的输出端，第一电极19-1与第二电极19-2之间装有耐高温绝缘板27; 感应加热线圈8的结构为：两个子线圈8-a、8-b中的一个子线圈8-a的上、下端部分别有第一、第二线圈触点8-1、8-2，在另一个子线圈8-b的上、下端部分别有第四、第三线圈触点8-4、8-3。

当两个子线圈8-a、8-b合拢时，感应加热线圈8的上部第一、第四线圈触点8-1、8-4分别与第一、第二电极19-1、19-2接触；感应加热线圈8的下部第二线圈触点8-2与第三线圈触点8-3接触，由此形成单匝回路。

以第一电极19-1接感应电流输出为正方向为例，感应电流流向为：感应电流从第一电极19-1流入，经第一线圈触点8-1、第二线圈触点8-2、第三线圈触点8-3、第四线圈触点8-4、最后电流从第二电极19-2流出，由此形成单匝回路。

如图1、2、3所示，本实用新型的型材感应焊装置采用了全自动控制的感应焊接技术。感应焊接装置1作为整个设备的工作装置，直接完成对型材接头的夹持定位、感应焊接、顶锻等各项动作。

PLC控制系统为整个设备的控制中心，除了控制感应焊接装置1完成上述各项动作，确保感应焊接装置1完成型材的自动焊接并实现对焊接过程控制的反馈外，而且还控制液压系统、冷却系统、感应加热电源执行后续的动作。冷却系统在焊接过程中采用外部水循环，使水通过感应加热线圈8空心铜芯部，避免感应加热线圈8产生过热现象。位移传感器、压力传感器分别采集型材焊接过程中的各种位移和压力数据并通过PLC控制系统计算后反馈输出，从而实现感应焊接装置1的各项动作。温度传感器4采集型材对接处的实时温度，达到设定温度后反馈给PLC控制系统，从而关闭或启动感应加热电源。

如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12所示，本实用新型的型材感应焊装置的工作过程如下：

本实用新型使用时，先将感应加热电源接入动力源也即柴油发电机组的交流输出电源或容量足够的电网电源，然后由夹紧油缸3将两根待焊型材20夹紧并自动对中，顶锻油缸7施加初始顶锻力将两根待焊型材20的焊接端面贴紧，辅助油缸9将开合式的感应加热线圈8推至两根待焊型材20的对接处，定位油缸15实现感应加热线圈8的闭合夹紧，整个感应加热线圈8将两根待焊型材20的焊接接头完全包拢。PLC控制系统启动感应加热电源，对感应加热线圈8通电，从而对两根待焊型材20的对接处进行加热，同时控制冷却系统对感应加热线圈8进行水冷却，控制液压系统保持夹紧油缸3与顶锻油缸7的动作。待感应加热线圈8将两根待焊型材20的接头温度加热到预定的焊接温度，PLC控制系统关闭感应加热电源，控制定位油缸15使感应加热线圈8的两个子线圈8-a、8-b快速张开，并命令顶锻油缸7施加设定顶锻力，两型材20的端面结合在一起，辅助油缸9将感应加热线圈8退回初始位。在整个焊接过程中，两根待焊型材20始终保持固定，两个待焊端面焊接在一起，通过金属原子间的扩散达到焊接的目的。

Claims (8)

1.一种型材感应焊装置，包括感应焊接装置（1）、PLC控制系统、液压系统、冷却系统和感应加热电源，其特征在于：

a、感应焊接装置（1）包括第一组夹钳体（10）、第二组夹钳体（6）、中心轴（12）、夹紧油缸（3）、顶锻油缸（7）和钳口（11），其中第一组夹钳体（10）和第二组夹钳体（6）共同铰接在中心轴（12）上构成两对钳形夹紧装置，每对钳形夹紧装置的夹钳体之间均装有夹紧油缸（3）以驱动第一组夹钳体（10）、第二组夹钳体（6）分别绕中心轴（12）转动，第一组夹钳体（10）和第二组夹钳体（6）均通过与顶锻油缸（7）连接而实现沿中心轴（12）轴线方向的相对运动，所述第一组夹钳体（10）和第二组夹钳体（6）的下部均设有钳口（11），其特征在于：

b、所述第一组夹钳体（10）和第二组夹钳体（6）之间还设有左、右安装板（13、14），所述左、右安装板（13、14）分别通过第一通孔（13-1、14-1）铰接在中心轴（12）上，且左、右安装板（13、14）分别通过第二通孔（13-2、14-2）滑动配合地套置在相应的顶锻油缸活塞杆（7-1）上；

c、所述左、右安装板（13、14）上均装有相应的定位油缸（15）；

d、所述感应焊接装置（1）还包括开合式的感应加热线圈（8），所述开合式的感应加热线圈（8）包括两个子线圈（8-a、8-b），两个子线圈（8-a、8-b）分别与相应的定位油缸（15）装连，两个子线圈（8-a、8-b）在合拢后具有与待焊型材（20）截面相适应的空腔；

e、所述左、右安装板（13、14）之一上固定有电极结构（19），电极结构（19）包括第一、第二电极（19-1、19-2），在两个子线圈（8-a、8-b）合拢时，所述第一、第二电极（19-1、19-2）分别与两个子线圈（8-a、8-b）的上部接触，且两个子线圈（8-a、8-b）的下部互相接触，形成导电回路；

f、所述第二组夹钳体（6）的每个夹钳体上均装有一个辅助油缸（9），两个辅助油缸（9）的活塞杆分别与相应的左、右安装板（13、14）装连；

g、所述中心轴（12）的下部装连有定位件（21）；

h、还包括有油路分配块（5），所述油路分配块（5）上装有压力传感器（25），所述中心轴（12）上设有位移传感器（12-1），所述左安装板（13）或右安装板（14）上设有温度传感器（4），位移传感器（12-1）、温度传感器（4）及压力传感器（25）均与PLC控制系统电连接。

2.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述电极结构（19）位于左、右安装板（13、14）之一上的第一通孔（13-1、14-1）下方处。

3.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述定位油缸（15）有四个，左、右安装板（13、14）的上、下部各装有一个。

4.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述两个辅助油缸（9）的活塞杆通过导向滑杆（18）与相应的左、右安装板（13、14）装连，导向滑杆（18）与第二组夹钳体（6）滑动配合。

5.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述左、右安装板（13、14）上分别滑动配合有导向板（17），导向板（17）与相应的定位油缸（15）的活塞杆固定，两个子线圈（8-a、8-b）分别装连在相应的导向板（17）上。

6.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述中心轴（12）上的还套装有两个吊装轴套（23），所述两个吊装轴套（23）分别位于每对钳形夹紧装置的夹钳体之间，所述中心轴（12）的两端还分别装有一个卡箍（24）；所述吊装轴套（23）和卡箍（24）上均装连有定位件（21）。

7.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述电极结构（19）的第一电极（19-1）和第二电极（19-2）分别接感应加热电源的输出端，导电铜排（22）通过耐高温绝缘板（27）交叉固定在第一电极（19-1）与第二电极（19-2）之间; 感应加热线圈（8）的两个子线圈（8-a、8-b）中的一个子线圈（8-a）的上端部有第一、第五线圈触点（8-1、8-5），下端部有第二、第六线圈触点（8-2、8-6），另一个子线圈（8-b）的上端部有第四、第八线圈触点（8-4、8-8），下端部有第三、第七线圈触点（8-3、8-7）。

8.根据权利要求1所述的型材感应焊装置，其特征在于：所述电极结构（19）的第一电极（19-1）和第二电极（19-2）分别接感应加热电源的输出端，第一电极（19-1）与第二电极（19-2）之间装有耐高温绝缘板（27）; 感应加热线圈（8）的两个子线圈（8-a、8-b）中的一个子线圈（8-a）的上、下端部分别有第一、第二线圈触点（8-1、8-2），另一个子线圈（8-b）的上、下端部分别有第四、第三线圈触点（8-4、8-3）。

Images