CN221047511U - 窄间隙焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种窄间隙焊接装置，包括旋转机构、枪头和气罩组件，旋转机构具有中空的焊丝穿过孔，并带动枪管和偏心导电嘴转动，以使焊丝往复摆动；枪头配置于旋转机构的端部，气罩组件包括套接于枪头的气罩本体，以及与气罩本体连接并带动气罩本体沿远离或靠近偏心导电焊嘴方向移动的位置调节单元。在将气罩本体调节至预期位置后，可通过位置调节单元将其锁定。通过在枪头上增加可自动或手动调整高度的保护气罩，保护气罩适应不同深度焊接作业，实现焊接区域内充满保护气。通过将焊丝穿过中空回转机构，中空回转机构往复旋转实现焊丝高精度往复偏摆。

Description

窄间隙焊接装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术，尤其是一种用于窄间隙焊接作业的装置。

背景技术

窄间隙焊接技术是一种用于厚板对接的高效焊接方法，它可以减少填充金属的用量，降低热输入，缩短焊接时间，减少变形和残余应力。窄间隙焊接技术主要包括窄间隙埋弧焊、窄间隙熔化极气体保护焊、窄间隙钨极氩弧焊等，它们都需要特殊的窄间隙焊枪和自动跟踪系统来实现在深窄坡口中的稳定焊接。

窄间隙焊接技术面临以下主要问题：由于坡口侧壁与熔池之间的热传导不足，容易造成侧壁未熔合或未熔透等缺陷。为了提高侧壁熔合质量，需要采用摆动、倾斜或波浪形的焊丝来增加电弧对侧壁的作用。但是这些方法也会增加电弧不稳定性和热输入，影响焊缝成形和力学性能。在一些场景中，由于坡口深度大于枪嘴长度，导致保护气不能有效地覆盖熔池表面，造成气体保护不良或不足。为了改善保护气效果，需要增加保护气流量或采用特殊形状的枪嘴。但是这些方法也会增加气体消耗和成本，以及电弧吹力和变形。同时，由于坡口宽度小于枪嘴直径，导致枪身与坡口之间的空间非常有限。为了防止枪身过热或与坡口发生碰撞，需要采用水冷或绝缘材料包覆的枪身，并配备精确的跟踪系统。但是这些方法也会增加设备复杂度和故障率。

因此，需要进一步的研究和创新，以解决现有技术存在的上述问题。

实用新型内容

实用新型目的，提供一种窄间隙焊接装置，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案，在本申请的一个实施例中，提供一种窄间隙焊接装置，包括：

旋转机构，具有中空的焊丝穿过孔，并带动枪管和偏心导电嘴转动，以使焊丝往复摆动；

枪头，配置于旋转机构的端部，

气罩组件，包括套接于枪头的气罩本体，以及与气罩本体连接并带动气罩本体沿远离或靠近偏心导电焊嘴方向移动的位置调节单元。

在进一步的实施例中，将气罩本体调节至预期位置后，通过位置调节单元将其锁定。

在本申请的另一实施例中，所述位置调节单元包括：与气罩本体连接的齿条，设置于枪身上并与齿条啮合的齿轮组件，以及用于锁紧齿轮组件的阻挡单元。

在本申请的另一实施例中，还包括套结于齿条上并于枪身连接的导套。

在本申请的另一实施例中，所述旋转机构包括：中空伺服电机、用于固定中空伺服电机与枪管的枪管法兰，套结于枪管外并电连接的电刷，形成于电刷与枪身之间的绝缘套，以及设置在绝缘套一侧的弹簧。

在本申请的另一实施例中，所述枪头包括：具有预定长度的用于收容枪管的枪头本体，形成于枪头本体至少一个冷却水通道和至少一个保护气体通道。

在本申请的另一实施例中，所述冷却水通道延伸至枪嘴的一端，形成之字形回路，所述保护气体通道的出气端对称设置于枪嘴外周。

在本申请的另一实施例中，还包括推拉丝机构，用于将焊丝输送至枪管中，推拉丝机构与旋转机构之间设置有保护罩。

在本申请的另一实施例中，还包括用于将窄间隙焊接装置固定于焊接臂上的固定组件，所述固定组件的两端分别安装于推拉丝机构和枪身上。

在本申请的另一实施例中，所述位置调节单元设置有阻尼机构或弹性伸缩机构，以随着枪头与焊接工作面的距离调节气罩本体的位置。

在本申请的另一实施例中，所述推拉丝机构、旋转机构同轴设置。

有益效果，通过在枪头上增加可自动或手动调整高度的保护气罩，保护气罩适应不同深度焊接作业，实现焊接区域内充满保护气。在一些实施例中，将保护气体接入枪头上的保护气通道，实现在熔池处有气保护。在一些实施例中，将冷却水接入枪头上的冷却水回路，在焊接时，冷却水带走高温高热，让焊枪持续作业。在一些实施例中，通过将焊丝穿过中空回转机构，中空回转机构往复旋转实现焊丝高精度往复偏摆。在一些实施例中，通过将推拉丝机构与焊枪结合，使得整体结构更加紧凑、外形美观。

附图说明

图1是本申请的整体示意图。

图2是本申请保护气罩的示意图。

图3是本申请保护气罩另一角度的示意图。

图4是本申请位置调节单元的示意图。

图5是本申请旋转机构的示意图。

图6是本申请旋转机构的剖视图。

图7是本申请另一角度的整体示意图。

图8是本申请枪头的剖视图。

附图中，各个附图标记为：

推拉丝机构1、连接板2、固定法兰3、保护罩4、中空伺服电机5、枪身组件6、气罩调整组件7、气罩组件8、接头9、枪头10、枪嘴11、焊丝12、齿条13、连接块14、绝缘垫片15、调整垫片16、保护气罩17、销轴18、卡簧19、轴承20、气孔排21、垫片22、轴23、卡簧24、齿轮25、旋钮把手26、弹簧27、阻挡块28、挡片29、锁定把手30、导向块31、导套32、枪身主体33、枪管34、电机绝缘套35、线束固定块36、绑带37、枪管法兰38、枪管固定杯39、电刷40、弹簧41、电刷绝缘套42、枪身组件绝缘套43、固定套44、绝缘垫片45、绝缘套46、保护气管47、冷却进水管48、电源线49、冷却出水管50。

具体实施方式

为了解决现有技术存在问题，申请人进行了深入地研究，给出如下技术方案。

在本申请的一个实施例中，提供一种窄间隙焊接装置，包括：

旋转机构，具有中空的焊丝穿过孔，并带动枪管和偏心导电嘴转动，以使焊丝往复摆动；

枪头，配置于旋转机构的端部，

气罩组件，包括套接于枪头的气罩本体，以及与气罩本体连接并带动气罩本体沿远离或靠近偏心导电焊嘴方向移动的位置调节单元。

在本实施例中，通过增加气罩组件，使焊接区域处于保护状态，解决枪头或枪嘴周围的保护气体不能够有效覆盖熔池的问题，避免了气体保护不良或不足带来的焊接质量问题。

在一些实施例中，并在将气罩本体调节至预期位置后，通过位置调节单元将其锁定，这种锁定可以是弹性锁定、磁性锁定或机械锁定，在一些场景下海可以是阻尼锁定。具体的锁定结构，将在下文的实施例中进行详细描述。

比如所述位置调节单元可以包括：与气罩本体连接的齿条，设置于枪身上并与齿条啮合的齿轮组件，以及用于锁紧齿轮组件的阻挡单元。在这个实施例中，通过齿轮齿条副来实现对气罩组件的上下调节，使其靠近或远离枪头，至预定位置处，从而在焊接区域形成气体保护区域。通过齿轮齿条副可以方便且精确的调整气罩本体的位置，从而改善保护气效果。在一些实施例中，还可以通过滑轨滑块副、气弹簧、伸缩杆等方式来实现。上述方式均为位置调节单元的具体实施方案。

在一些实施例中，为了提高齿条运动的稳定性，避免偏转和大幅晃动等问题，还包括套结于齿条上并于枪身连接的导套。通过导套对齿条进行限位，实现稳定运行。

所述旋转机构包括：中空伺服电机、用于固定中空伺服电机与枪管的枪管法兰，套结于枪管外并电连接的电刷，形成于电刷与枪身之间的绝缘套，以及设置在绝缘套一侧的弹簧。在本实施例中，为了实现焊丝送料机构与枪管能够在同一轴线上，通过中空伺服电机来实现这一目的。同时中空伺服电机带动枪管往复转动，从而实现偏心枪嘴的摆动焊接作业。为了给枪身提供电流，需要电刷与之接触，同时还要保证旋转机构本体与之绝缘，因此还要设置绝缘隔离单元。

所述枪头包括：具有预定长度的用于收容枪管的枪头本体，形成于枪头本体至少一个冷却水通道和至少一个保护气体通道。所述冷却水通道延伸至枪嘴的一端，形成之字形回路，所述保护气体通道的出气端对称设置于枪嘴外周。通过这种方式，在焊嘴处形成二重保护气体层，跟上文的保护气罩形成的保护气体层共同作用，保证焊接区域达到最佳的焊接效果。通过这种方式，即气体保护罩和枪嘴处的保护气体共同作用，可以避免现有技术采用非常复杂的枪嘴来实现气体保护作业，减少了工件的复杂度，并提高了保护效果。在这种双层保护气的作用下，也避免了水冷系统的复杂设计，同时无需精密的传感器来实现定位和追踪。通过双重保护气焊和中空伺服电机的使用，电弧通过往复回转实现摆动焊接，焊接质量更加稳定，提高了焊缝成型质量和焊接的力学性能。

以下通过附图1至图8的实施案例，来描述本申请的具体实现方式。由图1可知，固定法兰3连接在工业机器人六轴端或其他运动机构上，连接板2与固定法兰3连接。推拉丝机构1与枪身组件6分别连接在连接板2上。接头9安装在气罩组件8上，气罩组件通过调整气罩调整组件7沿着枪头10上下移动。枪头安装在枪身组件上，并在头部有枪嘴11伸出，枪嘴里伸出焊丝12。枪身组件上固定中空伺服电机5，在中空伺服电机与推拉丝机构中连接保护罩4。

如图2和图3所示，图2和图3的零件组成了气罩组件8。具体地、保护气罩17下腔体固定气孔排21，保护气罩两侧上方插入销轴18、销轴上固定轴承20穿过保护气罩，并在一端面固定卡簧19。保护气罩右端连接接头9，左端连接绝缘垫片15、调整垫片16、连接块14，连接块上固定有齿条13。具体地、由于焊接窄间隙时深度的变化，该方案尽可能将窄间隙上部分空间用气保护的形式包裹起来，通过改变齿条上下移动的方式改变保护气罩的高低，从而达到适应不同深度的窄间隙焊接。更进一步地、保护气从接头9进入保护气罩并从气排孔上的孔洞向下流出一直排挤熔池上方的空气从而达到保护熔池的目的。

如图4所示，导套32固定在枪身组件上，齿条穿过导套。旋钮把手26连接轴23，连接轴上安装齿轮25并用卡簧24完成轴向定位，后穿过枪身组件6并用垫片22固定。阻挡块28后有弹簧27。导向块31前有凸台插入齿条滑槽。挡片29固定在枪身组件上，锁定把手固定在阻挡块上。具体地，转动旋钮把手带动齿轮旋转，带动齿条上下移动，由于齿条是圆形齿条，故将导向块插入齿条滑槽内限位防止其转动。需要调整作业时，人工拉动锁定把手30使其向左端位移（此时弹簧被压缩），转动旋钮把手将气罩组件调整到合适位置，松开锁定把手，弹簧复位，阻挡块插入齿条齿距中，完成齿条固定。

如图5和图6所示，描述枪身组件6。具体地、线束固定块36呈两半圆形固定在中空伺服电机5上，电机绝缘套35固定在线束固定块上并且插入中空伺服电机5内的孔中。枪管法兰38连接枪管34先固定在枪管固定杯39上，枪管固定杯与中空伺服电机5旋转端连接，中空伺服电机5固定端连接在枪身主体33上。枪身主体两侧塞入电刷绝缘套42，电刷40插在电刷绝缘套内，并在一端套上弹簧41且用固定套44压紧固定，固定套与枪身主体连接。

更进一步地、焊丝从推拉丝机构1出来从上至下分别穿过中空伺服电机5、枪身组件6、枪头、最后一直穿至枪嘴，在焊接时焊丝不可与焊枪其它部件导电，需要做绝缘处理。具体地、电机绝缘套为绝缘塑料材质，塞入中空伺服电机5孔中，避免焊丝与中空伺服电机接触打火造成短路。枪管固定杯是塑料绝缘材料，其内装有枪管并固定在中空伺服电机5钻转端上，当中空伺服电机5使能便可带动枪管旋转，实现焊接时焊丝摆动焊接。更进一步地、焊接时焊丝要导电，该设计选择将电刷上通电，电刷持续接触枪管完成电路导通。具体地、电刷40接触枪管的压力来源于弹簧的弹力，电刷与枪身主体33之间套有电刷绝缘套起绝缘作用，固定套也为绝缘材料防止电刷与枪身主体导电。枪身组件绝缘套43嵌在枪身主体中使枪管与枪身主体绝缘。

如图7和图8所示，枪头与枪身主体连接中间隔了绝缘垫片45，枪头上螺栓固定孔中塞入绝缘套46防止两金属件连接时导通。枪头两侧面有保护气管47和冷却进水管48、冷却出水管50。

在本申请的另一实施例中，所述推拉丝机构、旋转机构同轴设置。窄间隙焊接时枪会集聚大量热量，该设计在枪头上开设水道，靠近枪管侧为冷水进通道，冷却水带走焊接时的热量并从热水出通道排出。此外，在枪头两侧开设保护气通道，在焊接时保护气喷出，保护熔池不被氧化。枪头上的气管、冷却水管、电源线都从上方穿至线束固定块并用绑带37约束，最后再安装保护罩4，使得整个机构线束走线美观，布局紧凑。

在进一步的实施例中，还包括推拉丝机构，用于将焊丝输送至枪管中，推拉丝机构与旋转机构之间设置有保护罩，以保护焊丝在推拉丝机构和中空伺服电机相邻的空间，不受到影响；以及用于将窄间隙焊接装置固定于焊接臂上的固定组件，所述固定组件的两端分别安装于推拉丝机构和枪身上。通过焊接机械臂带动进行焊接作业。

在一些实施例中，除了上文的机械调节方式，还可以是弹性调节方式，具体可以为：所述位置调节单元设置有阻尼机构或弹性伸缩机构，以随着枪头与焊接工作面的距离调节气罩本体的位置。

在一些实施例中，可以与工业视觉结合，比如在旋转机构中增加检测单元，用于实时监测坡口间隙的大小、形状和变化，并根据检测结果和焊接参数，自动调节焊丝的摆动角度和速度。可以实现更加灵活和精确的间隙控制，避免焊接过程中的故障。

在多数场景下，气嘴与焊接位置之间的距离是相对稳定的，如果不稳定，可以增加弹性单元或反馈单元，用于实时检测气罩本体与偏心导电嘴之间的距离，并根据检测结果自动调节位置调节单元的运动速度和方向，以实现更加稳定和均匀的保护气覆盖。

在一些场景中，由于推拉丝机构与旋转机构之间存在相对运动，可能会导致送丝阻力和电阻增大，影响送丝精度和电弧稳定性。因此可以在推拉丝机构与旋转机构之间增加一个滑动接触单元，用于减少摩擦力和接触电阻，并保证送丝和电流的连续性，可以降低送丝阻力和电阻，提高送丝可靠性和电弧稳定性。

在一些实施例中，为了简化设备结构和提高可靠性，可以采用一种无需位置调节单元的气罩组件。这种气罩组件包括一个具有多个出气孔的气罩本体，以及一个设置在气罩本体内部并与偏心导电嘴相连的弹性连接件。当偏心导电嘴移动时，弹性连接件会自动调节气罩本体与偏心导电嘴之间的距离，使得保护气能够始终有效地覆盖熔池表面。

在一些实施例中，为了降低送丝阻力和电阻，可以在推拉丝机构中增加一个预热单元。这个预热单元可以利用电流或微波对焊丝进行预热处理，使得焊丝在送入坡口前达到适当的温度，因此可以减少焊丝的硬度和刚度，提高送丝精度和电弧稳定性。

总之，在本申请中，旋转机构带动枪管和偏心导电嘴转动，以使焊丝往复摆动。这种方法可以增加电弧对侧壁的作用，从而提高侧壁熔合质量。同时，由于焊丝在坡口中不断变化位置，也可以避免局部过热或过冷现象。因此可以改善焊缝成形和力学性能。气罩组件包括套接于枪头的气罩本体，以及与气罩本体连接并带动气罩本体沿远离或靠近偏心导电焊嘴方向移动的位置调节单元。这种方法可以改善保护气效果，从而减少气体保护不良或不足造成的氧化、孔洞等缺陷，提高焊缝质量和稳定性。在实现连续送丝和稳定电弧，从而提高焊接效率和均匀性的同时，保护罩可以防止旋转机构对焊丝的扭曲或损伤，也可以保证焊丝的完整性和导电性。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.窄间隙焊接装置，其特征在于，包括：

旋转机构，具有中空的焊丝穿过孔，并带动枪管和偏心导电嘴转动，以使焊丝往复摆动；

枪头，配置于旋转机构的端部，

气罩组件，包括套接于枪头的气罩本体，以及与气罩本体连接并带动气罩本体沿远离或靠近偏心导电焊嘴方向移动的位置调节单元。

2.如权利要求1所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述位置调节单元包括：与气罩本体连接的齿条，设置于枪身上并与齿条啮合的齿轮组件，以及用于锁紧齿轮组件的阻挡单元。

3.如权利要求2所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，还包括套结于齿条上并于枪身连接的导套。

4.如权利要求1所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述旋转机构包括：中空伺服电机、用于固定中空伺服电机与枪管的枪管法兰，套结于枪管外并电连接的电刷，形成于电刷与枪身之间的绝缘套，以及设置在绝缘套一侧的弹簧。

5.如权利要求1所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述枪头包括：具有预定长度的用于收容枪管的枪头本体，形成于枪头本体至少一个冷却水通道和至少一个保护气体通道。

6.如权利要求5所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述冷却水通道延伸至枪嘴的一端，形成之字形回路，所述保护气体通道的出气端对称设置于枪嘴外周。

7.如权利要求1至6任一项所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，还包括推拉丝机构，用于将焊丝输送至枪管中，推拉丝机构与旋转机构之间设置有保护罩。

8.如权利要求7所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，还包括用于将窄间隙焊接装置固定于焊接臂上的固定组件，所述固定组件的两端分别安装于推拉丝机构和枪身上。

9.如权利要求1所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述位置调节单元设置有阻尼机构或弹性伸缩机构，以随着枪头与焊接工作面的距离调节气罩本体的位置。

10.如权利要求7所述的窄间隙焊接装置，其特征在于，所述推拉丝机构、旋转机构同轴设置。