一種旋擺式焊炬及焊接方法與流程

本發(fā)明涉及窄間隙焊接領(lǐng)域，特別是大厚度板材的窄間隙坡口的焊接領(lǐng)域，具體涉及一種旋擺式焊炬。本發(fā)明還涉及一種焊接方法。

背景技術(shù)：

在大厚度(例如，厚度超過40mm)板材的焊接中，如果采用傳統(tǒng)的坡口，則需要較多的熔敷金屬，一方面焊接效率比較低，另一方面焊后變形也較嚴(yán)重。若能采用窄間隙坡口則可以減輕這兩方面的問題。然而，對于大厚度板材的焊接而言，要實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接，則需要解決窄間隙坡口中的側(cè)壁熔合不良的問題。遺憾的是，傳統(tǒng)的窄間隙焊炬不能適應(yīng)大厚度板材的焊接，并且容易導(dǎo)致例如焊炬發(fā)熱、導(dǎo)電嘴燒損嚴(yán)重等一系列問題。

因此，若能提供一種適用于大厚度板材窄間隙坡口焊接的焊炬，以解決坡口側(cè)壁熔合不良以及焊炬發(fā)熱等問題，則對于大厚度板材的焊接來說將具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于提供一種焊炬，其能夠適應(yīng)大厚度板材的窄間隙焊接需求，可解決坡口側(cè)壁熔合不良的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：

一種旋擺式焊炬，其包括導(dǎo)電嘴、旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及控制裝置，其中，所述控制裝置與所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，以控制所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出端與所述導(dǎo)電嘴相連接，以調(diào)節(jié)所述導(dǎo)電嘴的位置和/或使所述導(dǎo)電嘴按照預(yù)設(shè)的擺動(dòng)參數(shù)執(zhí)行旋擺運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、固定導(dǎo)電座和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座，其中，所述電機(jī)固定安裝在所述固定導(dǎo)電座中，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座以相對旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述固定導(dǎo)電座內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座的一端與電機(jī)軸相連接，另一端與所述導(dǎo)電嘴相連接。

優(yōu)選地，所述固定導(dǎo)電座包括同心的第一圓筒和第二圓筒，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座包括中心柱和同心地設(shè)置在所述中心柱外圍的第三圓筒，所述中心柱穿過所述第一圓筒，所述第三圓筒伸入所述第一圓筒和所述第二圓筒之間。

優(yōu)選地，所述第一圓筒和所述第二圓筒之間填充有石墨粉，所述第三圓筒至少部分地插入所述石墨粉中。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座包括端板，所述端板將所述中心柱和所述第三圓筒連接成一體。

優(yōu)選地，所述中心柱與所述第一圓筒之間設(shè)置有第一軸承，所述端板與所述第二圓筒之間設(shè)置有第二軸承。

優(yōu)選地，還包括與所述控制裝置相連接的位置感測機(jī)構(gòu)，所述位置感測機(jī)構(gòu)用于感測所述導(dǎo)電嘴的旋擺角度。

優(yōu)選地，所述位置感測機(jī)構(gòu)包括固定安裝在焊炬后端板上的第一位置傳感器，以及與所述第一位置傳感器相配合的第二位置傳感器，所述第二位置傳感器被安裝成與所述導(dǎo)電嘴同步旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的前端依次設(shè)有絕緣塊和水冷銅塊，所述水冷銅塊內(nèi)部設(shè)有保護(hù)氣通道和冷卻水通道，優(yōu)選還設(shè)置有氣體鎮(zhèn)靜室。

優(yōu)選地，所述水冷銅塊的前端設(shè)置有保護(hù)氣噴嘴，所述保護(hù)氣噴嘴在所述導(dǎo)電嘴長度方向上至少包圍所述導(dǎo)電嘴的一部分。

本發(fā)明的另一方面目的在于提供一種焊接方法，其采用前面所述的旋擺式焊炬，并且包括步驟：

A.將所述旋擺式焊炬安裝在行走機(jī)構(gòu)上，根據(jù)所需的焊接位置，調(diào)節(jié)焊炬位置；

B.設(shè)定擺動(dòng)參數(shù)，擺動(dòng)參數(shù)優(yōu)選包括擺動(dòng)角度、擺動(dòng)頻率和停留時(shí)間；

C.調(diào)節(jié)導(dǎo)電嘴的位置，使其在坡口中位于合適的位置；

D.啟動(dòng)焊接電源，所述旋擺式焊炬在行走機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行焊接，同時(shí)所述導(dǎo)電嘴按照預(yù)設(shè)的擺動(dòng)參數(shù)執(zhí)行旋擺運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的旋擺式焊炬能夠?qū)崿F(xiàn)擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩種工作方式，借助于控制裝置，可以容易地設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度和擺動(dòng)參數(shù)，從而通過電弧擺動(dòng)增大對坡口側(cè)壁的熱輸入，解決大厚度板材窄間隙焊接中坡口側(cè)壁和底部的熔合不良的問題。進(jìn)一步地，本發(fā)明的旋擺式焊炬采用石墨粉導(dǎo)電的方式，還有效增強(qiáng)了導(dǎo)電的可靠性。

本發(fā)明的焊接方法因采用了本發(fā)明的旋擺式焊炬，因而可順利地完成大厚度板材窄間隙焊接，焊接質(zhì)量好、效率高。

附圖說明

以下將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的旋擺式焊炬及焊接方法進(jìn)行描述。圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的旋擺式焊炬的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的旋擺式焊炬的中間部分的局部放大示意圖，圖中省略了電機(jī)。

具體實(shí)施方式

針對大厚度板材的焊接過程所存在的問題，本發(fā)明的第一方面提供了一種旋擺式焊炬，其能夠順利進(jìn)行大厚度板材的窄間隙焊接。

如圖1所示，本發(fā)明的一種旋擺式焊炬包括導(dǎo)電嘴14、旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及控制裝置15。其中，所述控制裝置15與所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，以控制所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出端與所述導(dǎo)電嘴14相連接，從而可在控制裝置15的控制下調(diào)節(jié)所述導(dǎo)電嘴14的位置和/或使所述導(dǎo)電嘴14按照預(yù)設(shè)的擺動(dòng)參數(shù)執(zhí)行旋擺運(yùn)動(dòng)，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和/或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明中，擺動(dòng)參數(shù)優(yōu)選包括擺動(dòng)角度、擺動(dòng)頻率和停留時(shí)間等，例如，擺動(dòng)角度范圍可以為0～360度，擺動(dòng)頻率可以為0～10Hz，停留時(shí)間可以為0～5s。

控制裝置15例如可包括操作面板和顯示屏，從而可方便地設(shè)置擺動(dòng)參數(shù)等，并顯示各參數(shù)的設(shè)置情況。

本發(fā)明的旋擺式焊炬能夠使導(dǎo)電嘴受控地進(jìn)行旋擺運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)大厚度板窄間隙焊接的工況，使坡口的兩側(cè)壁受熱均勻，從而克服或減輕側(cè)壁熔合不良的情況，提高焊接質(zhì)量。

如圖1所示，所述導(dǎo)電嘴14的末端優(yōu)選設(shè)有彎曲部分，從而構(gòu)成彎曲式導(dǎo)電嘴，該彎曲部分的彎曲角度可根據(jù)坡口的尺寸進(jìn)行確定。彎曲式導(dǎo)電嘴能夠較好地適應(yīng)不同的坡口形式。

優(yōu)選地，如圖1所示，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)5(優(yōu)選為步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī))、固定導(dǎo)電座6和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7。其中，所述電機(jī)5固定安裝在所述固定導(dǎo)電座6中，例如通過螺釘進(jìn)行固定。所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7以相對旋轉(zhuǎn)的方式安裝在所述固定導(dǎo)電座6內(nèi)，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7的一端與電機(jī)5的電機(jī)軸51相連接，另一端與所述導(dǎo)電嘴14相連接(可以是直接相連，也可以是經(jīng)由導(dǎo)電桿13間接相連以增加長度)。

焊接電源例如可直接連接至固定導(dǎo)電座6，繼而經(jīng)由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7而連接至導(dǎo)電嘴14，以便進(jìn)行焊接。

電機(jī)5進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)導(dǎo)電嘴14同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果電機(jī)5進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)，則導(dǎo)電嘴14也同步進(jìn)行往復(fù)擺動(dòng)。

本發(fā)明的旋擺式焊炬還可以包括焊炬后端板1，其構(gòu)成焊炬外殼的一部分，例如與前述固定導(dǎo)電座6的后端固定連接，例如通過螺釘進(jìn)行固定，從而將電機(jī)5封閉在固定導(dǎo)電座6的內(nèi)部。

焊炬后端板1中優(yōu)選設(shè)置有從焊炬后端板的中心延伸至邊緣的保護(hù)氣通道和冷卻水通道，并裝配有氣、水快速接頭，以便向旋擺式焊炬中供應(yīng)保護(hù)氣和冷卻水。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述固定導(dǎo)電座6包括同心的第一圓筒61和第二圓筒62，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7包括中心柱71和同心地設(shè)置在所述中心柱外圍的第三圓筒72，所述中心柱71穿過所述第一圓筒61，所述第三圓筒72伸入所述第一圓筒61和所述第二圓筒62之間。

例如，固定導(dǎo)電座6和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7之間可以設(shè)置電刷(未示出)，以將電能從固定導(dǎo)電座6傳導(dǎo)到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7，進(jìn)而傳導(dǎo)到導(dǎo)電嘴14，以進(jìn)行焊接。

優(yōu)選地，本發(fā)明中，為實(shí)現(xiàn)電能從固定導(dǎo)電座6到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7的傳導(dǎo)，所述第一圓筒61和所述第二圓筒62之間填充有石墨粉63，所述第三圓筒72至少部分地插入所述石墨粉63中，如圖2所示。石墨粉63以充滿整個(gè)空間為最佳。石墨粉63可有效地將電能從固定導(dǎo)電座6傳導(dǎo)到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7相對于固定導(dǎo)電座6旋轉(zhuǎn)時(shí)，還可以對石墨粉63進(jìn)行攪拌，增大導(dǎo)電面積，從而提升導(dǎo)電的可靠性。

優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7包括端板73，所述端板73將所述中心柱71和所述第三圓筒72連接成一體。

優(yōu)選地，所述中心柱71與所述第一圓筒61之間設(shè)置有第一軸承10，優(yōu)選徑向軸承；所述端板73與所述第二圓筒62之間設(shè)置有第二軸承9，優(yōu)選推力軸承。

再回到圖1，本發(fā)明的旋擺式焊炬還可以包括與所述控制裝置15相連接的位置感測機(jī)構(gòu)2、4，所述位置感測機(jī)構(gòu)用于感測所述導(dǎo)電嘴14的旋擺角度。借助于位置感測機(jī)構(gòu)，本發(fā)明的旋擺式焊炬可閉環(huán)控制導(dǎo)電嘴14的旋擺運(yùn)動(dòng)，從而提高控制精度。

優(yōu)選地，所述位置感測機(jī)構(gòu)包括固定安裝在焊炬后端板1上的第一位置傳感器2，以及與所述第一位置傳感器2相配合的第二位置傳感器4，所述第二位置傳感器4被安裝成與所述導(dǎo)電嘴14同步旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述電機(jī)軸51的后端設(shè)有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤3，所述調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤3例如與所述電機(jī)軸51連接成整體，從而可以隨電機(jī)軸51同步旋轉(zhuǎn)，也即，可以與導(dǎo)電嘴14同步旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤3的半徑優(yōu)選大于第一位置傳感器2到焊炬后端板1中心的距離，從而第二位置傳感器4可以安裝在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤3上，并在旋轉(zhuǎn)中始終保持與第一位置傳感器2相配合工作。第一位置傳感器和第二位置傳感器例如可以為接近傳感器。

優(yōu)選地，如圖1所示，所述旋擺驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的前端依次設(shè)有絕緣塊8和水冷銅塊11，所述水冷銅塊11內(nèi)部設(shè)有保護(hù)氣通道和冷卻水通道，并且分別通過氣、水快插與固定導(dǎo)電座6相連。冷卻水通道例如可以為環(huán)形。絕緣塊8和水冷銅塊11例如固定至固定導(dǎo)電座6的前端面，絕緣塊8用于將固定導(dǎo)電座6與水冷銅塊11分離，使得固定導(dǎo)電座6與水冷銅塊11之間不進(jìn)行電傳導(dǎo)。

為保證保護(hù)氣不出現(xiàn)亂流的現(xiàn)象，在水冷銅塊11中優(yōu)選還設(shè)置有圓環(huán)形的氣體鎮(zhèn)靜室，氣體在進(jìn)入鎮(zhèn)靜室后形成環(huán)流的狀態(tài)，并均勻地進(jìn)入噴嘴中。保護(hù)氣通道例如可以從氣體鎮(zhèn)靜室延伸至水冷銅塊11邊緣。

可以想到的是，絕緣塊8和水冷銅塊11均設(shè)置有中心孔，以供導(dǎo)電嘴14或?qū)щ姉U13穿過，以便連接至旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7的中心柱71。

優(yōu)選地，所述水冷銅塊11的前端設(shè)置有保護(hù)氣噴嘴12，所述保護(hù)氣噴嘴12在所述導(dǎo)電嘴14長度方向上至少包圍所述導(dǎo)電嘴14的一部分，如圖1所示。也即，保護(hù)氣噴嘴12自水冷銅塊11的前端延伸至導(dǎo)電嘴14的前部，包圍導(dǎo)電桿13的全部以及導(dǎo)電嘴14的后半部分，使得導(dǎo)電嘴14僅前端部分暴露。保護(hù)氣噴嘴12可以直接與水冷銅塊11連接，例如可以是可插拔式結(jié)構(gòu)，以便于根據(jù)坡口深度進(jìn)行調(diào)節(jié)更換。

優(yōu)選地，如圖1所示，在保護(hù)氣噴嘴12的底部加工有一個(gè)弧形結(jié)構(gòu)，弧形結(jié)構(gòu)的直徑優(yōu)選與保護(hù)氣噴嘴12的寬度大致相等，從而在保護(hù)氣噴嘴12的側(cè)壁底端形成半圓形缺口，使得保護(hù)氣可以從保護(hù)氣噴嘴12的側(cè)面噴出，因此可以使保護(hù)氣的保護(hù)范圍增大。

優(yōu)選地，為適應(yīng)不同的坡口深度，導(dǎo)電嘴14為可拆式結(jié)構(gòu)，從而便于選用不同尺寸(例如不同長度等)、不同規(guī)格(例如不同彎曲角度等)的導(dǎo)電嘴。導(dǎo)電嘴14例如可以直接連接至旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電座7的中心柱71。或者，導(dǎo)電嘴14也可以經(jīng)由導(dǎo)電桿13連接至中心柱71，例如，導(dǎo)電桿13的一端連接至中心柱71，另一端則用于連接導(dǎo)電嘴14。

綜上，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的旋擺式焊炬能夠?qū)崿F(xiàn)擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)兩種工作方式，借助于控制裝置，可以容易地設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度和擺動(dòng)參數(shù)(擺動(dòng)角度、擺動(dòng)頻率、停留時(shí)間等)，從而通過電弧擺動(dòng)增大對坡口側(cè)壁的熱輸入，解決大厚度板材窄間隙焊接中坡口側(cè)壁和底部的熔合不良的問題。借助于水冷通道，可以有效解決焊炬的發(fā)熱問題。另外，采用石墨粉導(dǎo)電的方式還有效增強(qiáng)了導(dǎo)電的可靠性。而彎曲式導(dǎo)電嘴的設(shè)置，則可以適應(yīng)不同坡口的要求。

在上述工作的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的第二方面提供了一種焊接方法，其采用本發(fā)明所述的旋擺式焊炬，并且包括步驟：

A.將所述旋擺式焊炬安裝在行走機(jī)構(gòu)上，根據(jù)所需的焊接位置，調(diào)節(jié)焊炬位置；

B.根據(jù)焊接工況所需的參數(shù)，設(shè)定擺動(dòng)參數(shù)，擺動(dòng)參數(shù)優(yōu)選包括擺動(dòng)角度、擺動(dòng)頻率和停留時(shí)間(例如可以包括側(cè)壁停留時(shí)間和中間停留時(shí)間)；

C.調(diào)節(jié)導(dǎo)電嘴的位置，使其在坡口中位于合適的位置；例如，可以借助于位置感測機(jī)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)電嘴位置的手動(dòng)調(diào)節(jié)，使導(dǎo)電嘴位于坡口的中心；

D.啟動(dòng)焊接電源，所述旋擺式焊炬在行走機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行焊接，同時(shí)所述導(dǎo)電嘴按照預(yù)設(shè)的擺動(dòng)參數(shù)執(zhí)行旋擺運(yùn)動(dòng)。

焊接結(jié)束后，旋擺運(yùn)動(dòng)自動(dòng)停止。

可以想到的是，在本發(fā)明的焊接方法中，還可以包括根據(jù)坡口形式選擇合適型號的導(dǎo)電嘴的步驟，其例如可以在步驟A之前，也可以在步驟B之后，或者在步驟A與步驟B之間進(jìn)行。

本發(fā)明的焊接方法因采用了本發(fā)明的旋擺式焊炬，因而可順利地完成大厚度板材窄間隙焊接，焊接質(zhì)量好、效率高。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各優(yōu)選方案可以自由地組合、疊加。

應(yīng)當(dāng)理解，上述的實(shí)施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本發(fā)明的基本原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以針對上述細(xì)節(jié)做出的各種明顯的或等同的修改或替換，都將包含于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。