專利名稱：利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法和裝置的制作方法
利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法和
裝置一 .技 術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種焊接自動(dòng)跟蹤方法和焊接電弧擺動(dòng)器，特別是涉及一種利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法和裝置。二.
背景技術(shù)：
在自動(dòng)焊接過程中，當(dāng)焊槍移動(dòng)或工件移動(dòng)時(shí)，由于實(shí)際被焊接工件的表面和焊縫不是理想的平面軌跡，而是高低不平。為了保證焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定，即保證焊接電弧長(zhǎng)度不變，保證焊槍到工件的距離不變，才能保證焊接后的焊縫內(nèi)在品質(zhì)和外觀成型一致，因此，自動(dòng)焊接過程中必須控制焊接電弧的長(zhǎng)度不變。目前，公知的焊槍自動(dòng)跟蹤器采用的技術(shù)是自動(dòng)焊機(jī)控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)采集電弧的電壓數(shù)值，將其與計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)采集的電弧電壓值大于設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍下降，電弧長(zhǎng)度縮短為正常值范圍后，焊槍下降停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；當(dāng)采集的電弧電壓值小于計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過短，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍上升，電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)為正常值范圍后，焊槍上升停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束。另外，在自動(dòng)焊接有坡口的焊縫過程中，當(dāng)焊槍或工件移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于實(shí)際被焊接工件的坡口焊縫不是理想的直線軌跡，或者焊接圓筒的環(huán)形坡口時(shí)，實(shí)際被焊接工件的坡口焊縫不是理想的環(huán)形運(yùn)動(dòng)軌跡，而是由于加工誤差或圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的軸向竄動(dòng)等原因，坡口焊縫在焊接過程中不斷地發(fā)生左右偏移，此時(shí)則需要采取橫向跟蹤手段來(lái)校正焊槍位置，使焊槍始終在焊縫坡口形狀的對(duì)稱中心。目前，公知的在自動(dòng)焊接設(shè)備中使用的橫向跟蹤技術(shù)有接觸式和非接觸式兩大類，接觸式為機(jī)械光電式；非接觸式分為光電式和激光式等。1)、機(jī)械光電式。采用機(jī)械的觸桿前端放入焊接電弧熔池前一段未焊焊縫的V型坡口里，機(jī)械觸桿后部與電子元器件聯(lián)接，比如光偶、微動(dòng)開關(guān)等，當(dāng)工件或焊槍運(yùn)動(dòng)時(shí)，焊縫橫向的變動(dòng)量通過機(jī)械觸桿上的杠桿支點(diǎn)，使機(jī)械觸桿另一端變動(dòng)，接通或斷開光偶或微動(dòng)開關(guān)，使其電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，然后驅(qū)動(dòng)焊槍橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，左移或者右移，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤功能。其特點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)輕巧，電氣電路簡(jiǎn)單、耐用，在工程中是一種常用的方法，但是由于跟蹤點(diǎn)不在焊縫的電弧熔池處，則焊槍不能對(duì)要求高的工件或者形狀復(fù)雜的工件進(jìn)行準(zhǔn)確地跟蹤。2)、光電式。利用微型攝像頭放在焊槍附近，并把焦距對(duì)準(zhǔn)電弧熔池前的焊縫V型坡口處，當(dāng)工件或焊槍運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過電視屏幕進(jìn)行監(jiān)控，手動(dòng)控制焊槍橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行左移或者右移，實(shí)現(xiàn)焊縫橫向跟蹤功能。其缺點(diǎn)是跟蹤的自動(dòng)化程度不高，人為因素影響跟蹤的精度。3)、激光式。激光測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)焊接的橫向跟蹤是當(dāng)前的新興技術(shù)，其原理是采用矩陣式二維激光測(cè)量距離傳感器，安裝在焊槍附近，掃描焊接電弧前一定距離的焊縫V型坡口橫截面形狀，當(dāng)工件或焊槍運(yùn)動(dòng)時(shí)，把實(shí)時(shí)掃描出的焊縫V型坡口橫截面形狀與計(jì)算機(jī)程序中的理想焊縫V型坡口橫截面形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)生偏移量超過設(shè)定值時(shí)，焊接控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使焊槍左移或者右移，進(jìn)行橫向跟蹤。該技術(shù)的特點(diǎn)是非接觸式，反饋的信號(hào)是二維的焊縫坡口形狀，通過計(jì)算機(jī)比較程序，能夠較準(zhǔn)確地進(jìn)行跟蹤調(diào)整。缺點(diǎn)是焊機(jī)控制系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備耐用度不高，并且激光傳感器測(cè)量點(diǎn)不在焊接電弧中心處，存在著跟蹤精度不高的缺點(diǎn)。目前，公知的鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置均為機(jī)械式擺動(dòng)器，即利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，使鎢極氬弧焊槍進(jìn)行機(jī)械擺動(dòng)或使鎢極進(jìn)行機(jī)械擺動(dòng)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)幅度來(lái)控制焊槍或鎢極的擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)幅度，從而達(dá)到控制電弧的擺動(dòng)頻率和幅度。其缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電弧的擺動(dòng)頻率和幅度調(diào)節(jié)不方便，特別是不能在焊接過程中實(shí)時(shí)精 確地控制和調(diào)節(jié)電弧擺動(dòng)的頻率、幅度和任意停留在電弧擺幅的兩邊或中間的時(shí)間。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單易行、精度準(zhǔn)確且能隨時(shí)跟蹤焊接方向的利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法，同時(shí)提供一種設(shè)計(jì)新穎、利用電磁原理實(shí)現(xiàn)電弧擺動(dòng)且能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電弧擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)頻率及電弧在擺動(dòng)過程中停留時(shí)間的鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法，包括以下步驟a、在鎢極氬弧焊焊槍上安裝一個(gè)外殼，所述外殼內(nèi)套裝固定有線圈骨架，該線圈骨架上纏繞有線圈，所述線圈骨架的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴，將所述磁靴的端部靠近焊槍的鎢極針；b、焊接時(shí)，線圈不通電，電弧停留在焊縫中間一段時(shí)間，此時(shí)焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值，并將采集的電壓數(shù)值與計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)采集的電弧電壓值大于設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍下降，電弧長(zhǎng)度縮短為正常值范圍后，焊槍下降停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；當(dāng)采集的電弧電壓值小于計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過短，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍上升，電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)為正常值范圍后，焊槍上升停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；通過跟蹤調(diào)整，使鎢極針在高度方向上保持與工件焊縫的距離不變；C、將線圈通上直流電，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)集聚在磁靴的兩端，該磁場(chǎng)與鎢極針的電弧本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)相遇并發(fā)生作用，使電弧發(fā)生偏擺，改變線圈電流的大小，即可改變電弧的擺動(dòng)幅度，改變通過線圈的電流方向，即可改變電弧的偏擺方向，控制線圈的通電時(shí)間， 即可控制電弧擺到一邊停留的時(shí)間；當(dāng)電弧擺動(dòng)到一邊并且停留一段時(shí)間，焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值；然后，當(dāng)電弧采用相同的擺動(dòng)幅度擺動(dòng)到另一邊并且停留一段時(shí)間時(shí)，焊機(jī)控制系統(tǒng)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值；焊接控制系統(tǒng)將采集的兩個(gè)電弧的電壓數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算出差值，通過驅(qū)動(dòng)焊槍橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行修正，使焊槍左移或者右移，使焊槍始終在焊縫坡口形狀的對(duì)稱中心；d、電弧經(jīng)過通電、不通電、反向通電一個(gè)擺動(dòng)周期，焊槍完成一次上下和左右的跟蹤調(diào)節(jié)過程。所述線圈骨架的軸線與鎢極針的軸線平行或垂直。一種鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置，含有外殼和線圈，所述線圈纏繞在線圈骨架上，所述線圈骨架套裝固定在所述外殼中，所述外殼通過連接支架固定在焊槍上，所述線圈骨架的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊槍的鎢極針。所述線圈骨架的軸線與焊槍的鎢極針的軸線平行或垂直。本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明利用焊接電弧本身進(jìn)行擺動(dòng)和雙方向跟蹤，徹底取代了現(xiàn)有的各種傳統(tǒng)意義上的氬弧焊接電弧擺動(dòng)和跟蹤方法，在焊接電弧停留在焊縫中間時(shí)，電弧對(duì)焊縫進(jìn)行高度方向的跟蹤；當(dāng)焊接電弧停留在焊縫的兩邊時(shí)，電弧對(duì)焊縫的橫向進(jìn)行跟蹤，并且在焊接過程中對(duì)焊接電弧擺動(dòng)參數(shù)和跟蹤的電弧長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)精確地調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制，為使被焊接焊縫性能達(dá)到各種技術(shù)要求提供了精確控制手段。2、本發(fā)明利用電磁原理實(shí)現(xiàn)電弧擺動(dòng)，而不是靠焊槍機(jī)械擺動(dòng)帶動(dòng)電弧擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電弧本身真正意義上的擺動(dòng)。3.本發(fā)明在自動(dòng)焊接中，通過用計(jì)算機(jī)控制線圈電流的大小、方向和停留時(shí)間，即可控制電弧的擺幅、擺動(dòng)頻率以及電弧在擺幅邊緣和中間停留的時(shí)間，使焊接焊縫性能達(dá)到各種技術(shù)要求，對(duì)自動(dòng)焊接領(lǐng)域有著重大的實(shí)際意義。4、本發(fā)明線圈骨架的軸線與焊槍的鎢極針的軸線平行或垂直，磁靴的端頭靠近鎢極針尖，便于調(diào)控電弧擺動(dòng)。5.本發(fā)明方法新穎獨(dú)特且容易實(shí)施、裝置設(shè)計(jì)新穎且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其適用范圍廣，尤其適用于坡口焊縫的打底焊接、單面焊雙面成型、厚壁窄間隙等重要工件的焊接。
四.


圖1為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖之一；圖2為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖之二 ；圖3為本發(fā)明方法的工藝流程示意圖之三；圖4為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一；圖5為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二 ；圖6為圖5所示本發(fā)明裝置的右視結(jié)構(gòu)圖。
五.
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一參見圖1-圖4，圖中，1-連接支架，2-線圈，3-線圈骨架，4-磁靴，5-外殼，6-焊槍，7-鎢極針，8-電弧，9-工件。鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置含有外殼5和線圈2，線圈2纏繞在線圈骨架3上，線圈骨架3套裝固定在外殼5中，外殼5通過連接支架1固定在焊槍6上，線圈骨架3的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴4，磁靴4的端部靠近焊槍6的鎢極針7。線圈骨架3的軸線與焊槍6的鎢極針7的軸線平行。焊接時(shí)，線圈2不通電，電弧8停留在工件9焊縫中間一段時(shí)間，此時(shí)焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧8的電壓數(shù)值，并將采集的電壓數(shù)值與計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)采集的電弧8的電壓值大于設(shè)定值時(shí)，表明電弧8長(zhǎng)度過長(zhǎng)，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍下降，電弧8長(zhǎng)度縮短為正常值范圍后，焊槍下降停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；當(dāng)采集的電弧8的電壓值小于計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值時(shí)，表明電弧8長(zhǎng)度過短，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍上升，電弧8長(zhǎng)度增長(zhǎng)為正常值范圍后，焊槍上升停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；通過跟蹤調(diào)整，使鎢極針7在高度方向上保持與工件9焊縫的距離不變；將線圈2通上直流電，線圈2產(chǎn)生的磁場(chǎng)集聚在磁靴4的兩端，該磁場(chǎng)與鎢極針 7的電弧本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)相遇并發(fā)生作用，使電弧8發(fā)生偏擺，改變線圈2電流的大小，即可改變電弧8的擺動(dòng)幅度，改變通過線圈2的電流方向，即可改變電弧8的偏擺方向，控制線圈2的通電時(shí)間，即可控制電弧8擺到一邊停留的時(shí)間；當(dāng)電弧8擺動(dòng)到一邊并且停留一段時(shí)間，焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧8的電壓數(shù)值；然后，當(dāng)焊接電弧8采用相同的擺動(dòng)幅度擺動(dòng)到另一邊并且停留一段時(shí)間時(shí)，焊機(jī)控制系統(tǒng)采集此時(shí)電弧8的電壓數(shù)值；焊接控制系統(tǒng)將采集的兩個(gè)電弧8的電壓數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算出差值，通過驅(qū)動(dòng)焊槍橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行修正，使焊槍6左移 或者右移，使焊槍6始終在焊縫坡口形狀的對(duì)稱中心；電弧8經(jīng)過通電、不通電、反向通電一個(gè)擺動(dòng)周期，焊槍完成一次上下和左右的跟蹤調(diào)節(jié)過程。利用計(jì)算機(jī)程序控制線圈2通過直流電流的方向、大小、通電時(shí)間和停止通電時(shí)間，也就控制了電弧8的擺幅、擺頻和電弧8停留左、中、右的時(shí)間，便于進(jìn)行實(shí)時(shí)位置跟
S示ο實(shí)施例二 參見圖5和圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處在于線圈骨架3的軸線與焊槍6的鎢極針7的軸線垂直。改變磁靴的具體結(jié)構(gòu)、改變外殼的具體結(jié)構(gòu)以及改變磁靴和外殼之間的具體連接方式能夠組成多個(gè)實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見變化，在此不一一詳述。
權(quán)利要求
1.一種利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法，包括以下步驟a、在鎢極氬弧焊焊槍上安裝一個(gè)外殼，所述外殼內(nèi)套裝固定有線圈骨架，該線圈骨架上纏繞有線圈，所述線圈骨架的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴，將所述磁靴的端部靠近焊槍的鎢極針；b、焊接時(shí)，線圈不通電，電弧停留在焊縫中間一段時(shí)間，此時(shí)焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值，并將采集的電壓數(shù)值與計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)采集的電弧電壓值大于設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍下降，電弧長(zhǎng)度縮短為正常值范圍后，焊槍下降停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；當(dāng)采集的電弧電壓值小于計(jì)算機(jī)程序內(nèi)的設(shè)定值時(shí)，表明電弧長(zhǎng)度過短，這時(shí)計(jì)算機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)焊槍升降機(jī)構(gòu)，使焊槍上升，電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)為正常值范圍后，焊槍上升停止，自動(dòng)調(diào)整結(jié)束；通過跟蹤調(diào)整，使鎢極針在高度方向上保持與工件焊縫的距離不變；C、將線圈通上直流電，線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)集聚在磁靴的兩端，該磁場(chǎng)與鎢極針的電弧本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)相遇并發(fā)生作用，使電弧發(fā)生偏擺，改變線圈電流的大小，即可改變電弧的擺動(dòng)幅度，改變通過線圈的電流方向，即可改變電弧的偏擺方向，控制線圈的通電時(shí)間，即可控制電弧擺到一邊停留的時(shí)間；當(dāng)電弧擺動(dòng)到一邊并且停留一段時(shí)間，焊機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值；然后，當(dāng)電弧采用相同的擺動(dòng)幅度擺動(dòng)到另一邊并且停留一段時(shí)間時(shí)，焊機(jī)控制系統(tǒng)采集此時(shí)電弧的電壓數(shù)值；焊接控制系統(tǒng)將采集的兩個(gè)電弧的電壓數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算出差值，通過驅(qū)動(dòng)焊槍橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行修正，使焊槍左移或者右移，使焊槍始終在焊縫坡口形狀的對(duì)稱中心；d、電弧經(jīng)過通電、不通電、反向通電一個(gè)擺動(dòng)周期，焊槍完成一次上下和左右的跟蹤調(diào)節(jié)過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法，其特征是所述線圈骨架的軸線與鎢極針的軸線平行或垂直。
3.一種鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置，含有外殼和線圈，其特征是所述線圈纏繞在線圈骨架上，所述線圈骨架套裝固定在所述外殼中，所述外殼通過連接支架固定在焊槍上，所述線圈骨架的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊槍的鎢極針。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎢極氬弧焊電弧擺動(dòng)裝置，其特征是所述線圈骨架的軸線與焊槍的鎢極針的軸線平行或垂直。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用鎢極氬弧焊接電弧擺動(dòng)進(jìn)行雙方向自動(dòng)跟蹤的方法和裝置，該方法是利用計(jì)算機(jī)程序控制線圈通過直流電流的方向、大小、通電時(shí)間和停止通電時(shí)間，也就控制了電弧的擺幅、擺頻和電弧停留左、中、右的時(shí)間，進(jìn)而對(duì)焊槍位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。該裝置含有外殼和線圈，所述線圈纏繞在線圈骨架上，所述線圈骨架套裝固定在所述外殼中，所述外殼通過連接支架固定在焊槍上，所述線圈骨架的軸心孔內(nèi)安裝有磁靴，所述磁靴的端部靠近焊槍的鎢極針。本發(fā)明利用焊接電弧本身進(jìn)行擺動(dòng)和雙方向跟蹤，徹底取代了現(xiàn)有的各種傳統(tǒng)意義上的氬弧焊接電弧擺動(dòng)和跟蹤方法，使焊接焊縫性能達(dá)到各種技術(shù)要求。
文檔編號(hào)B23K9/127GK102151949SQ20101061086
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者周金鎖, 姬永貴, 崔大鳴 申請(qǐng)人:鄭州華創(chuàng)機(jī)電技術(shù)有限公司