[發明專利]一種防止空心螺柱焊熔池內涌的裝置及方法

在審

• 申請號: 202011362157.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112548284A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張德庫;王以珅;王克鴻;張安邦;王嘉偉;周琦
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/20
• 分類號: B23K9/20;B23K9/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

1.一種防止空心螺柱焊熔池內涌的裝置，其特征在于：包括焊槍單元(1)、所述的焊槍單元(1)包括焊槍氣爪(2)、紅外信號接收器(3)、空心螺柱(4)、紅外信號接收器探頭(5)；還包括輸氣裝置(15)，所述的輸氣裝置(15)包括輸氣管(6)、無極電磁氣閥(7)、儲氣罐(8)，此外該裝置包括計算機(9)、A/D信號轉換器(10)、螺柱焊機(11)、焊接機器人(12)、焊槍(13)、工作臺(14)；其中，紅外信號放大器(3)水平放置于工作臺(14)上，將接受到的紅外信號傳輸至計算機(9)，計算機(9)將處理過的信號輸入A/D信號轉換器(10)，通過轉換分別發出信號至輸氣裝置(15)與螺柱焊機(11)，隨后焊接機器人(12)帶動焊槍(13)開始進行焊接，輸氣裝置(15)通過計算機(9)發出的信號實時調整氣閥的通氣量。

2.根據權利要求1所述的防止空心螺柱焊熔池內涌的焊槍裝置，其特征在于：紅外信號接收器探頭(5)安裝在焊槍單元(1)的底部中心位置，利用空心螺柱(4)底部熔池所釋放的紅外線進行測距，并將所得到的紅外電信號輸入紅外信號接收器(3)進行放大。

3.根據權利要求1所述的防止空心螺柱焊熔池內涌的焊槍裝置，其特征在于：輸氣管(6)一端伸入紅外信號接收器探頭(5)下方，向焊接熔池中吹氣，輸氣管另一端連接無極電磁氣閥(7)，無極電磁氣閥(7)與儲氣罐(8)相連。

4.根據權利要求1防止空心螺柱焊接熔池內涌的方法，其特征在于：所使用的輸氣管(6)末端的材料采用耐高溫透明石英玻璃或透明陶瓷。

5.一種基于權利要求1-4所述的防止空心螺柱焊熔池內涌的裝置防止內涌的方法，其特征在于，該方法包括步驟如下：

步驟1：打開輸氣裝置(15)的開關，根據空心螺柱(4)的內徑調節初始輸氣量后，設定好焊接電流與焊接時間，開始焊接；

步驟2：待焊槍(13)拉弧完畢，空心螺柱(4)與母材之間形成熔池后，當電弧熄滅瞬間，螺柱焊機(11)向紅外信號接收器探頭(5)發出電信號使之開始工作；開始射釘階段，焊槍(13)帶動螺柱下壓進熔池，同時紅外信號接收器(3)實時接探頭的原始信號，之后經過放大處理后輸入計算機(9)中；

步驟3：計算機(9)根據所處理的信號對無極電磁閥(7)進行控制，熔池的深淺通過紅外信號接收器探頭(5)到熔池頂部的距離來反映；測量距離時利用脈沖法測量紅外信號接收器探頭(5)與空心螺柱(4)內部熔池底端之間的距離；紅外信號接收器探頭(5)將記錄從發出紅外信號，經熔池反彈后回到探頭的總體時間t，已知紅外線速度為光速c，得出探頭和熔池頂部的距離s；測得的距離會在紅外信號接收器(3)中轉換成電信號，并用計算機(9)顯示和處理電信號；隨著熔池內涌高度的變化，紅外信號接收器探頭(5)測得的電信號波形也同步變化；計算機(9)則根據紅外信號接收器探頭(5)傳來的紅外信號波形的改變，向電磁閥(7)發出增大或減小吹氣量的指令，同時紅外信號接收器探頭(5)反饋實時的紅外信號，實現閉環控制，進而實現根據熔池的內涌高度實時控制吹氣量；

步驟4：焊接結束后，紅外信號接收器探頭(5)繼續探測熔池到本身的距離，直至熔池完全冷卻后，通過計算機(9)得到空心螺柱(4)的有效螺紋高度；

步驟5：升起焊槍(13)，焊接結束。

6.根據權利要求5所述的防止空心螺柱焊接熔池內涌的方法，其特征在于：所使用的氣體為氬氣。

7.根據權利要求5所述的防止空心螺柱焊接熔池內涌的方法，其特征在于：探頭和熔池頂部的距離s由公式距離s＝1/2(ct)。