[發明專利]一種金屬薄板的超低熱輸入焊接裝置及焊接方法

在審

• 申請號: 202011633595.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112846458A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 賈傳寶;宋亞東;武傳松
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/133;B23K9/12;B23K9/28;B23K9/32
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王楠

本發明涉及一種金屬薄板的超低熱輸入焊接裝置及焊接方法，屬于薄板焊接技術領域。該焊接裝置包括焊槍，焊接機器人，焊接電源。焊槍整體各部分設計成可拆卸式，噴嘴放置于冷卻套下端通孔處。中間連接件內部開有通孔，送絲管與鎢極槍體穿過通孔到達冷卻套空腔內。鎢極連接焊接電源負極，焊絲端連接正極，通過鎢極與焊絲之間起弧的方式降低焊接熱輸入。同時，形成的電弧在向下噴射時收到冷卻套底端的噴嘴拘束，進一步降低了傳導到母材上的熱量。本發明將焊槍搭載在MOTOMAN?UP6焊接機器人上，焊接參數與運動軌跡由機器人控制，實現了一定程度的機機械及自動化。焊槍通過焊接機器人的搭載，可實現長時間穩定的焊接作業，保證焊接作業的高質量和高生產率。

技術領域

本發明涉及一種金屬薄板的超低熱輸入焊接裝置及焊接方法，利用間接電弧產生高溫液態金屬，并對焊接電弧進行強制拘束輔助加熱和保溫來進行薄板焊接，屬于薄板焊接技術領域。

背景技術

在工業生產中，薄板由于耗材少，質量輕，易加工等優點而應用廣泛。如在航空航天，船舶，汽車等領域常采用鈦合金以及鋁合金的薄板構件，在建筑業，生活制品等領域中也常常見到不銹鋼薄板等材質的構件。目前，薄板焊接的常用方法有焊條電弧焊(SMAW),熔化極氣體保護焊(GMAW)、非熔化極氣體保護焊(GTAW)，激光焊(LBW)等。對于SMAW，設備簡單容易操作，但焊接質量不穩定，勞動強度大。對于傳統的GMAW，電流密度高，焊接熱輸入大，在薄板焊接時對熱輸入的控制較難把握,易出現燒穿或者變形。對于GTAW，雖然熱量集中適合薄板焊接，但是由于鎢極的載流有限，GTAW焊熔透能力較低，焊接生產率低。且工業生產大多使用傳統的手工氬弧焊，熱輸入的把控不穩定，焊接效率較低。LBW雖然具有焊接熱輸入低，變形小，焊接速度快，焊縫凈化效應好等優點，但對工件裝配要求高，設備復雜，焊接成本較高。

在薄板焊接過程中，熱輸入過大會導致薄板燒穿。同時由于薄板拘束度較小，在焊接過程中局部的加熱、冷卻作用下,薄板會產生不均勻應變,發生焊接變形。中國專利文件(申請號201811382903.5)中，提出了利用等離子弧焊接黃銅薄板的方法，但該方法只適合焊接熱敏系數高的材料如銅及銅合金，對于不銹鋼等導熱率低的材料并不適合。

發明內容

針對薄板焊接易出現的問題以及現有技術的不足，本發明提供一種利用間接電弧產生高溫液態金屬，并對焊接電弧進行強制拘束輔助加熱和保溫來進行薄板焊接的方法。在焊槍內通過鎢極與熔化極焊絲起弧，薄板母材不作電極，電流在電源正極-金屬絲-鎢極-電源負極之間流動，電流不流經母材，所以降低了焊接熱輸入。同時通過氮化硼陶瓷噴嘴拘束電弧，電弧部分只有受拘束的弧柱區噴射出來，所以傳輸到薄板的熱輸入大大減少。本方法對3mm以下金屬薄板有普遍的適應性，能夠有效降低熱輸入減少焊接變形。

本發明的技術方案如下：

一種金屬薄板的超低熱輸入焊接裝置，包括焊槍，焊接機器人，焊接電源；

焊槍包括冷卻套、鎢極槍體、送絲管、中間連接件、噴嘴；冷卻套內部形成空腔，冷卻套外側設有冷卻套冷卻水進出口，形成冷卻套內部的冷卻水循環系統；噴嘴放置于冷卻套底端的通孔處；焊接時，內部空腔充滿保護氣，保護氣對拘束電弧以及噴嘴中噴射出來的熔滴具有保護作用，冷卻套開啟冷卻水循環系統，冷卻水加速熱量的散失增強熱壓縮作用；

冷卻套上端設有中間連接件，中間連接件上端連接焊槍殼體，通過中間連接件上下連接冷卻套和焊槍殼體，中間連接件設置通孔，送絲管與鎢極槍體穿過通孔在冷卻套空腔內進行引弧，鎢極槍體內設有氣電一體管，鎢極槍體內設有水冷循環通道，鎢極槍體外設有鎢極冷卻水進出口，氣電一體管底端連接有鎢極，鎢極槍體通過氣電一體管進行導電，對鎢極進行導電的同時實現保護氣的輸送，同時為了防止鎢極的燒損以及焊縫夾鎢，在鎢極槍體上設計第二路水冷循環對鎢極進行冷卻；

送絲管終端與導電嘴相連，送絲管與鎢極槍體分別連接焊接電源的正負極。