CN102133673B - 炮弹铜合金导带tig自动堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种采用热冷丝双丝送丝***、PLC控制***的炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法。焊接工艺过程包括：通过PLC预设定焊接电流、弹体旋转速度与旋转模式，匀速与步进两种模式，堆焊较窄弹带时弹体采用匀速转动模式，堆焊弹带较宽时采用步进转动模式，焊接电弧引燃前通冷却水，冷却焊枪与弹体；焊枪移动到位，引燃热丝电弧、焊接主电弧，同时热丝、冷丝送进；堆焊起弧后，采用小电流、低送丝速度堆焊5-10mm；本发明简化加工工艺，降低生产成本。减少了传统工艺的加工工序，减少生产时间和工作量，提高了生产率，降低材料消耗，节省成本。焊接工艺重复性好、易于实现自动化生产。

Description

炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法

(一)技术领域

本发明涉及焊接技术，具体说就是炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法。

(二)背景技术

钢基体表面堆敷铜合金层可以改善钢材的导电、导热性能和表面硬度，这种技术广泛用于航空航天领域和兵器制造业领域。例如炮弹弹带的装配，传统工艺采用机械方式在钢基体上嵌合铜合金环，这种方式增加了应力集中，削弱了弹体强度，环槽处的壁厚会使该处弹体内孔孔径缩小，从而增加了加工弹体的工艺难度，减少了装药量，降低***威力。同时，在弹体上加工环槽费工时、刀具，增加生产成本。

当今世界炮弹的发展趋势为大口径、薄弹壁、多弹头、一弹多能，开发智能炮弹。提高弹丸战斗力的关键技术是弹带装配技术，多年来一直是困扰我国炮弹设计制造的技术瓶颈，采用机械嵌合方式的弹带装配已经不能适应未来炮弹的发展趋势。

鉴于采用焊接工艺进行弹带装配的显著优点，国内外对弹带焊接技术展开了广泛的研究，涉及的焊接方法包括扩散焊弹带耦合技术、激光焊技术、火焰喷焊技术、电子束轴向焊接技术等，这些方法均有一定的难度和局限性，并没有应用于实际生产中。由于堆焊是以基体作为一个电极，且电弧加热温度和热量不均匀，并且基体极易熔化。常规堆焊稀释率往往大于10％，即便是带极堆焊也有相当大的稀释率，渗铁成了堆焊工艺的技术难点与影响焊接性能的重要因素。由于铁与铜合金有较大的物理性能差异，当过量的铁进入铜合金层时，会在铜合金层内造成极大的应力集中及严重的渗透裂纹缺陷。同时，过量的铁还会使铜合金层的硬度急剧升高，使铜合金层的摩擦磨损性能发生极大改变。在航空航天和兵器制造业的产品制造中，往往要求极低的稀释率甚至要求零稀释率即无熔深。而目前国内的堆焊大多采用手工电弧堆焊工艺，不仅焊接效率低，而且焊接质量差、堆焊层稀释率低。因而，研究高质量、高效率、超薄熔深的焊接工艺及相应的炮弹自动焊接装置，对提高炮弹生产效率及我国国防事业的发展，具有重要的理论意义和实际意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以保证优质的弹带焊接工艺、采用热丝、冷丝双丝送丝***、提高焊接效率、降低堆焊层的稀释率、采用PLC控制***的炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法。

本发明的目的是这样实现的：焊接工艺过程如下：

步骤一：通过PLC人机控制界面，控制焊接机头与焊接工件运动，对中焊枪与工件的相对位置以后，通过PLC预设定焊接电流、弹体旋转速度与旋转模式，匀速与步进两种模式，堆焊较窄弹带时弹体采用匀速转动模式，堆焊弹带较宽时采用步进转动模式，冷丝、热丝送丝速度、焊接机头摆动幅度与速度、提弧时间与电流的参数，实时观察与调节；

步骤二：焊接电弧引燃前通冷却水，冷却焊枪与弹体；焊枪移动到位，引燃热丝电弧、焊接主电弧，同时热丝、冷丝送进；

步骤三：堆焊起弧后，采用小电流、低送丝速度堆焊5-10mm；而后采用满足弹带成形尺寸要求的送丝速度与焊接电流；堆焊一周至堆焊起始位置时，提升电弧高度，同时降低焊接速度，提升焊接电流，完成起始处5-10mm长度的弹带搭接，搭接完成后电流衰减，电弧熄灭，送丝停止，完成一个弹带的焊接；

步骤四：焊接结束后关闭焊接电源，停气、停水后由下料装置移下工件，同时上料机构固定下一炮弹弹体，进行下一个弹带的堆焊过程。

本发明简化加工工艺，降低生产成本，减少了传统工艺的加工工序，减少生产时间和工作量，提高了生产率，降低材料消耗，节省成本。提高了连接可靠性，焊接工艺重复性好、易于实现自动化生产。优化弹体结构设计，简化了药室结构，有利于解决带槽强度差、安全裕度小的问题。本发明炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法，是一种高效、自动、低稀释率的炮弹导带焊接装置，可以提供优质的弹带焊接工艺，采用热丝、冷丝双丝送丝***，提高焊接效率、降低堆焊层的稀释率，同时采用PLC控制***，精确控制焊接过程参数与工装定位，尤其是焊接电流波形、送丝速度的严格控制，保证了堆焊弹带层特别是搭接处的美观焊缝成型。

(四)附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明热丝***原理图；

图3为本发明弹体自动堆焊***PLC控制***框图；

图4为焊接电流与弹体转动、送丝速度曲线；

图5为弹带自动堆焊流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1，结合图1，本发明炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法是由炮弹铜合金导带TIG自动堆焊装置实现的，它是由焊接***(21)、焊接***运动调节机构(22)和弹体运动机构(23)组成的，焊接***(21)连接焊接***运动调节机构(22)，焊接***运动调节机构(22)连接弹体运动机构(23)。

所述的焊接***(21)包括冷丝送丝机(1)、热丝送丝机(2)、热丝电源(3)、TIG堆焊焊接电源(4)、焊枪(5)、冷丝送丝嘴(6)、热丝送丝嘴(7)、弹体背部水淋管(8)和水箱(9)，冷丝送丝机(1)连接热丝送丝机(2)，热丝送丝机(2)连接热丝电源(3)，TIG堆焊焊接电源(4)设置在装置的右侧，焊枪(5)连接冷丝送丝嘴(6)和热丝送丝嘴(7)，弹体背部水淋管(8)设置在冷丝送丝嘴(6)和热丝送丝嘴(7)的下方，水箱(9)设置在TIG堆焊焊接电源(4)的右侧。

所述的焊接***运动调节机构(22)是由焊接机头纵向运动驱动电机(10)、焊接机头对中调节旋钮(11)、焊接机头纵向运动***(12)、焊接机头横向摆动***(13)和焊接机头横向摆动驱动电机(14)组成的，焊接机头纵向运动驱动电机(10)连接焊接机头对中调节旋钮(11)和焊接机头纵向运动***(12)，焊接机头横向摆动***(13)连接焊接机头横向摆动驱动电机(14)。

所述的弹体运动机构(23)包括气压缸(15)、顶紧座(16)、托架(17)和弹体转动驱(18)，气压缸(15)连接顶紧座(16)，托架(17)设置在装置中部，弹体转动驱(18)设置在托架(17)左侧。

图1中，(19)为控制面板，(20)为堆焊弹体。

实施例2，结合图1，图2，本发明炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法，焊接工艺过程如下：

步骤一：通过PLC人机控制界面，控制焊接机头与焊接工件运动，对中焊枪与工件的相对位置以后，通过PLC预设定焊接电流、弹体旋转速度与旋转模式，匀速与步进两种模式，堆焊较窄弹带时弹体采用匀速转动模式，堆焊弹带较宽时采用步进转动模式，冷丝、热丝送丝速度、焊接机头摆动幅度与速度、提弧时间与电流的参数，实时观察与调节；

步骤二：焊接电弧引燃前通冷却水，冷却焊枪与弹体；焊枪移动到位，引燃热丝电弧、焊接主电弧，同时热丝、冷丝送进；

步骤三：堆焊起弧后，采用小电流、低送丝速度堆焊5-10mm；而后采用满足弹带成形尺寸要求的送丝速度与焊接电流；堆焊一周至堆焊起始位置时，提升电弧高度，同时降低焊接速度，提升焊接电流，完成起始处5-10mm长度的弹带搭接，搭接完成后电流衰减，电弧熄灭，送丝停止，完成一个弹带的焊接；

步骤四：焊接结束后关闭焊接电源，停气、停水后由下料装置移下工件，同时上料机构固定下一炮弹弹体，进行下一个弹带的堆焊过程。

实施例3，结合图1，实现本发明的炮弹铜合金导带TIG自动堆焊装置，具有自动上料及装夹机构，焊接机头可按要求的弹带宽度进行自动摆动，焊接机头可以实现X-Y二维方向的***，同时可以实现Z方向的调节实现焊枪与堆焊弹体的对中；弹体在弹体旋转驱动***作用下可进行匀速和步进旋转两种转动模式，其中匀速旋转适合于较窄弹带焊接，步进转动适合于较宽弹带焊接。所有焊接参数均可以由控制面板预先设定并可以进行焊接实时控制和调节。工件运动方式是：通过顶紧座、托架气动装置固定待堆焊弹体，焊接机头通过电机驱动可沿运动丝杠进行X-Y方向的二维***；同时也可以在对中调节旋钮调节下进行Z方向对中调节运动；堆焊弹体可在电机驱动下进行匀速和步进转动，完成圆周弹带的焊接；焊接过程中，可以通过焊接机头的横向摆幅来控制堆焊弹带的宽度；采用两套独立送丝机构，分别控制冷丝与热丝的送进速度。

本发明炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法，采用冷丝、热丝双丝送丝***，提高堆焊效率和美观弹带成形；采用弹体背部水冷***，降低钢基体中Fe元素向堆焊铜合金层中的扩散，同时减小薄弹壁基体的变形；采用PLC为主控制器，完成焊接过程各个执行动作的控制、焊接参数控制以及位置信号与焊接参数的检测等功能。为了保证弹带堆焊过程的自动化及控制弹带的成形，堆焊起弧后，采用小电流、低送丝速度堆焊5-10mm；而后采用满足弹带成形尺寸要求的送丝速度与焊接电流；堆焊一周至堆焊起始位置时，提升电弧高度，同时降低焊接速度，提升焊接电流，完成起始起始处5-10mm长度的弹带搭接，搭接完成后电流衰减，电弧熄灭，送丝停止，完成一个弹带的焊接。

实施例4，结合图4、图5，本发明炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法，具有以下技术特征：

采用两套独立送丝机构，同时熔化不同材质的冷丝与热丝、提高焊接效率、优化弹带成形与性能；采用背部水冷方式，降低弹体熔化量及对堆焊层的稀释率；

采用两部主驱动电机，分别驱动焊枪自动摆动及焊接过程中弹体的自动转动；实现本发明的炮弹铜合金导带TIG自动堆焊装置，包括两套焊接电源，分别用于预热焊丝与熔化焊丝完成堆焊过程；采用自动上料、下料机构，实现流水线式自动化生产；通过保护屏和控制台，可实现对焊接过程的实时监测与控制；

采用PLC控制***控制整个焊接过程中焊接移动装置及焊接工件的固定与移动、焊接参数的设定与实时控制；

采用图4所示的变化电流、变化弹体转速和变速送丝速度来保证弹带搭接处的成形，整个弹带的焊接流程图如图5所示。

Claims (1)

1.一种炮弹铜合金导带TIG自动堆焊方法，其特征在于，方法如下：

步骤一：通过PLC人机控制界面，控制焊接机头与焊接工件运动，对中焊枪与工件的相对位置以后，通过PLC预设定焊接电流、弹体旋转速度与旋转模式，匀速与步进两种模式，堆焊较窄弹带时弹体采用匀速转动模式，堆焊弹带较宽时采用步进转动模式，冷丝、热丝送丝速度、焊接机头摆动幅度与速度、提弧时间与电流的参数，实时观察与调节；焊接机头通过电机驱动能够沿运动丝杠进行X-Y方向的二维***；同时也能够在对中调节旋钮调节下进行Z方向对中调节运动；堆焊弹体可在电机驱动下进行匀速和步进转动，完成圆周弹带的焊接；焊接过程中，通过焊接机头的横向摆幅来控制堆焊弹带的宽度；采用两套独立送丝机构，分别控制冷丝与热丝的送进速度；

步骤二：焊接电弧引燃前通冷却水，冷却焊枪与弹体；焊枪移动到位，引燃热丝电弧、焊接主电弧，同时热丝、冷丝送进；

步骤三：堆焊起弧后，采用小电流、低送丝速度堆焊5-10mm；而后采用满足弹带成形尺寸要求的送丝速度与焊接电流；堆焊一周至堆焊起始位置时，提升电弧高度，同时降低焊接速度，提升焊接电流，完成起始处5-10mm长度的弹带搭接，搭接完成后电流衰减，电弧熄灭，送丝停止，完成一个弹带的焊接；

步骤四：焊接结束后关闭焊接电源，停气、停水后由下料装置移下工件，同时上料机构固定下一炮弹弹体，进行下一个弹带的堆焊过程。

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