CN105618908B - 一种实现t型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，其包括焊枪主体，所述焊枪主体包括壳体、主轴体、焊钉夹头及驱动主轴体做升降运动的驱动机构；在所述壳体的两侧设有导柱，在每侧壳体的上、下部设有导套，每侧导柱穿设在位于同侧的上、下导套内，且在位于上、下导套之间的导柱上套设有弹簧，在所述弹簧的下端设有限位块，在两侧导柱的下端固定连接有固定座，在所述固定座上、焊钉夹头的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔，在所述固定座的底部、穿孔的正下方固定连接有瓷环夹头。本发明所述焊枪首次实现了T型焊钉和瓷环的自动夹取和脱离，可配合机器人或三轴运动平台使用，实现T型焊钉的自动电弧螺柱焊。

Description

一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪

技术领域

本发明涉及一种用于电弧螺柱焊的自动焊枪，具体说，是涉及一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，属于螺柱焊接设备技术领域。

背景技术

电弧螺柱焊是以焊接电弧为热源，以瓷环为保护措施，以螺柱本身为电极，通过焊接电弧在螺柱与焊件(板件或管件)之间稳定地燃烧，在焊件焊接区被加热形成熔池，螺柱端部形成熔化层后，螺柱在焊枪等机械压力的作用下高速度地***熔池，将液态金属挤入瓷环的成形槽中，从而形成接头的高速植焊方法，是广泛用于高层建筑、桥梁、化工炉窑和造船等大型结构建造时中厚板的植钉技术。

T型焊钉(也称为圆柱头焊钉)在建筑及桥梁施工建造中的钢结构、“钢-混凝土”结构中作为抗剪连接件(也称作剪力键)被大量采用，采用电弧螺柱焊方法植焊在钢梁、钢柱等结构上。一项工程(一幢高层建筑或一座桥梁)需要植焊数万甚至数十万只T型焊钉。据统计，日本T型焊钉的年焊接量为6000万个，而我国钢结构建筑T型焊钉的年需求量为数千万个。

而目前实现T型焊钉和保护瓷环夹取的焊枪一般包括：注塑成型的焊枪壳体，焊钉夹头和驱动焊钉夹头做升降运动的主轴体驱动结构以及瓷环夹头，所述瓷环夹头为设有卡槽的压板，所述压板固定在两根支撑杆的下端，所述支撑杆分别固定在焊枪壳体的两侧。螺柱焊作业时，只能通过人工将T型焊钉装入焊钉夹头，然后人工下压焊枪，使压板上的卡槽卡接在瓷环上，从而实现焊枪对焊钉和瓷环的夹取，这种手动操作方式，不仅生产率低，每分钟只能焊6个左右，而且成品率低，并对操作人员存在一定的安全隐患，不能满足当今对实现T型焊钉自动螺柱焊的需求。

另外，现有的电弧螺柱焊枪的主轴体驱动结构有电磁铁-弹簧结构和直线马达拖动结构，其中的电磁铁-弹簧结构是目前常用结构，是在焊枪壳体的空腔中从前至尾依次设置主轴体、动铁芯和内部设置有线圈的固定套，主轴体与动铁芯首尾固定连接为一体，主轴体前端与用以安装螺柱的一体式夹头座相连接，在焊枪壳体的空腔中固定设置有轴套，主轴体穿设在轴套中并能在轴套中轴向滑动。在焊枪壳体的空腔中设置有能使引弧后的主轴体复位的弹簧，弹簧的两端分别抵靠在主轴体的外凸缘和固定套之间。动铁芯的尾端从固定套前端***并能在固定套中轴向滑动，静铁芯从固定套尾端***并安装在固定套尾端，在动铁芯与静铁芯之间留有间隙，该间隙称为提升间隙。通过电磁铁和弹簧交替工作使焊接螺柱完成“提升-下落”动作。上述驱动结构存在如下主要缺点：(1)在实际使用过程中，由于加工误差、安装误差以及焊枪壳体的热变形等因素的存在，会导致轴套与固定套的同心度不高，从而使首尾固定连接为一体的主轴体和动铁芯轴向运动时阻力增大，大大增加了主轴体与轴套以及动铁芯与固定套之间的磨损量，使得焊枪的使用寿命很短，一般只能使用半年，最多使用一年；(2)容易导致动铁芯卡死在固定套内或者动铁芯无法***到固定套内，从而无法实现主轴体的轴向运动，导致焊接工作无法正常进行的现象；(3)当螺柱的实际长度超过标准时，螺柱通过主轴体压缩弹簧并向尾端滑动，会使动铁芯与静铁芯间的提升间隙变小，从而使焊接引弧时的引弧距离缩短，容易出现无法引弧的现象，大大降低了焊接的合格率，焊接效率降低。另外，由于直线马达拖动结构的动力源是微处理器精密控制的直线电动机，不仅结构复杂，操作要求高，而且成本高，操作者不能在焊接现场进行维修，不适于恶劣作业环境的使用要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，以满足T型焊钉自动电弧螺柱焊的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，包括焊枪主体，所述焊枪主体包括壳体、主轴体和设置在主轴体前端的用以安装焊钉的焊钉夹头及驱动主轴体做升降运动的驱动机构；其特征在于：在所述壳体的两侧设有导柱，在每侧壳体的上、下部对称设有导套，每侧导柱穿设在位于同侧的上、下导套内，且在位于上、下导套之间的导柱上套设有弹簧，在所述弹簧的下端设有限位块，在两侧导柱的下端固定连接有固定座，在所述固定座上、焊钉夹头的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔，在所述固定座的底部、穿孔的正下方固定连接有瓷环夹头。

作为一种实施方案，所述瓷环夹头由若干个弹性片沿圆周向分布形成，每一个弹性片呈L形，由所有L形弹性片的长臂所形成的空腔直径值大于焊钉夹头的最大外径值。

作为优选方案，每一个L形弹性片的短臂端部自下至上依次设有导入斜面、定位面和导出斜面，在位于定位面与导出斜面之间形成凸台。

作为进一步优选方案，所述导入斜面由外至内向上倾斜，所述导出斜面由内至外向上倾斜，所述定位面呈直角。

作为优选方案，所述限位块为调节螺母。

作为一种优选方案，所述驱动主轴体做升降运动的驱动机构包括齿条、齿轮、减速器、电机和驱动电路，所述齿条的一端与主轴体的尾部绝缘连接，所述齿轮与齿条相啮合连接、并与减速器的输出轴相连接，所述减速器与电机相连接，所述电机与驱动电路相连接。

作为优选方案，在所述齿条的上部设有位移传感器，所述位移传感器可以是电阻式、电感式、电容式、光电式、超声波式、霍尔式等能将主轴体的线性位移信息转变为电信号的传感器。

作为进一步优选方案，所述位移传感器与放大电路相连接，所述放大电路与电压调节电路相连接，所述电压调节电路与驱动电路相连接。

作为进一步优选方案，所述电压调节电路包括提升电压调节电路和下降缓冲电压调节电路。

作为进一步优选方案，所述电机为直流电机，可采用36伏以下的安全电压。

相较于现有技术，本发明具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的焊枪首次实现了T型焊钉和保护瓷环的自动夹取和脱离，可配合机器人或三轴运动平台使用，实现T型焊钉的自动电弧螺柱焊，对实现T型焊钉的自动电弧螺柱焊具有重要意义；

2、另外，本发明提供的驱动主轴体做升降运动的驱动机构，不仅结构简单，而且可实现提升间隙的精准控制和调节，从而保证了焊接质量的稳定性，尤其是，直流电机只有2根电线，可采用36伏以下的安全电压，因此不仅维修方便，而且使用安全，可满足恶劣工地使用要求和维护，避免了现有电磁驱动机构所存在的使用寿命短、焊接质量和效率低的问题，可明显延长焊枪的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊***构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种瓷环夹头的剖视结构示意图；

图3至图12为本发明所述焊枪在执行自动夹取T型焊钉和瓷环至焊接结束自动脱离焊钉和瓷环的整个过程所经历的状态结构示意图；

图13为本发明提供的一种焊枪主体的结构示意图。

图中标号示意如下：1、焊枪主体；11、壳体；12、主轴体；13、焊钉夹头；14、驱动机构；141、齿条；142、齿轮；143、减速器；144、电机；145、驱动电路；146、位移传感器；147、放大电路；148、电压调节电路；1481、提升电压调节电路；1482、下降缓冲电压调节电路；15、直线轴承；16、主弹簧；17、调节螺母；18、焊接电缆；2、导柱；3、导套；4、弹簧；5、限位块；6、固定座；61、穿孔；7、瓷环夹头；71、L形弹性片；72、导入斜面；73、定位面；74、导出斜面；75、凸台；8、T型焊钉；9、瓷环；10、待焊件。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例

如图1所示：本实施例提供的一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，包括焊枪主体1，所述焊枪主体1包括壳体11、主轴体12和设置在主轴体12前端的用以安装焊钉的焊钉夹头13；在所述壳体11的两侧设有导柱2，在每侧壳体11的上、下部设有导套3，每侧导柱2穿设在位于同侧的上、下导套3内，且在位于上、下导套3之间的导柱2上套设有弹簧4，在所述弹簧4的下端设有限位块5(可采用调节螺母，方便调节操作)，在两侧导柱2的下端固定连接有固定座6，在所述固定座6上、焊钉夹头13的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔(图1中未显示出)，在所述固定座6的底部、穿孔的正下方固定连接有瓷环夹头7。

结合图1和图2所示：所述瓷环夹头7由若干个弹性片71沿圆周向分布形成，每一个弹性片71呈L形，由所有L形弹性片71的长臂所形成的空腔直径值d大于焊钉夹头13的最大外径值。每一个L形弹性片71的短臂端部自下至上依次设有导入斜面72、定位面73和导出斜面74，在位于定位面73与导出斜面74之间形成凸台75。所述导入斜面72由外至内向上倾斜，所述导出斜面74由内至外向上倾斜，所述定位面73呈直角。所述设计可保证焊钉夹头与T型焊钉头的准确对位及T型焊钉与瓷环的同轴度，确保了焊接质量的一致性。

采用所述焊枪实现T型焊钉和瓷环自动夹取和脱离的工作过程如下：

首先，利用机器人或三轴运动平台，带动焊枪主体1向下运动到套有瓷环9的T型焊钉8的正上方，在焊枪主体1向下运动时，弹簧4被压缩(如图3所示)；

随着焊枪主体1的继续下行，瓷环夹头7与T型焊钉8的头部接触，T型焊钉8的头部通过导入斜面72与瓷环夹头7初步对准，滑入并被夹紧在定位面73中。由于定位面73呈直角，因而可以保证T型焊钉8与瓷环夹头7之间的同轴度。另外，由于T型焊钉8的头部顶在定位面73的直角上边，因此，瓷环夹头7此时无法继续向下移动而保持不动，弹簧4被进一步压缩(如图4所示)；

此时，通过驱动机构驱动主轴体12做下降运动，使焊钉夹头13继续向下运动，直至顶压在L形弹性片71的短边顶面上，此过程中，弹簧4保持图4所示状态(如图5所示)；

继续使主轴体12做下降运动，使焊钉夹头13继续下压L形弹性片71的短边顶面，从而使构成瓷环夹头7的弹性片71向外张开，使T型焊钉8的头部进入焊钉夹头13中，而此时焊枪主体1得到进一步下行，使得瓷环夹头7与瓷环9接触，并使瓷环9在导入斜面72的导向下进入定位面73进行定位和夹紧，此时弹簧4处于被压缩的极限状态(如图6所示)；

使焊枪主体1上行，携带焊钉夹头13向上运动，使T型焊钉8被提起，当T型焊钉8的底部与瓷环9底部平齐(或低于瓷环底部的距离为焊接预压缩量)时，此时瓷环9与T型焊钉8同轴且均处于待焊接的夹取状态，弹簧4复原(如图7所示)，然后利用机器人或三轴运动平台使此时的焊枪主体1移位到待焊件10的焊点上方(如图8所示)；此过程中，要实现T型焊钉8的底部与瓷环9底部平齐或T型焊钉8的底部低于瓷环底部的距离为焊接预压缩量(一般为1mm～10mm)，可通过调节设在弹簧4下端的限位块5进行调节；

接着使焊枪主体1下行，当瓷环9底部(在T型焊钉8的底部与瓷环9底部平齐情况下)或T型焊钉8的底部(在T型焊钉8的底部低于瓷环底部的情况下)与待焊件10相接触时，执行螺柱焊接(如图9所示)；

焊接结束，待焊点凝固后(T型焊钉8的底部已植焊在待焊件上，且瓷环也凝固在焊接位)，首先通过驱动机构驱动主轴体12做上提运动，使焊钉夹头13上行，与T型焊钉8的头部相脱离并恢复到初始状态(如图10所示)，然后使焊枪主体1上行，使瓷环夹头7被上提并与瓷环9相脱离而与T型焊钉8的头部相接触(如图11所示)；继续使焊枪主体1上行，可驱使T型焊钉8的头部由导出斜面74的向下导向作用撑开弹性片71而实现与瓷环夹头7相脱离，从而完成一次自动焊接操作(如图12所示)。如此往复循环，即可实现对T型焊钉的自动焊接。

另外，在此需要说明的：所述的焊枪主体1可采用现有的螺柱焊枪结构，在此不做限制；其中驱动主轴体做升降运动的驱动机构可以采用现有的电磁铁-弹簧结构和直线马达拖动结构，也可以采用本发明提供的如下改进方案：

如图13所示：所述的焊枪主体1包括壳体11、主轴体12、固定在主轴体12前端的用以安装焊钉的焊钉夹头13、驱动主轴体12做升降运动的驱动机构14、主轴体12与直线轴承15轴向滑动连接，在所述主轴体12上套设有能使引弧后的主轴体12复位的主弹簧16，在所述主弹簧16的下方设有弹力调节螺母17，焊接电缆18与焊钉夹头13导电连接；所述的驱动主轴体12做升降运动的驱动机构14包括齿条141、齿轮142、减速器143、电机144和驱动电路145，所述齿条141的一端与主轴体12的尾部绝缘连接，所述齿轮142与齿条141相啮合连接、并与减速器143的输出轴相连接，所述减速器143与电机144相连接，所述电机144与驱动电路145相连接。通过驱动电路145驱使电机144的正转或反转，从而使齿轮142与齿条141之间发生正向传动或反向传动，驱使齿条141上提或下降，从而带动主轴体12做相应上升或下降运动。

作为优选方案：在所述齿条141的上部设有位移传感器146，所述位移传感器146与放大电路147相连接，所述放大电路147与电压调节电路148相连接，所述电压调节电路148与驱动电路145相连接。所述位移传感器146可以是电阻式、电感式、电容式、光电式、超声波式、霍尔式等能将主轴体的线性位移信息转变为电信号的传感器。所述电压调节电路148包括提升电压调节电路1481和下降缓冲电压调节电路1482。所述电机144为直流电机，可采用36伏以下的安全电压。通过设置位移传感器146、电压调节电路148、提升电压调节电路1481和下降缓冲电压调节电路1482，可实现主轴体升降运动的精准控制和调节；尤其是，直流电机只有2根电线，采用的是36伏以下的安全电压，因此不仅维修方便，而且使用安全。

综上可见，本发明提供的驱动主轴体12做升降运动的驱动机构14，不仅结构简单，而且可有效避免现有电磁驱动机构所存在的使用寿命短、焊接质量和效率低的缺陷问题，并且可避免直线电动机结构所存在的维护难的问题，既能明显降低焊***造成本，而且使用寿命长，可确保焊接质量的稳定性，可适用于恶劣工地使用要求，具有明显的进步性。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现T型焊钉电弧螺柱焊的自动焊枪，包括焊枪主体，所述焊枪主体包括壳体、主轴体和设置在主轴体前端的用以安装焊钉的焊钉夹头及驱动主轴体做升降运动的驱动机构；其特征在于：在所述壳体的两侧设有导柱，在每侧壳体的上、下部设有导套，每侧导柱穿设在位于同侧的上、下导套内，且在位于上、下导套之间的导柱上套设有弹簧，在所述弹簧的下端设有限位块，在两侧导柱的下端固定连接有固定座，在所述固定座上、焊钉夹头的正下方设有用于焊钉夹头顺利穿过的穿孔，在所述固定座的底部、穿孔的正下方固定连接有瓷环夹头，所述瓷环夹头由若干个弹性片沿圆周向分布形成，每一个弹性片呈L形，由所有L形弹性片的长臂所形成的空腔直径值大于焊钉夹头的最大外径值，每一个L形弹性片的短臂端部自下至上依次设有导入斜面、定位面和导出斜面，在位于定位面与导出斜面之间形成凸台，所述导入斜面由外至内向上倾斜，所述导出斜面由内至外向上倾斜，所述定位面呈直角。

2.根据权利要求1所述的自动焊枪，其特征在于：所述限位块为可调节螺母。

3.根据权利要求1所述的自动焊枪，其特征在于：所述驱动主轴体做升降运动的驱动机构包括齿条、齿轮、减速器、电机和驱动电路，所述齿条的一端与主轴体的尾部绝缘连接，所述齿轮与齿条相啮合连接、并与减速器的输出轴相连接，所述减速器与电机相连接，所述电机与驱动电路相连接。

4.根据权利要求3所述的自动焊枪，其特征在于：在所述齿条的上部设有位移传感器。

5.根据权利要求4所述的自动焊枪，其特征在于：所述位移传感器与放大电路相连接，所述放大电路与电压调节电路相连接，所述电压调节电路与驱动电路相连接。

6.根据权利要求5所述的自动焊枪，其特征在于：所述电压调节电路包括提升电压调节电路和下降缓冲电压调节电路。

7.根据权利要求3所述的自动焊枪，其特征在于：所述电机为直流电机。