CN114012215A - 一种钛合金长直焊道半自动焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种钛合金长直焊道半自动焊接装置及方法，该钛合金长直焊道半自动焊接装置包括焊接组件、导向组件；所述导向组件包括纵向设置的导轨组件、横向设置的滑轨杆；还包括用于驱动焊接组件沿导向组件移动的驱动组件，所述驱动组件包括与导轨组件相配合的下驱动件、与滑轨杆相配合的上驱动件；所述焊接组件与滑轨杆相连；所述焊接组件包括夹紧所述滑轨杆的定位块，与定位块相连的连接板，安装在连接板另一端的调节器，固定于调节器上的焊枪夹具，夹在焊枪夹具上的焊枪，安装在焊枪夹具上的氩气罩；所述调节器包括高低调节器、可调节角度的角度调节器。本发明提高了生产效率，改善了焊接接头的力学性能，提高钛了合金结构件的质量。

Description

一种钛合金长直焊道半自动焊接装置及方法

技术领域

本发明属于钛合金结构件半自动焊接技术领域，具体是针对钛合金结构件长直焊道一种半自动焊接装置及方法。

背景技术

以支撑架应用于火箭炮为例，在火箭炮转动和发射时，支撑架承受火箭炮的转动和发射的反作用力，支撑架的结构稳定是保证火箭炮正常工作基础，如果结构不稳定的支撑架用于火箭炮上，火箭炮有掉落的风险，火箭炮一旦掉落将会引发重大安全事故。

以消防车上的支撑架为例，消防装置转动或高压喷水时会给对支撑架有一个反作用力，支撑架的结构稳定是保证消防装置正常工作基础，如果结构不稳定的支撑架用于消防装置上，消防装置有掉落的风险，消防装置一旦掉落将会引发重大安全事故。

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。在近代工业中，钛合金以其优良的高强度、耐蚀性及耐热性等特点已成为高性能结构件的首选材料。

选用钛合金焊接制成支撑架用于火箭炮或消防车上，焊道长度为500mm以上的长焊道，保证支撑架的高质量焊接，得到结构稳定的支撑架，可减少安全事故发生的隐患。

钛合金化学性质活泼，在焊接过程高温状态已凝固部位极易吸氢和吸氧，造成焊接质量差。如果带有局部氧化的支撑架，用于火箭炮或消防车上将会出现焊道开裂，引发重大安全事故。

钛合金结构件采用手工氩弧焊焊接，对焊工操作水平要求较高，焊接时焊枪的角度，焊枪的摆动幅度都会对焊接质量造成影响，焊工手不稳就会造成焊接质量差。同时采用人工焊接，焊接效率低、焊接质量难以得到保证。同时，人工焊接时需要两个人协同操作，一人焊接另一人拿着充氩装置对高温状态已凝固部位进行氩气保护。对焊工操作水平要求较高，焊接效率低。由于人会受到环境等因素影响，所以会出现保护不稳定的情况，造成焊道质量不稳定，焊道局部出现氧化现象，焊接质量低。

对于火箭炮上的钛合金结构件，由于批量较小，如果采用机器人焊接，每一种工件都需要单独编程，成本较高且效率较低。

发明内容

本发明是为了解决上述钛合金焊接技术方面的不足，从而提出了一种钛合金长直焊道半自动焊接装置，提高了生产效率，改善了焊接接头(即焊道)的力学性能，提高钛了合金结构件的质量，减少焊接件使用时安全隐患的发生。

本发明的另一目的是提出了一种钛合金长直焊道半自动焊接方法。

本发明技术解决方案：包括焊接组件、导向组件；所述导向组件包括纵向设置的导轨组件、横向设置的滑轨杆；

还包括用于驱动焊接组件沿导向组件移动的驱动组件，所述驱动组件包括与导轨组件相配合的下驱动件、与滑轨杆相配合的上驱动件；

所述焊接组件与滑轨杆相连；

所述焊接组件包括夹紧所述滑轨杆的定位块，与定位块相连的连接板，安装在连接板另一端的调节器，固定于调节器上的焊枪夹具，夹在焊枪夹具上的焊枪，安装在焊枪夹具上的氩气罩；所述调节器包括高低调节器、可调节角度的角度调节器。

所述调节器包括连接高低调节器和角度调节器的连接弯板，固定焊枪夹具与角度调节器的可调节高度的L型连接板，安装在焊枪夹具左端面的氩气罩夹具，以及夹在氩气罩夹具上的氩气罩。

所述下驱动件包括下驱动盒，上驱动件包括上驱动盒；下驱动盒两侧有与导轨组件配合滑动的支撑轮；在下驱动盒上面安装的上驱动盒；用于控制驱动组件动作的控制组件与上驱动盒右端面及下驱动盒上端面接触连接；

在焊接钛合金长直焊道时，工件放在氩气槽上，使焊缝在氩气槽中心位置上方，氩气槽内的氩气可以对工件背面进行保护；工件正面，焊枪夹具上的氩气罩跟随着焊枪移动，从氩气罩吹出的氩气可实时对被焊工件正面高温状态已凝固部位进行保护。

所述上驱动盒和所述下驱动盒内均安装有驱动电机和齿轮，齿轮安装在所述驱动电机上输出轴上，下驱动盒的齿轮与导轨组件配合，上驱动盒的齿轮与滑轨杆配合。上驱动盒驱动滑轨杠运动，下驱动盒驱动整个控制组件运动。上驱动盒的齿轮与滑轨杆配合工作，下驱动盒的齿轮与导轨组件配合工作。

所述氩气罩包括罩体，罩体内有进气管，进气管为一根管在平面方向呈螺旋状环绕成的环状管环状管的内端为与氩气相连的进气口，环状管上表面布置有多个出气口，环状管的外端为封闭的闭口。

所述定位块上端面开设有螺纹孔，前端面开设有与所述滑轨杆适配的卡槽，螺纹孔贯穿到卡槽位置，所述定位块端面安装着与所述定位块上螺纹孔适配的带螺杆的调节旋钮。

所述角度调节器包括电机盒，镶嵌在所述电机盒内部的电机，以及与所述电机输出轴相配合的高度调节夹具。

所述焊枪夹具包括前夹板和后夹板，连接所述前夹板和所述后夹板的连接销，调节所述前夹板和所述后夹板张口大小的可调节销，所述前夹板和所述后夹板上分别开设有与所述连接销相配合的孔以及与所述可调节销配合的卡槽。

所述氩气罩夹具包括固定在焊枪夹具上的固定座，与固定座相配合的弧板，以及两个调节螺栓。

所述导轨组件包括磁吸块，安装在磁吸块上的梯形连接梁，安装在梯形连接梁上的导轨支撑架，导轨支撑架上端面设置有安装导轨条的卡槽，以及镶嵌安装在导轨支撑架上的导轨条。导轨条与下驱动盒配合，磁吸块为底部支撑开关，可以使整个装置平稳吸附在工作台上。

一种钛合金长直焊道半自动焊接方法，其特征在于：步骤如下：

1)将需要焊接的工件进行组对并点焊牢固；

2)将点焊固定后的工件放置在氩气槽上，焊缝在氩气槽中心位置上方，氩气槽内的氩气对工件背面进行保护；

3)安装焊接组件、导向组件、驱动组件、控制组件；通过焊接组件的高低调节器和角度调节器调整焊枪位置，焊枪与焊道高度距离2±0.05mm，角度15±1°；

在焊机上设定电流为90-130A，氩气瓶上调焊枪保护气流量为10±3L/min，控制组件调焊枪行走速度为27-32cm/min；

4)氩气罩通气3-5分钟，氩气槽通气12-15分钟，通气结束后开始焊接；

5)焊接过程中，操作者对焊道进行观察，并实时通过控制组件微调焊枪路径，使焊枪始终在焊道中心上，焊枪与焊道高度距离2±0.05mm，保持焊枪路径为直线；

6)焊接完成熄弧后对氩气槽及氩气罩继续通气2-3分钟。

进一步地，所述导轨组件底部是磁吸块。

进一步的，所述氩气罩设计为偏心结构。

本发明有益效果：

1.本发明提供的钛合金结构件半自动焊接装置及方法，在焊枪夹具上安装一个氩气罩夹具，该夹具可以调节氩气罩的高度。将氩气罩在夹具上夹紧，在焊接过程中氩气罩可以与氩弧焊枪进行联动，这样只需一人就可以完成焊接，提高生产效率，降低人工成本。同时设计的氩气罩结构为圆形偏心结构，且工件是放在氩气槽上的，可以更好的对钛合金焊接过程中高温状态的已凝固部位附近区域进行保护，提高钛合金结构件的焊接质量。

2.本发明同样也适用于铝合金等较活泼材料的焊接。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为导轨组件结构示意图；

图3为下驱动盒332、上驱动盒331、控制组件的连接示意图；

图4为焊接作业示意图；

图5为焊接组件结构示意图；

图6为氩气罩的结构示意图一(环状管位于粗圆柱段上封板1821底面下)；

图7是图6的C-C剖视图；

图8是图6的立体图；

图9是氩气罩的结构示意图二(环状管位于细圆柱段上封板1810底面下)；

图10是图9的立体图；

图11是氩弧焊***构示意图；

图12是氩气罩夹具的结构示意图；

图13是氩气槽的结构示意图；

图14是图13的B-B剖视图；

图15是图13的立体图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。

一种钛合金自动焊接装置结构如图1-3所示，包括导轨组件22、下驱动盒332、上驱动盒331、控制组件23、焊接组件24。用于控制上驱动盒331、下驱动盒332动作的控制组件23与上驱动盒331右端面及下驱动盒332上端面接触连接。

焊接组件24与控制组件23相连。焊接组件24与控制组件23通过滑轨杆21相连。焊接组件24包括夹紧滑轨杆21的定位块11，与定位块11相连的连接板12，安装在连接板12另一端的高低调节器13，可调节角度的角度调节器15，连接高低调节器13和角度调节器15的连接弯板14，焊枪夹具20，夹在焊枪夹具20上的氩弧焊枪17，固定焊枪夹具20与角度调节器15的可调节高度的L型连接板16，安装在焊枪夹具20左端面的氩气罩夹具19，以及夹在氩气罩夹具19上的氩气罩9。

在下驱动盒332运动时，支撑轮支撑着下驱动盒332在导轨组件22上运动，支撑轮与下驱动盒相连接的角连接架连接形成在导轨组件22可滑动的下驱动盒，在下驱动盒332上面安装的上驱动盒331，安装在上驱动盒后面的提手333方便设备挪动。焊接时，导轨组件22通过磁吸块10可以直接吸附在工件上或者工作台上，保证氩弧焊枪17的稳定行走。控制组件23放置在导轨组件22上，下驱动盒332通过导轨条224与导轨组件22配合，上驱动盒331通过滑轨杆21与焊接组件23连接，控制组件23通过在导轨组件22上纵向运动带动氩弧焊枪17纵向运动，通过控制滑轨杆21横向运动带动氩弧焊枪17做横向运动，控制组件23可以控制氩弧焊枪17的运动速度、方向以及控制焊接的开始与停止。焊接组件24可以完成对焊缝的焊接，同时可以通过角度调节器15调整氩弧焊枪17的角度。

导轨组件22包括磁吸块10，安装在磁吸块上的梯形连接梁222，安装在梯形连接梁222上的导轨支撑架223，导轨支撑架上端面设置有安装导轨条的卡槽，以及镶嵌安装在导轨支撑架上的导轨条224。导轨条224与下驱动盒332配合，磁吸块10为底部支撑开关，可以使整个装置平稳吸附在工作台上。

图4中，焊接作业时工件8放在氩气槽9上，氩气槽9放置在工作平台上，工件8焊缝在氩气槽9中间，对氩气槽9内充氩气，可以实现对工件8背面的保护。

图5中，焊接组件24包括定位块11，与滑轨杆21配合装配。高低调节器13，与定位块11和高低调节器13配合装配的连接板12，角度调节器15，连接高低调节器13和角度调节器15的连接弯板14，焊枪夹具20，连接角度调节器15与焊枪夹具20的L型连接板，氩弧焊枪17，氩气罩18，安装在焊枪夹具20上且可以夹紧氩气罩18的氩气罩夹具19。定位块11可以通过其上面的旋钮调节对滑轨杆21的夹紧和松开，定位块11与滑轨杆21配合装配滑轨杆21插在定位块11的定位孔中，通过拧动定位块11上的螺栓对滑轨杆进行压紧，连接了整个控制组件23和焊接组件24。高低调节器13可通过旋转其上面的调节旋钮来调节其与连接板12的相对高低位置，进而调整氩弧焊枪的高度。角度调节器15包含电机盒与高度调节夹具两部分，工作时电机盒内的电机可以驱动高度调节夹具16转动，高度调节夹具16为L型连接板，进而带动L型连接板转动，调节氩弧焊枪角度。焊枪夹具20可以通过其上面的旋钮的调节夹紧与松开氩弧焊枪17。

氩气罩夹具19安装在焊枪夹具20侧面，焊接钛合金结构件时，氩气罩夹具19夹紧氩气罩18随着氩弧焊枪的运动而运动，使氩气可以保护已凝固部位附近区域，且氩气罩18设置为偏心结构可以使氩气更接近熔池，进而使焊接熔池周围有更充足的氩气保护，进而提高焊接接头质量。

图6、7、8中，氩气罩18包括罩体，罩体下端的敞口为出气敞口187，罩体内有进气管，进气管为一根管在平面方向呈螺旋状环绕成的环状管183，环状管的内端186为与氩气相连的进气口，环状管183上表面布置有多个出气口185，环状管的外端184为封闭的闭口。

罩体为粗圆柱段182，粗圆柱段182包括粗圆柱段上封板1820、粗圆柱段侧面封板1821；粗圆柱段上封板1820上面偏心连有细圆柱段181，细圆柱段181与氩气罩夹具19相连，细圆柱段181内腔与粗圆柱段182内腔不相连通，环状管183设置于粗圆柱段上封板1821底面下(如图8)。出气口185均布于环状管183上表面。出气口185的孔径为3mm。

图9、10中，罩体为台阶状结构，包括位于上部的细圆柱段181、位于下部的粗圆柱段182，细圆柱段181与粗圆柱段182偏心设置，细圆柱段181与氩气罩夹具19相连；细圆柱段181包括细圆柱段上封板1810、细圆柱段侧面封板1811；粗圆柱段182包括粗圆柱段上封板1820、粗圆柱段侧面封板1821；细圆柱段181内腔与粗圆柱段182内腔相连通，环状管183设置于细圆柱段上封板1810底面下。

图11中，氩弧焊枪包括焊枪夹具20、夹于焊枪夹具20内的焊枪17、安装在焊枪夹具20上的氩气罩18。氩气罩18经氩气罩夹具19装于焊枪夹具20上。焊枪夹具20包括前夹板和后夹板，连接前夹板和所述后夹板的连接销，调节前夹板和所述后夹板张口大小的可调节销，前夹板和所述后夹板上分别开设有与连接销相配合的孔以及与可调节销配合的卡槽。

图12中，氩气罩夹具19包括固定在焊枪夹具20上的固定座191，与固定座191相配合的弧板192，以及两个调节螺栓193。

图13、14、15中，氩气槽9内有带孔的隔板，氩气槽侧面有进气孔，氩气管插在进气孔上面往氩气槽9内吹气。

本发明提供的焊接方法为:在焊接钛合金长直焊道时，先将工件进行点焊连接，点焊好的工件放在氩气槽上，使焊缝在氩气槽中心位置上方，氩气槽9内的氩气可以对工件背面进行保护。工件正面焊枪夹具20上的氩气罩18跟随焊枪17移动，从氩气罩18吹出的氩气可实时对被焊工件正面高温状态已凝固部位进行保护。具体步骤如下：

1.将需要焊接的工件进行组对并点焊牢固；

2.将点焊固定好的工件放置在氩气槽上；

3.设定好焊接参数。通过焊接组件24的高低调节器13和角度调节器15调整焊枪位置，焊枪与焊道高度距离2mm，角度15°；在焊机上设定电流为90-130A，氩气瓶上调焊枪保护气流量为10L/min，控制组件调焊枪行走速度为27-32cm/min；

4.先对氩气槽通气12-15分钟，对氩气罩通气3-5分钟，之后开始焊接开始焊；

5.焊接过程中，操作者对焊道进行观察，并实时微调焊枪路径；

6.焊接完成熄弧后继续通气2分钟。

焊接时先将工件进行点焊连接，点焊牢固的工件放在本焊接装置上进行焊接，焊接过程焊接变形会导致焊道偏移，因此在焊接时，操作者对焊道熔池进行观察，根据焊道偏移情况实时微调焊枪行走轨迹，使焊枪始终正对焊道中心且距焊道2mm高度。焊接时对于不同板厚工件，使用的焊接参数如表1所示。

Claims (10)

1.一种钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：包括焊接组件（24）、导向组件；所述导向组件包括纵向设置的导轨组件（22）、横向设置的滑轨杆（21）；

还包括用于驱动焊接组件（24）沿导向组件移动的驱动组件，所述驱动组件包括与导轨组件（22）相配合的下驱动件、与滑轨杆（21）相配合的上驱动件；

所述焊接组件（24）与滑轨杆（21）相连；

所述焊接组件（24）包括夹紧所述滑轨杆（21）的定位块（11），与定位块（11）相连的连接板（12），安装在连接板（12）另一端的调节器，固定于调节器上的焊枪夹具（20），夹在焊枪夹具（20）上的焊枪（17），安装在焊枪夹具（20）上的氩气罩（18）；所述调节器包括高低调节器（13）、可调节角度的角度调节器（15）。

2.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述调节器包括连接高低调节器（13）和角度调节器（15）的连接弯板（14），固定焊枪夹具（20）与角度调节器（15）的可调节高度的L型连接板（16），安装在焊枪夹具（20）左端面的氩气罩夹具（19），以及夹在氩气罩夹具（19）上的氩气罩（18）。

3.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述下驱动件包括下驱动盒（332），上驱动件包括上驱动盒（331）；下驱动盒（332）两侧有与导轨组件（22）配合滑动的支撑轮；在下驱动盒（332）上面安装的上驱动盒（331）；用于控制驱动组件动作的控制组件（23）与上驱动盒（331）右端面及下驱动盒（332）上端面接触连接；

所述上驱动盒（331）和所述下驱动盒（332）内均安装有驱动电机和齿轮，齿轮安装在所述驱动电机上输出轴上，下驱动盒（332）的齿轮与导轨组件（22）配合，上驱动盒（331）的齿轮与滑轨杆（21）配合。

4.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述氩气罩（18）包括罩体，罩体内有进气管，进气管为一根管在平面方向呈螺旋状环绕成的环状管（183），环状管的内端（186）为与氩气相连的进气口，环状管（183）上表面布置有多个出气口（185），环状管的外端（184）为封闭的闭口。

5.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述定位块（11）上端面开设有螺纹孔，前端面开设有与所述滑轨杆（21）适配的卡槽，螺纹孔贯穿到卡槽位置，所述定位块（11）上端面安装着与所述定位块上螺纹孔适配的带螺杆的调节旋钮。

6.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述角度调节器（15）包括电机盒，镶嵌在所述电机盒内部的电机，以及与所述电机输出轴相配合的高度调节夹具（16）。

7.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述焊枪夹具（20）包括前夹板和后夹板，连接所述前夹板和所述后夹板的连接销，调节所述前夹板和所述后夹板张口大小的可调节销，所述前夹板和所述后夹板上分别开设有与所述连接销相配合的孔以及与所述可调节销配合的卡槽。

8.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述氩气罩夹具（19）包括固定在焊枪夹具（20）上的固定座（191），与固定座（191）相配合的弧板（192），以及两个调节螺栓（193）。

9.根据权利要求1所述的钛合金长直焊道半自动焊接装置，其特征在于：所述导轨组件（22）包括磁吸块（10），安装在磁吸块上的梯形连接梁（222），安装在梯形连接梁（222）上的导轨支撑架（223），导轨支撑架上端面设置有安装导轨条的卡槽，以及镶嵌安装在导轨支撑架上的导轨条（224）。

10.一种钛合金长直焊道半自动焊接方法，其特征在于：步骤如下：

1）将需要焊接的工件进行组对并点焊牢固；

2）将点焊固定后的工件（8）放置在氩气槽（9）上，焊缝在氩气槽中心位置上方，氩气槽内的氩气对工件背面进行保护；

3）安装焊接组件（24）、导向组件（22）、驱动组件、控制组件（23）；通过焊接组件（24）的高低调节器（13）和角度调节器（15）调整焊枪位置，焊枪与焊道高度距离2±0.05mm，角度15±1°；

在焊机上设定电流为90-130A，氩气瓶上调焊枪保护气流量为10±3L/min，控制组件调焊枪行走速度为27-32cm/min；

4）氩气罩通气3-5分钟，氩气槽通气12-15分钟，通气结束后开始焊接；

5）焊接过程中，操作者对焊道进行观察，并实时通过控制组件（23）微调焊枪路径，使焊枪始终在焊道中心上，焊枪与焊道高度距离2±0.05mm，保持焊枪路径为直线；

6）焊接完成熄弧后对氩气槽（9）及氩气罩（18）继续通气2-3分钟。

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