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专利号: 2020103376356
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,包括空心轴电机(4)、电机座(9)、电刷座(14)、馈电盘、联轴器(5)、导电杆机构(17)、以及电刷(7)及其压紧弹簧(6),其特征是:电机座(9)为外中部设置有凸肩(9b)的柱状体,其一侧设置用于锁紧联轴器(5)的安装孔(9a),其内设置有上小下大的阶梯形中心孔、其大孔(9g)内安装有压紧弹簧(6);电刷座(14)内自上而下依次设置有十字沉孔(14m)和上大下小的中心孔,其十字沉孔(14m)内安装有电刷(7),其大中心孔(14n)内安装有支承轴承(12),其电刷座壁墙内设置有气路和/或冷却水路;所述馈电盘为具有上伸出轴(11a)和下伸出轴(11b)、中部设置有法兰台(11c)的圆柱体,所述馈电盘的上伸出轴(11a)依次穿过电刷(7)和压紧弹簧(6)后通过联轴器(5)在电机座(9)内与空心轴电机(4)的下伸出轴(4a)固连、使电刷(7)与馈电盘法兰台(11c)上端面成紧密滑动导电接触,所述馈电盘的下伸出轴(11b)穿过支承轴承(12)和电刷座(14)底部的小中心孔(14p)后直接与导电杆机构(17)相接、或通过连接件机构(15)与导电杆机构(17)相接;电机座(9)的上端面上固定安装有空心轴电机(4)、中部两侧凸肩(9b)通过连接螺钉与电刷座(14)的上端固连,电刷两侧连接电缆(7a)的一端与电刷(7)固连、另一端与固定在所述电机座(9)的凸肩(9b)上的电缆固定件(8a)相接;所述导电杆机构(17)为可调配或可伸缩的偏心或弯曲导电杆机构。

2.根据权利要求1所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述可调配的导电杆机构(17)由导电杆和导电嘴构成,此时折弯导电杆(17a)与第一直型导电嘴(17b)相接、构成一种弯曲导电杆机构,或第一直型导电杆(17c)与折弯导电嘴(17d)相接、构成一种弯曲导电杆机构,或第二直型导电杆(17e)与第二直型导电嘴(17f)斜向相接、构成一种弯曲导电杆机构,或第一直型导电杆(17c)与偏心导电嘴(17g)相接、构成一种偏心导电杆机构;

或者,所述可调配的导电杆机构(17)直接由馈电盘下伸出轴(11b)和导电嘴构成,其馈电盘下伸出轴(11b)的第一直型下部与偏心导电嘴(17g)相接、构成一种偏心导电杆机构,或馈电盘下伸出轴(11b)的第一直型下部与折弯导电嘴(17d)相接、构成一种弯曲导电杆机构,或馈电盘下伸出轴(11b)的第二直型下部与第二直型导电嘴(17f)斜向相接、构成一种弯曲导电杆机构,或馈电盘下伸出轴(11b)的折弯下部与第一直型导电嘴(17b)相接、构成一种弯曲导电杆机构。

3.根据权利要求1所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述可伸缩的导电杆机构(17)由上部带有外螺纹的第一可伸缩导电杆和与之下端相接的导电嘴构成,或直接由上部带有外螺纹的第一可伸缩导电嘴构成;第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴的外螺纹上段以相对可伸缩的螺纹连接方式、旋入起电弧运动输出轴(11d)作用的馈电盘下伸出轴(11b)下部的中心孔内,其外螺纹下段上旋装有起连接件机构(15)作用的第一锁紧螺母(15a),使第一锁紧螺母(15a)与所述馈电盘下伸出轴(11b)的下端面之间成锁紧连接,构成一种由所述可伸缩的导电杆机构(17)、以及第一锁紧螺母(15a)和所述电弧运动输出轴(11d)构成的导电杆机构伸缩调节装置;

或者,所述可伸缩的导电杆机构(17)由上部带有外螺纹的第二可伸缩导电杆和与之下端相接的导电嘴构成、或直接由上部带有外螺纹的第二可伸缩导电嘴构成,其外螺纹段为具有腰形横截面的扁形柱状体;所述导电杆机构的伸缩调节装置由所述可伸缩的导电杆机构(17)、连接件机构(15)、定向轴套(11e)、电弧运动输出轴(11d)构成,其连接件机构(15)由连接螺母(15b)、T型调节螺母(15c)和第二锁紧螺母(15d)构成,其定向轴套(11e)为纵向设置有腰形通孔的圆柱体或阶梯圆柱体、固定在起电弧运动输出轴(11d)作用的馈电盘下伸出轴(11b)下部的中心孔内;第二可伸缩导电杆或第二可伸缩导电嘴的外螺纹段上段以可伸缩的滑动方式插入所述定向轴套(11e)的腰形通孔内、外螺纹段下段上自上而下依次旋装有T型调节螺母(15c)和第二锁紧螺母(15d),连接螺母(15b)从下端套过T型调节螺母(15c)后与所述馈电盘下伸出轴(11b)下部的外螺纹相接,通过所述连接螺母(15b)下端的内凸肩压紧所述T型调节螺母(15c)的顶端翻边法兰下端面、使所述T型调节螺母(15c)的上端面与所述馈电盘下伸出轴(11b)的下端面成压紧状态,并使第二锁紧螺母(15d)与所述T型调节螺母(15c)的下端面之间成锁紧连接;

其中,第一可伸缩导电杆或第二可伸缩导电杆为与第一直型导电嘴(17b)相接的折弯导电杆(17a)、或与折弯导电嘴(17d)或偏心导电嘴(17g)相接的第一直型导电杆(17c)、或与第二直型导电嘴(17f)斜向相接的第二直型导电杆(17e),第一可伸缩导电嘴或第二可伸缩导电嘴为折弯导电嘴(17d)或偏心导电嘴(17g)。

4.根据权利要求3所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:第一锁紧螺母(15a)的内通孔自上而下依次包括长度为L1的内螺纹孔和长度为L2的光孔,所述馈电盘下伸出轴(11b)下部的中心孔自下而上依次包括长度为L3的内螺纹孔和长度为L4的光孔,其中,L2≥L0,(L3+L4)等于(Le+L0),L0为可伸缩调节长度,Le为第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴与所述馈电盘下伸出轴(11b)之间的螺纹啮合最短长度,第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴的上部外螺纹段长度不小于(L1+Le+L0);或者,第二锁紧螺母(15d)的内通孔自上而下依次包括长度为L5的内螺纹孔和长度为L6的光孔,所述馈电盘下伸出轴(11b)下部的中心孔为长度为L0的光孔,其中,L6≥L0,L0为可伸缩调节长度。

5.根据权利要求1所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:在所述连接螺钉内纵向设置有用于连通焊接保护气体的通孔,其连接螺钉的下端与电刷座(14)壁墙内的内置气路相接、上端与焊接保护气体相接,使焊接保护气体经过所述连接螺钉内通孔和所述内置气路后、流入焊炬本体外接的喷嘴机构;和/或,在两支所述连接螺钉内纵向设置有用于连通冷却水的通孔,其设置在进水侧的连接螺钉的上端与冷却水引入端(25a)相接、下端与电刷座(14)壁墙内的内置冷却水路相接,其设置在出水侧的连接螺钉的上端与冷却水引出端(25b)相接、下端与所述内置冷却水路相接,使冷却水从所述进水侧的连接螺钉的内通孔流入、经过所述内置冷却水路后,从所述出水侧的连接螺钉的内通孔流出。

6.根据权利要求5所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述内置气路包括两路纵向气路、两路横向气路和一个环形气室;其中,所述环形气室为从电刷座(14)底部端面向上设置的大于所述小中心孔(14p)的中心沉孔;所述两路纵向气路和所述两路横向气路分别对称设置在所述环形气室的斜对侧位置上,其横向气路的一端与所述纵向气路的下端相接、另一端与所述环形气室相接,其纵向气路的上端与所述连接螺钉内通孔相接,使焊接保护气体经过所述连接螺钉内通孔、所述纵向气路、所述横向气路和所述环形气室后,再流入焊炬本体下端外接的套筒形喷嘴机构(28)。

7.根据权利要求5所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述内置冷却水路包括纵向进水通路(14f)、矩形横向水路(14h、14i、14j、14k)、纵向出水通路(14g);

其中,所述矩形横向水路对称设置在电刷座(14)的底部壁墙内,所述纵向进水通路(14f)和所述纵向出水通路(14g)对称设置在所述横向水路的上方;所述纵向进水通路(14f)的上端与第三连接螺钉(22c)的内通孔相接、下端与所述横向水路相接,其纵向出水通路(14g)的上端与第四连接螺钉(22d)的内通孔相接、下端与所述横向水路相接,使冷却水经过第三连接螺钉(22c)内通孔、纵向进水通路(14f)、所述横向水路、纵向出水通路(14g)后,从第四连接螺钉(22d)内通孔流出。

8.根据权利要求1‑7之一所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述焊炬还包括由侧板(21b)和顶板(21a)构成的倒L形支撑架,所述支撑架侧板(21b)的下侧与电刷座(14)固连,所述支撑架顶板(21a)的上端面上安装有焊炬联接头(20)、两侧面上固连有电缆连接头(8b),使所述电刷(7)的连接电缆(7a)穿过电缆固定件(8a)后再与电缆连接头(8b)相接。

9.根据权利要求8所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬,其特征是:所述空心轴电机(4)具有双伸出轴,其上伸出轴(4b)上设置有用于检测电弧摇动/旋转频率及电弧摇动中点C的光电开关装置(23),所述光电开关装置(23)由外置光栅盘(23a)和光耦(23b)构成,其中所述光耦(23b)与所述支撑架固连。

10.一种根据权利要求9所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征是,包括如下步骤:

①采用单轴伸空心轴电机(4)、或采用在电机上伸出轴(4b)上设置有光电开关装置(23)的双轴伸空心轴电机(4)作为摇动或旋转电弧焊炬的驱动电机,并通过所述焊炬的导电杆机构调配方法或伸缩调节方法调节所述导电杆机构(17)至合适长度后、或直接选用合适长度的所述导电杆机构(17)后,使焊丝(2)从偏心或弯曲导电杆机构(17)下端的导电嘴内孔中斜向送出;

②通过所述焊炬的控制器设定电弧摇动/旋转工艺参数,其中通过基于单轴伸伺服型空心轴电机(4)内置的光电编码器或所述双轴伸空心轴电机(4)外置的光电开关装置(23)传感的电弧摇动/旋转频率检测方法、或通过基于测速仪检测的电弧摇动/旋转频率标定方法,来调节并设定电弧摇动/旋转频率;在摇动电弧焊时,通过基于所述内置光电编码器或所述光电开关装置(23)传感的电弧摇动中点检测方法,使焊丝(2)自动弯向焊接正前方或正后方;

③通过焊炬本体内置气路和/或喷嘴机构外部气路,向焊炬本体外接的喷嘴机构提供焊接保护气体;所述驱动电机转动所述焊炬的电弧运动输出轴及与之下端相接的导电杆机构(17),带动焊丝(2)端部的电弧(16),围绕焊炬中心线(1)作单向旋转运动(19)或往复式圆弧形摇动(18),同时根据所述电弧摇动/旋转频率检测方法、检测并显示电弧摇动或旋转频率,实现摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊接。

11.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述电弧摇动中点检测方法,包括如下步骤:①当所述内置光电编码器为绝对式光电编码器时,转动所述焊炬的电弧运动输出轴(11d),使从导电杆机构(17)中斜向送出的焊丝(2)弯向焊接正前方或正后方,此时根据伺服电机驱动器对所述内置光电编码器输出信号解码后所产生的电机转动角位置电脉冲信号、或直接根据所述内置光电编码器输出的电机转动角位置电信号,所述焊炬的控制器记录当前位置处电机转动的绝对位置角θ、并将所述绝对位置角θ作为电弧摇动中点C所对应的电机转动中点位置(33),实现在初次安装或更换所述导电杆机构(17)后对电弧摇动中点C的位置整定;

②每次焊前,根据所述伺服电机驱动器对所述内置光电编码器输出信号解码后所产生的电机转动角位置电脉冲信号、或直接根据所述内置光电编码器输出的电机转动角位置电信号,所述焊炬的控制器引导所述电机转动至所述绝对位置角θ所对应的电机转动中点位置(33)处,使从所述导电杆机构(17)中斜向送出的焊丝(2)自动弯向焊接正前方或正后方,从而实现对电弧摇动中点C的焊前自动检测定位;

其中,当采用由折弯导电杆(17a)和第一直型导电嘴(17b)构成的弯曲导电杆机构(17)、或采用由第二直型导电杆(17e)和与之斜向相接的第二直型导电嘴(17f)构成的弯曲导电杆机构(17)、并使所述导电杆通过连接件机构(15)与所述电弧运动输出轴(11d)之间成相对位置固定一致的固连时,所述步骤①的操作仅在所述导电杆机构(17)的初次安装调试时使用;或者,当采用由电弧运动输出轴(11d)的折弯下部和第一直型导电嘴(17b)构成的弯曲导电杆机构(17)、或采用由电弧运动输出轴(11d)的第二直型下部和与之斜向相接的第二直型导电嘴(17f)构成的弯曲导电杆机构(17)时,所述步骤①的操作仅在导电杆机构(17)的初次安装调试时使用。

12.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述频率检测方法包括电弧摇动频率检测方法和电弧旋转频率检测方法,其中:所述电弧摇动频率检测方法,具体包括:在焊前的焊丝(2)或焊接过程中的电弧(16)围绕电弧摇动中点C作左右对称性圆弧形摇动(18)过程中,伺服电机驱动器根据所述伺服电机内置光电编码器输出的电机转动角位置电信号、经解码后实时检测电机转动角位置,所述焊炬的控制器根据所述伺服电机驱动器输出的电机转动至左侧或右侧极限位置时的左侧或右侧定位完成脉冲电信号,检测所述电机每连续3次转动至所述极限位置或每连续2次转动至同侧极限位置所经历的时间t1,实现对电弧摇动频率f1的实时检测,其中f1=1/t1;

所述电弧旋转频率检测方法,具体包括:在焊前的焊丝(2)或焊接过程中的电弧(16)围绕焊炬中心线(1)作单向旋转运动(19)过程中,伺服电机驱动器根据所述伺服电机内置光电编码器输出的电机转动角位置电信号、经解码后实时检测电机转动角位置,所述焊炬的控制器根据所述伺服电机驱动器输出的电机转动一周时的定位完成脉冲电信号,检测两个相邻的所述定位完成脉冲之间的时间间隔t2,实现对电弧旋转频率f2的实时检测,其中f2=

1/t2。

13.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述导电杆机构调配方法,包括如下步骤:①选配所述导电杆机构的构成:用外置式套筒形喷嘴机构(28)进行窄间隙或窄坡口多层焊接时,使折弯导电杆(17a)与第一直型导电嘴(17b)相接、或第一直型导电杆(17c)与折弯导电嘴(17d)或偏心导电嘴(17g)相接、或第二直型导电杆(17e)与第二直型导电嘴(17f)斜向相接,构成一种可调配的偏心或弯曲导电杆机构(17);或直接使所述电弧运动输出轴的第一直型下部与折弯导电嘴(17d)或偏心导电嘴(17g)相接、或第二直型下部与第二直型导电嘴(17f)斜向相接、或折弯下部与第一直型导电嘴(17b)相接,构成一种可调配的偏心或弯曲导电杆机构(17);

②选配所述导电杆或所述导电嘴的长度:设定Li为焊接当前待焊焊缝时所述导电杆机构(17)的当前竖直长度、Li‑1为焊接前层焊缝时所述导电杆机构的前次竖直长度,每焊完一层焊缝,就根据前层焊缝的填充金属高度h0,按照Li=(Li‑1‑h0)的调节原则,更换使用更短的所述导电杆或所述导电嘴,以在喷嘴高度h1保持一定时使焊炬高度h2保持恒定值;

③选配电弧摇动角度、或选用旋转电弧焊接用导电杆机构长度的调节方式:摇动电弧焊接时,根据因更换所述直型导电嘴(17b,17f)或所述偏心导电嘴(17g)所引起的电弧摇动半径变化,按照sin(αi/2)=(Ri‑1/Ri)·sin(αi‑1/2)的调节原则,相应调节电弧摇动角度至αi,其中,Ri和αi为焊接当前待焊焊缝时的当前电弧摇动半径和当前电弧摇动角度,Ri‑1和αi‑1为焊接前层焊缝时的前次电弧摇动半径和前次电弧摇动角度;或摇动电弧焊接时,在更换使用具有更短竖直段的所述折弯导电嘴(17d)或所述导电杆后,使电弧摇动角度保持不变;或旋转电弧焊接时,按照使电弧旋转半径R保持恒定的调节原则,在所述步骤②中选用通过缩短所述导电杆或所述折弯导电嘴(17d)的竖直段长度,来实现对所述导电杆或所述导电嘴长度的调节;

④有条件结束调配过程:一旦所述导电杆机构(17)的下端部缩入或接近缩入所述套筒形喷嘴机构(28)时,则停止所述步骤②和③的调配过程;同时通过整体提升焊炬,使焊炬位置的每次提升量近似等于前层焊缝的填充金属高度h0,以使焊炬高度h2恒定,直至完成后续焊接。

14.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述导电杆机构伸缩调节方法,包括如下步骤:①松开与所述导电杆机构(17)中的第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴成螺纹副连接的第一锁紧螺母(15a),使第一锁紧螺母(15a)的上端面与所述焊炬的电弧运动输出轴(11d)的下端面脱离接触、成解锁状态;

②旋动第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴,使以螺纹连接方式旋入的第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴的上端在所述电弧运动输出轴(11d)下部的中心孔内上缩或下伸;用外置式套筒形喷嘴机构(28)进行窄间隙或窄坡口多层焊接时,第一可伸缩导电杆或第一可伸缩导电嘴的每次内缩调节量近似等于前层焊缝的填充金属高度h0;

③反向旋动第一锁紧螺母(15a),使第一锁紧螺母(15a)的上端面与所述电弧运动输出轴(11d)的下端面成锁紧状态,实现所述导电杆机构(17)长度的可伸缩调节;

其中,所述可伸缩的导电杆机构(17)由上部带有外螺纹的第一可伸缩导电杆和与之下端相接的导电嘴构成,或直接由上部带有外螺纹的第一可伸缩导电嘴构成。

15.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述导电杆机构伸缩调节方法,包括如下步骤:①调节准备:松开与所述导电杆机构(17)中的第二可伸缩导电杆或第二可伸缩导电嘴上部的外螺纹成螺纹副连接的第二锁紧螺母(15d),使第二锁紧螺母(15d)的上端面与同样旋装在所述外螺纹段上的T型调节螺母(15c)的下端面脱离接触、成解锁状态;松开与所述焊炬的电弧运动输出轴(11d)下部的外螺纹成螺纹副连接的连接螺母(15b),使套装在所述连接螺母(15b)内的T型调节螺母(15c)上端与所述电弧运动输出轴(11d)的下端面脱离接触;

②调节实施:旋动所述T型调节螺母(15c),使以滑动方式插入的第二可伸缩导电杆或第二可伸缩导电嘴的扁形上端、在固定于所述电弧运动输出轴(11d)下部中心孔内的圆柱形或阶梯圆柱形定向轴套(11e)的腰形通孔内上缩或下伸;用外置式套筒形喷嘴机构(28)进行窄间隙或窄坡口多层焊接时,第二可伸缩导电杆或第二可伸缩导电嘴的每次内缩调节量近似等于前层焊缝的填充金属高度h0;

③调节结束:反向旋动并拧紧连接螺母(15b),并通过所述连接螺母(15b)下端的内凸肩压紧所述T型调节螺母(15c)的顶端翻边法兰下端面、使所述T型调节螺母(15c)的上端面与所述电弧运动输出轴(11d)的下端面之间成压紧状态后,反向旋动第二锁紧螺母(15d)、使第二锁紧螺母(15d)的上端面与所述T型调节螺母(15c)的下端面成锁紧状态,实现所述导电杆机构(17)长度的可伸缩调节;

其中,所述可伸缩的导电杆机构(17)由上部带有外螺纹的第二可伸缩导电杆和与之下端相接的导电嘴构成、或直接由上部带有外螺纹的第二可伸缩导电嘴构成,其外螺纹段为具有腰形横截面的扁形柱状体。

16.根据权利要求10所述的摇动/旋转电弧熔化极气体保护焊炬的使用方法,其特征在于,所述电弧摇动频率标定方法,包括如下步骤:①在电弧摇动角度的设定值范围内,左右往复慢速地转动通用型电磁式或光电开关式转速测速仪的测速轮或测速杆,并通过所述测速仪的声/光提示功能,在使测速开关位于所述电弧摇动角度所覆盖的转角范围内后,观测在一个完整的往复转动过程中所述测速开关的工作次数k;

或者,通过具有电弧摇动频率实时检测功能的现有摇动电弧焊炬、或通过采用所述光电开关装置(23)的摇动电弧焊炬,对所述测速仪进行摇动频率校准,以确定测速仪读数值与摇动频率实际值的比值k,其中k为不小于1的正整数;

②将所述测速轮或测速杆紧压在所述焊炬的电弧运动输出轴的侧面或底端面上,使测速开关位于电弧摇动角度所覆盖的转角范围内;通过所述焊炬的控制器,设定电弧摇动角度和两侧停留时间后,调节所述驱动电机的转速控制量,使所述驱动电机转动所述电弧运动输出轴、带动所述测速轮或测速杆同步往复转动;

③检测所述电弧运动输出轴的往复转动频率,当所述测速仪上的转动频率读数值达到电弧摇动频率期望值的k倍大小时,将当前电机转速控制量作为所述电弧摇动频率在所述控制器中的设定值或标定值,从而实现对所述电弧摇动频率的标定。