包括在操作中相对于焊炬主体独立地移动、特别是枢转的接触焊嘴的用于焊接或包覆的焊炬制造技术

本申请涉及用于焊接或包覆的焊炬(110)和方法，其提供对焊炬(110)的接触焊嘴(250)的独立控制。焊炬或包覆焊炬(110)例如包含接触焊嘴(250)和枢轴(210)，其中接触焊嘴(250)耦接到枢轴(210)并被配置成提供焊丝(330)，所述焊丝(330)在焊接操作期间经由焊炬(110)被送给。接触焊嘴(250)和枢轴(210)被配置成在焊接操作期间围绕枢轴(210)独立地移动焊炬(110)的接触焊嘴(250)。

Including torches for welding or cladding that move independently relative to the torch body in operation, especially pivoted contact nozzles

This application relates to torches (110) and methods for welding or cladding, which provide independent control of contact nozzles (250) of torches (110). A torch or cladding torch (110) includes, for example, a contact nozzle (250) and a pivot (210), where the contact nozzle (250) is coupled to the pivot (210) and configured to provide a welding wire (330), which is fed through the torch (110) during the welding operation. Contact nozzles (250) and pivots (210) are configured to independently move contact nozzles (250) of torches (110) around pivots (210) during welding operations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括在操作中相对于焊炬主体独立地移动、特别是枢转的接触焊嘴的用于焊接或包覆的焊炬相关申请本国际申请主张2016年7月25日申请的名为“用于焊接应用中的焊丝往复装置(WireShuttleforUseinWeldingApplications)”的第15/218,959号美国专利申请的优先权。第15/218,959号美国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术介绍
许多重型设备制造包括明弧熔化极气体保护电弧焊(GMAW)工艺、埋弧焊(SAW)工艺和包覆工艺。串列多弧焊以及焊接类型的多种变化形式是所使用的高熔敷率焊接工艺的实例。串列多弧焊含有两个焊接电弧以提高熔敷率和焊接行进速度。然而，由于含有两个电弧，串列多弧焊遭遇到因保持电弧同时点燃的停机时间问题并且是不可靠的。此外，串列多弧焊遭遇以下问题：难以针对复杂接头几何结构从复杂且笨重工具前端编程、难以操作复杂的双焊丝输送设备并保持两个电弧稳定而不受干扰。通常，由于这些复杂性，串列多弧焊接系统的购买、维护和操作可能相当昂贵。另一高熔敷率工艺是埋弧焊(SAW)，但由于需要助焊剂覆盖，SAW局限于某些焊接位置(例如，最常见在平坦位置中)。SAW可通过单个电弧/焊丝或多个电弧/焊丝来执行。又一高熔敷率工艺是采用带有焊炬摆动和/或焊丝旋转的GMAW以及热焊丝与激光来进行的包覆。延长电极伸出、电极负极性、金属药芯焊丝和埋弧是可提高以耗材电极进行的电弧焊工艺的熔敷率的其它技术。需要高电流以在高熔敷率下提供焊丝的熔落。然而，高熔敷率单焊丝焊接的一个问题在于因旋转电弧金属转移所致的电弧不稳定性。例如电磁拧断力等金属转移力不能够使液体金属少量地分离，因此通过电弧压力形成局限于焊丝端部的不稳定或不可预测的旋转液股并且导致过量的飞溅物和工艺不稳定性。此外，用于高熔敷率单焊丝焊接的高电流可由于来自圆形焊丝的电弧的高能量密度分布而遭遇指状熔透问题。熔透轮廓可导致接头的根部被错过或在相对于接头的焊丝放置对准是关键的情形下进行零件装配。这可提高加工成本和零件尺寸控制成本以改进制造商的装配。此外，接头预备成本(例如，在焊接之前需要对接头进行精确激光加工)也可提高。最终，如果预焊接操作未被控制，那么可能危及焊缝质量。此外，用于高熔敷率单焊丝焊接的高电流可在接头的侧壁上遭遇强电弧凿孔，并且可在不存在填料金属的情况下使焊件表面熔化并剥落，随后又覆上，从而导致底切。在需要摆动电弧以补偿低劣的接头装配因此将电弧推向接头的侧壁时，此问题更加突出。电弧的侧对侧移动将可能侵蚀接头的侧壁，使其熔化，并留下凹坑，如果填料金属未能完全回填该凹坑的话。此外，取决于机器人的有效载荷容量和焊接工具的重量，整个焊炬主体的机器人摆动可具有接头可达性、编程复杂性和的最大摆动频率的局限性。在以热焊丝进行的直接二极管自由空间输送式激光包覆中，激光束线宽度可远宽于焊丝直径，例如，高达12mm。通过变焦均质机，可变长方形可增大到80mmx80mm。焊丝输送和激光头通常安装在同一机器人手臂上，从而使得难以不依赖激光器而通过机器人使焊丝熔敷如激光器那样宽地摆动和分散以出于效率而增大与激光器匹配的熔敷刈幅。
技术实现思路
提供包含用于焊接应用中的焊丝往复系统的焊接系统的设备、系统和方法，实质上如附图中的至少一幅所图示和/或结合附图中的至少一幅所描述，如权利要求书中更全面地阐述。附图说明图1示出根据本公开的焊接系统的实施例。图2示出根据本公开的焊接系统的另一实施例。图3示出根据本公开的焊炬的实施例的一部分。图4示出根据本公开的电机组件的实施例。图5示出根据本公开的焊炬主体的实施例。具体实施方式提供用于焊接系统的设备、系统和方法的一些实施例，其中所述焊接系统提供用于焊接应用中的焊丝往复系统。提供用于焊接系统的设备、系统和方法的一些实施例，其中所述焊接系统提供对焊炬的接触焊嘴的独立控制。当焊炬在第一方向上移动时，焊炬的接触焊嘴可例如在第二方向和第三方向上移动。在一些实施例中，第二方向或第三方向处于与第一方向相同的方向上。在一些实施例中，第二方向和第三方向不处于与第一方向相同的方向上。用于焊接应用中的焊丝往复系统的设备、系统和方法的一些实施例提供单焊丝解决方案，作为双焊丝解决方案的替代。使用单焊丝解决方案的焊接系统的一些实施例不仅提供高于常规单电弧的熔敷率，也提供高质量的焊缝和稳定的焊接工艺。通常，当焊丝速度显著增大以增大熔敷率时，焊接电流必须显著增大以增大与送丝速率相当的熔落速率，这可产生与旋转喷射转移相关联的不稳定性以及因高功率密度所致的侧壁的凿孔。以极大直径金属焊丝(单个焊丝)和旋转电弧(单个焊丝)进行的最近作业全部遭遇相同的功率密度局限性。然而，串列焊接电弧的双极能量密度分布(即，两个电弧之间的3/4"到1"的间隔)可防止导致工件上的底切以及旋转喷射工艺不稳定性的单个高电流电弧的极高功率密度。使用单焊丝解决方案的焊接系统的一些实施例提供在空间分布和热分布上与串列电弧类似的单个焊丝的电弧能量分布，以使得侧壁上的有效的高功率密度可具有极小凿孔效果。这可需要焊丝的更大的移动以使热较广地散布。关于间距，移动可以大致上是电弧圆锥的底部宽度。关于频率，其可高于5Hz的机器人摆动频率并且可能高于来自旋转电弧焊炬的80Hz的旋转频率。一些实施例预期，代替从机械设计角度来说方便的旋转运动，焊丝以锯齿形运动移动以沿着焊接行进轴线而将热分散出去，而切割到侧壁中的风险较低。焊炬主体内的锯齿形运动机构移动使焊丝移动的部件，而不移动焊炬主体。这与机器人进行的所谓的“轴向摆动”的区别之处可在于，由于要克服的惯性较小，摆动频率可比4到5Hz高得多；高速摆动并未由机器人执行，因此延长机器人电机寿命；较固定的焊炬主体(沿着焊接轴线行进但不摆动)提供较好的接头可达性；并且焊丝锯齿形运动可与来自焊接设备的焊接工艺控制一起作为协同焊接工艺的一部分，从而使得机器人编程较容易并使协同焊接工艺机器人不可知。由于冲程的两端的方向改变，锯齿形运动可也依赖于来自焊丝运动的方向改变的惯性，以使液体与焊丝的端部分离，因此使旋转喷射电弧金属转移变得稳定。图1示出根据本公开的焊接系统的实施例，其中操作员100正握住用于焊接应用(例如，高熔敷率焊接应用)中的焊炬110(例如，焊枪)。焊炬110经由焊接电缆130而耦接到电力供应器120。在一些实施例中，焊接电力供应器120和焊接电缆130将电力、保护气体和/或焊丝从未示出的电源、气体源和送丝机提供到焊炬110。焊接电力供应器120也电连接到工件140。图2示出根据本公开的自动焊接系统的实施例，其中机器人手臂150握住焊炬110。参照图2，自动焊接系统包含焊接电力供应器160、气体源170、用于焊丝卷轴(未示出)的卷轴支撑件180以及侧梁190，其中焊炬托架150搁置在侧梁190上。图3示出焊炬110的实施例的一部分，其中焊炬110可如同图1由操作员握住，与机器人手臂一体形成和/或由机器人手臂握住，或如同图2与焊炬托架150一体形成和/或由焊炬托架150握住。参照图3，焊炬110包含鹅颈管200、例如枢轴或枢转点210等旋转中心、枢轴支撑构件220、气体扩散器240、接触焊嘴250、气体喷嘴260和电机组件280。在一些实施例中，电机组件28本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊炬，包括：枢轴支撑构件，所述枢轴支撑构件接纳接触焊嘴，其中所述枢轴支撑构件被配置成在焊接操作期间围绕枢转点而独立地移动所述接触焊嘴。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.25 US 15/218,9591.一种焊炬，包括：枢轴支撑构件，所述枢轴支撑构件接纳接触焊嘴，其中所述枢轴支撑构件被配置成在焊接操作期间围绕枢转点而独立地移动所述接触焊嘴。2.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬被配置成经由所述接触焊嘴而提供焊丝。3.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成自动地移动所述接触焊嘴以形成摆动焊接图案。4.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成自动地移动所述接触焊嘴以形成直列摆动焊接图案。5.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成自动地移动所述接触焊嘴以形成锯齿形焊接图案。6.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬包含耦接到所述枢轴支撑构件的气体扩散器，并且其中所述气体扩散器和所述枢轴支撑构件被配置成在所述焊接操作期间独立于所述焊炬而移动所述接触焊嘴。7.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬被配置成在所述焊接操作期间由操作员用手握住，并通过所述操作员在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成在所述焊接操作期间在第二方向和第三方向上移动所述接触焊嘴。8.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬被配置成在所述焊接操作期间由操作员用手握住，并通过所述操作员在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成在所述焊接操作期间在所述第一方向和第二方向上移动所述接触焊嘴。9.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬是机器人焊接系统的一部分，其中所述焊炬被配置成通过所述机器人焊接系统的机器人手臂在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成在所述焊接操作期间在第二方向和第三方向上移动所述接触焊嘴。10.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述焊炬是机器人焊接系统的一部分，其中所述焊炬被配置成通过所述机器人焊接系统的机器人手臂在所述焊接操作期间在第一方向上移动，并且其中所述枢轴支撑构件被配置成在所述焊接操作期间在所述第一方向和第二方向上移动所述接触焊嘴。11.根据权利要求1所述的焊炬，其中所述接触焊嘴耦接到移动所述接触焊嘴的电机组件，并且其中所述电机组件包含电机和以下各者中的一个或更多个：...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·徐，
申请(专利权)人：伊利诺斯工具制品有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US