一种等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬制造技术

本发明专利技术属于焊接设备技术领域，涉及将等离子弧与MIG电弧进行复合的焊炬。该复合焊炬包括等离子发生器、脉冲MIG焊枪、焊枪支架、焊枪支座、保护气罩、齿条、齿条支撑架、连接板、步进电机、控制系统、电流信号采集器；焊枪支架上安装有卡箍，等离子发生器通过卡箍固定在焊枪支架上；齿条支撑架固定在焊枪支架上；脉冲MIG焊枪通过连接板与齿条相连；步进电机上自带齿轮，驱动齿条；等离子发生器和脉冲MIG焊枪的下端穿过焊枪支座；焊枪支座和焊枪支架之间通过支架筋板固定；焊枪支座下方接有保护气罩，其上设有保护气接口；电流信号采集器与控制系统连接，控制系统与步进电机连接。本发明专利技术的复合焊炬能够实现稳定、高效、优质的复合焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬
本专利技术属于焊接设备
，具体涉及一种将等离子弧与MIG电弧进行复合的焊炬。
技术介绍
等离子弧是近代发展起来的一种高能束，它是通过等离子发生器压缩自由电弧，形成的高温、高电离度和高能量密度的电弧。等离子弧焊接，具有能量密度高、热量集中的特点，因此熔深较大，焊缝热影响区小，易得到高质量的焊缝成形和组织。1972年，荷兰Philips研究实验中心的W.G.Essers和A.C.Liefkens等人首次提出了等离子-MIG复合热源焊接方法。其主要思想是将等离子焊与熔化极气体保护焊结合，让焊丝进入等离子弧，并在等离子弧内引燃MIG电弧。这种复合属于“同轴式”等离子-MIG复合，应用的焊枪包括“偏置钨极式”和“喷嘴式”。而在1995年，乌克兰巴顿焊接研究所研制出了旁轴式等离子-MIG复合焊接设备，它的主要思想是等离子弧在前形成匙孔，MIG电弧在后填充焊丝，焊丝在两电弧热量的共同作用下熔化，形成熔滴进入熔池。相比于同轴式等离子-MIG复合焊接设备，该焊接方法具有设备相对简单，熔深大，焊接效率更高的优势。但是由于两个电弧处于并列位置，所以会出现相互干扰的现象，一般MIG电弧会对等离子弧产生拖拽，减少熔深。原巴顿焊接研究所的IGOR博士所带领的团队提出来“softstart”引弧专利，但只是消除了在引弧过程中所产生的电磁干扰，增加了等离子电极的寿命，在电弧干扰方面并没发挥作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服旁轴式等离子-MIG复合焊接技术中电弧相互干扰的不足和局限，提供一种将等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬，包括等离子发生器、脉冲MIG焊枪、焊枪支架、支架筋板、卡箍、焊枪支座、保护气罩、保护气接口、齿条、齿条支撑架、连接板、步进电机、控制系统、电流信号采集器；焊枪支架上安装有卡箍，等离子发生器通过卡箍固定在焊枪支架上；齿条支撑架固定在焊枪支架上，齿条从齿条支撑架中穿过，脉冲MIG焊枪通过卡箍固定在连接板上，连接板与齿条相连；步进电机上自带齿轮，与齿条啮合，驱动齿条；等离子发生器和脉冲MIG焊枪的下端穿过焊枪支座，并受到焊枪支座的约束；焊枪支座和焊枪支架之间通过支架筋板固定；焊枪支座下方接有保护气罩，保护气罩上设有保护气接口；电流信号采集器与控制系统连接，控制系统与步进电机连接。卡箍通过内置螺钉分别与焊枪支架和连接板连接，并可自由旋转。通过卡箍，等离子发生器和MIG焊枪均可自由调节姿态。焊枪支座上设有一个孔和一个长槽，等离子发生器穿过孔，而MIG焊枪穿过长槽并可以在长槽内移动。长槽上覆盖风琴状保护罩，可以防止保护气外泄。在本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬中，采用步进电机和齿轮传动方式实现MIG焊接模块的往复移动。步进电机可以通过改变脉冲频率来调速，能够快速起动、反转和制动，稳定可靠。精加工能够消除齿轮之间的啮合间隙，可以实现精确的正反转。在本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬中，等离子弧和MIG电弧之间的最大距离应不超过20mm，最小距离应不小于1mm。稳定焊接过程中，MIG电弧的移动距离大小范围为0~10mm，移动频率为0~200Hz。在本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬中，控制系统可以采用单片机、PLC控制器。在本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬中，等离子发生器采用直流正接方式，MIG焊枪的电流模式以及接法根据焊件材料及其他相关条件来设定，范围较宽。本专利技术等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬的一个技术核心是等离子弧与脉冲MIG的复合。脉冲MIG焊接方法具有较宽的电流调节范围，在工作电流范围内包括了从短路过渡到射流过渡所有的电流区域，同时适用于薄板和厚板的焊接。另外，采用脉冲MIG焊接时，由于平均电流较小，因而熔池体积小，加上熔滴过渡和熔池金属的加热都是间歇性的，所以不易发生流淌，所以可以将等离子-MIG复合焊接方法应用于全位置焊接。此外，由于脉冲MIG焊接可以有效地控制热输入量，所以可以改善接头的性能，对于热敏感材料也同样适用。总的来说，脉冲MIG与等离子弧的复合很大程度地扩大了等离子-MIG复合焊接的应用范围，同时还可以得到性能更好的焊接效果。本专利技术等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬的另一个技术核心是MIG焊枪的智能移动。即启弧时，MIG电弧与等离子电弧间的距离为最大，两电弧都稳定燃烧后，MIG电弧开始移动：当电流处于脉冲基值时，MIG电弧会向等离子弧靠近，此时电弧之间影响较小，等离子弧对焊丝产生预热作用；当电流处于脉冲峰值时，MIG电弧会做远离等离子弧的运动，等离子弧的预热作用减弱。如此交替往复，实现焊接过程的稳定进行。MIG电弧的智能移动可以尽可能降低两个电弧之间的影响，从而使得焊接过程更加稳定。同时，由于MIG焊枪以脉冲频率前后移动，在惯性的作用下可以促进熔滴过渡。另外，脉冲电弧本来就有加强熔池搅拌的作用，在本专利技术中，移动的脉冲电弧的熔池搅拌能力会更强，所以可以有效改善熔池冶金性能、细化晶粒以及消除气孔，实现稳定、高效、高质量的焊接。本专利技术等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬的第三个技术核心是利用电流信号采集器来采集MIG电弧的电流信号，然后通过控制系统来控制步进电机，利用齿条传动来实现MIG焊枪的往复移动。步进电机可以通过改变脉冲频率来调速，能够快速起动、反转和制动，稳定可靠。精加工能够消除齿轮之间的啮合间隙，可以实现精确的正反转。这是MIG焊接模块有效移动的关键。本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬，通过控制系统实现MIG电弧的智能移动，减小等离子弧和MIG电弧间的电磁影响，从而使得焊接过程更加稳定。同时由于MIG焊枪以脉冲频率前后移动，在惯性的作用下可以促进熔滴过渡。另外，MIG电弧的前后移动也可以提升其对熔池的搅拌能力，能够改善熔池冶金性能、细化晶粒以及消除气孔等，实现稳定、高效、优质的复合焊接。附图说明图1是本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬进行详细的说明。如图1所示，本专利技术的等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬，包括等离子发生器5、脉冲MIG焊枪15、焊枪支架3、支架筋板12、卡箍4、焊枪支座13、保护气罩16、齿条8、齿条支撑架7、连接板6、步进电机9、控制系统11、电流信号采集器10；焊枪支架3上安装有卡箍4，等离子发生器通5过卡箍4固定在焊枪支架3上；齿条支撑架7固定在焊枪支架3上，齿条8从齿条支撑架7中穿过，脉冲MIG焊枪15通过卡箍固定在连接板6上，连接板6与齿条8相连；步进电机9上自带齿轮，与齿条8啮合，驱动齿条；等离子发生器5和脉冲MIG焊枪15的下端穿过焊枪支座13，并受到焊枪支座13的约束；焊枪支座13和焊枪支架3之间通过支架筋板12固定；焊枪支座13下方接有保护气罩16，保护气罩16上设有保护气接口14。等离子发生器5与等离子电源1连接。脉冲MIG焊枪15与MIG焊接电源2连接。电流信号采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬，其特征在于：包括等离子发生器、脉冲MIG焊枪、焊枪支架、支架筋板、卡箍、焊枪支座、保护气罩、保护气接头、齿条、齿条支撑架、连接板、步进电机、控制系统、电流信号采集器；焊枪支架上安装有卡箍，等离子发生器通过卡箍固定在焊枪支架上；齿条支撑架固定在焊枪支架上，齿条从齿条支撑架中穿过，脉冲MIG焊枪通过卡箍固定在连接板上，连接板与齿条相连；步进电机上自带齿轮，与齿条啮合，驱动齿条；等离子发生器和脉冲MIG焊枪的下端穿过焊枪支座，并受到焊枪支座的约束；焊枪支座和焊枪支架之间通过支架筋板固定；焊枪支座下方接有保护气罩，保护气罩上设有气管接口；电流信号采集器与控制系统连接，控制系统与步进电机连接。

【技术特征摘要】
1.一种等离子弧与MIG电弧距离可调式智能复合焊炬，其特征在于：包括等离子发生器、脉冲MIG焊枪、焊枪支架、支架筋板、卡箍、焊枪支座、保护气罩、保护气接口、齿条、齿条支撑架、连接板、步进电机、控制系统、电流信号采集器；焊枪支架上安装有卡箍，等离子发生器通过卡箍固定在焊枪支架上；齿条支撑架固定在焊枪支架上，齿条从齿条支撑架中穿过，脉冲MIG焊枪通过卡箍固定在连接板上，连接板与齿条相连；步进电机上自带齿轮，与齿条啮合，驱动齿条；等离子发生器和脉冲MIG焊枪的下端穿过焊枪支座，并受到焊枪支座的约束；焊枪支座和焊枪支架之间通过支架筋板固定；焊枪支座下方接有保护气罩，保护气罩上设有保护气接口；电流信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，纪昂，高丙路，邹俊，邹华进，张文杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，威海东海船舶修造有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37