一种窄间隙焊枪及其制备方法技术

本发明专利技术属于窄间隙焊接技术领域。为了解决采用常规窄间隙焊枪进行窄间隙焊接操作时，由于保护气体容易出现涡流而卷入空气导致焊接接头质量低的问题，本发明专利技术提出了一种窄间隙焊枪。该窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体，枪体包括焊前单元、焊接单元和焊后单元；其中焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道，焊接单元设有送丝通道和喷嘴，焊后单元设有第三保护气体通道；第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，第三保护气体通道的出口指向焊缝设置。本发明专利技术的窄间隙焊枪，可以有效避免保护气体将空气卷入焊接区域，保证焊接接头质量。

A narrow gap welding gun and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种窄间隙焊枪及其制备方法
本专利技术属于窄间隙焊接设备
，具体涉及一种窄间隙焊枪及其制备方法。
技术介绍
窄间隙焊接(narrowgapwelding，NGW)主要是应用在厚板焊接，在焊接前，焊接接口位置不开坡口或者小角度坡口，并留有窄而深的间隙。采用熔化气体保护焊的方法将整条焊缝高效率焊接。窄间隙焊接具有以下优点：较窄的焊缝可以大幅度减少填充金属的用量，降低原材料成本；焊接热输入量低，热影响区较窄，焊接接头力学强度性能好；变形小，残余应力小，机械性能优良，形状易控制；生产效率高，当板厚为100mm时，窄间隙焊接比传统方法的埋弧焊生产效率高出50％，当板厚超过200mm时，窄间隙焊接比埋弧焊生产效率高出2.5倍。基于上述优点，使得窄间隙焊接技术受到各国焊接专家的高度关注，如今窄间隙焊接在制造业得到广泛应用。然而，在实际窄间隙焊接操作的过程中发现，如果选用常规圆形结构的普通焊枪，则可能会由于枪体为圆柱形结构且直径尺寸过大而无法直达有效焊接位置，这样不仅导致保护气体在到达焊接位置前就出现发散，使气体保护效果大幅度降低，而且可能根本无法进行有效的窄间隙焊接操作；如果选用薄而高的常规窄间隙焊枪进行焊接操作，就可以利用扁平的枪体部分将保护气体有效输送至焊接位置，但却又发现位于焊接前端位置的高速保护气体与焊缝底部接触时极易形成涡流而将外界空气卷入，影响焊接接头的质量。
技术实现思路
为了解决采用常规窄间隙焊枪进行窄间隙焊接操作时，由于保护气体输出后容易形成涡流而卷入空气导致焊接接头质量差的问题，本专利技术提出了一种窄间隙焊枪。该窄间隙焊枪，包括平板型结构的枪体，所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元；其中，所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道，所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴，所述焊后单元设有第三保护气体通道；所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。优选的，该窄间隙焊枪的枪体为分体式结构，所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元采用可拆卸式连接。优选的，所述第三保护气体通道设有多个出口，并且沿焊接方向依次分布设置。优选的，所述第三保护气体通道的出口截面积大于其进口截面积。进一步优选的，所述第三保护气体通道的出口向焊后方向倾斜设置。一种用于制备上述窄间隙焊枪的制备方法，其中采用激光选区熔化的方法对窄间隙焊枪的枪体部分进行制备，具体步骤如下：步骤S1，进行枪体部分的三维结构设计，并且完成相应的切片工作和路径规划；步骤S2，将步骤S1中获得的枪体三维结构导入至激光选区熔化设备中，并且完成对激光选区熔化设备的装粉、调平以及开启保护气体和激光器等准备工作；步骤S3，根据步骤S1中指定的切片和路径规划，依次进行铺粉和激光扫描操作，完成对枪体结构的制备。优选的，在所述步骤S3进行枪体的制备过程中，对制备过程进行质量检测和控制，其中针对单层激光选区熔化操作过程中的质量检测和控制步骤如下：步骤S31，完成单层铺粉操作后，对铺粉区域进行图像采集，获取铺粉图像；步骤S32，对获取的铺粉图像进行分析，获得铺粉图像范围内的不均匀铺粉面积；当不均匀铺粉面积低于设定值时，对铺设的粉末进行激光扫描处理，当不均匀铺粉面积等于或高于设定值时，对铺设的粉末进行铺粉修复处理，直至铺粉面积低于设定值为止；步骤S33,对激光扫描粉末的过程进行声发射信号采集，并对声发射信号进行记录分析，获取激光扫描过程中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置，其中该扫描缺陷位置以时间和扫描轨迹作为参考进行坐标确定；步骤S34，完成粉末的激光扫描操作后，对扫描区域进行图像采集，获取扫描图像，对扫描图像进行分析获取通过图像采集确定的扫描缺陷位置；步骤S35，对步骤S33中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置和步骤S34中通过图像采集确定的扫描缺陷位置进行比对；当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围时，则进行下一层的铺粉操作，当通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差在设定值范围以内时，则判定该位置存在激光扫描缺陷，对该位置进行修复和再检测处理，直至修复过程中没有通过声发射信号确定扫描缺陷位置或没有通过扫描图像确定扫描缺陷位置，再或者是通过声发射信号确定的扫描缺陷位置与通过扫描图像确定的扫描缺陷位置之间的坐标差超出设定值范围。进一步优选的，在所述步骤S32中，首先采用threshold函数对获得的铺粉图像进行处理，使图像颜色被二值化，然后对图像中的像素进行计算，获得图像中黑色区域面积即为不均匀铺粉面积。进一步优选的，在所述步骤S33中，首先以计算机数据处理为基础，以机器学习为建模工具，搭建适合声音信号分类的数学模型，然后利用数学建模对获取的声发射信号进行分析；其中，采用快速傅里叶变换对不同频域段的声波幅值进行提取，将各频域段的平均幅值作为特征提取，同时采用小波分析方法对声发射信号进行过滤、分层以及能量熵特征提取，采用logistic回归，决策树，贝叶斯网络对信号的特征值层厚分类，以试验所得的“信号—层厚”信息作为机器学习数据，训练集不得低于200组，要求数据离散度大；在完成模型的数学建模后，再次采集声发射信号，将所采集到的声发射信号进行特征提取，转换成平均幅值和能量熵，并输入数学模型进行验证，数学模型最终结果采用加权投票的方式确定，若数学模型准确率高于90％以上方可使用该数学模型。进一步优选的，在所述步骤S34中，首先采用threshold函数对获得的扫描图像进行处理，使图像颜色被二值化，然后对图像中的像素进行计算，获得图像中缺陷区域的面积、形状和坐标位置。本专利技术的窄间隙焊枪与常规窄间隙焊枪相比较，具有以下有益效果：1、在本专利技术的窄间隙焊枪中，通过在焊前单元的最前端位置设置指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系的第一保护气体通道进行焊前保护气体的输出，这样利用第一保护气体通道输出的焊前保护气体可以形成气体隔膜，避免由第二保护气体通道输出的焊前保护气体形成涡流而卷入空气，从而有效解决了将空气卷入焊接区域的问题，达到了提高保护气体对焊接的保护效果以及由此获得的焊接接头质量。2、在本专利技术的窄间隙焊抢中，通过将组成焊枪的焊前单元、焊接单元和焊后单元设计为分体式结构，不仅可以实现单个单元的标准化生产制造，降低制造成本，而且在使用过程中还可以对个别单元进行快速拆装更换，调整窄间隙焊枪的结构形式，从而满足不同工况的使用。3、在本专利技术中，通过引入声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法，实现了对铺粉和激光扫描过程中的远程实时缺陷检测，这样不仅在单层激光选区熔化操作过程中就能够及时发现缺陷问题并直接快速修复处理，避免制备过程中的缺陷问题被覆盖忽略而导致最终成型产品的质量不合格以及由此将整个产品报废处理的浪费问题，从而提高激光选区熔化操作的效率和质量保证，而且在激光扫描过程中，利用声信号缺陷检测方法和图像缺陷检测方法之间的比对验证，可以大大提高对缺陷的判断精度和效率，保证采用激光选区熔化方法进行窄间隙焊枪制备的效率和质量。附图说明图1为本实施例中窄间隙焊枪的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄间隙焊枪，其特征在于，该窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体，所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元；其中，所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道，所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴，所述焊后单元设有第三保护气体通道；所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。

【技术特征摘要】
1.一种窄间隙焊枪，其特征在于，该窄间隙焊枪包括平板型结构的枪体，所述枪体包括沿焊接方向依次分布的焊前单元、焊接单元和焊后单元；其中，所述焊前单元设有第一保护气体通道和第二保护气体通道，所述焊接单元设有送丝通道和喷嘴，所述焊后单元设有第三保护气体通道；所述第一保护气体通道的出口指向焊前方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第二保护气体通道的出口指向焊后方向并且与竖直方向成锐角关系，所述第三保护气体通道的出口指向焊缝位置。2.根据权利要求1所述的窄间隙焊枪，其特征在于，该窄间隙焊枪的枪体为分体式结构，所述焊前单元、所述焊接单元和所述焊后单元采用可拆卸式连接。3.根据权利要求1所述的窄间隙焊枪，其特征在于，所述第三保护气体通道设有多个出口，并且沿焊接方向依次分布设置。4.根据权利要求3所述的窄间隙焊枪，其特征在于，所述第三保护气体通道的出口截面积大于其进口截面积。5.根据权利要求4所述的窄间隙焊枪，其特征在于，所述第三保护气体通道的出口向焊后方向倾斜设置。6.一种用于制备上述窄间隙焊枪的制备方法，其特征在于，采用激光选区熔化的方法对窄间隙焊枪的枪体部分进行制备，具体步骤如下：步骤S1，进行枪体部分的三维结构设计，并且完成相应的切片工作和路径规划；步骤S2，将步骤S1中获得的枪体三维结构导入至激光选区熔化设备中，并且完成对激光选区熔化设备的装粉、调平以及开启保护气体和激光器等准备工作；步骤S3，根据步骤S1中指定的切片和路径规划，依次进行铺粉和激光扫描操作，完成对枪体结构的制备。7.根据权利要求6所述的窄间隙焊枪制备方法，其特征在于，在所述步骤S3进行枪体的制备过程中，对制备过程进行质量检测和控制，其中针对单层激光选区熔化操作过程中的质量检测和控制步骤如下：步骤S31，完成单层铺粉操作后，对铺粉区域进行图像采集，获取铺粉图像；步骤S32，对获取的铺粉图像进行分析，获得铺粉图像范围内的不均匀铺粉面积；当不均匀铺粉面积低于设定值时，对铺设的粉末进行激光扫描处理，当不均匀铺粉面积等于或高于设定值时，对铺设的粉末进行铺粉修复处理，直至铺粉面积低于设定值为止；步骤S33,对激光扫描粉末的过程进行声发射信号采集，并对声发射信号进行记录分析，获取激光扫描过程中通过声发射信号确定的扫描缺陷位置，其中该扫描缺陷位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞华，杨天雨，屈岳波，路超，肖梦智，栗子林，李志慧，王志鹏，柴旭天，邱桥，
申请(专利权)人：阳江市普瑞德增材制造研究院有限公司，阳江市五金刀剪产业技术研究院，阳江市高功率激光应用实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44