电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备及其方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备及其方法，包括送丝系统、焊接电源、磁场电源、铜衬垫系统、焊矩系统、电磁复合系统、数控系统；送丝系统为电磁直驱旋转伺服电机的转子与主送丝轮集成为一体，焊矩系统包括分成上下两部分的偏心导电嘴，电磁复合系统与焊炬系统的喷嘴和水冷系统集成为一体，铜衬垫系统为背面使用焊剂的气压式铜衬垫单面焊双面一次成型体系，本发明专利技术能够取消传统电机与送丝轮之间的机械传动环节，大幅度提高送丝稳定性和控制响应精度，消除了噪音、油污和振动，实现结构简单、体积小、稳定可靠、精密数控的双丝高速电磁复合埋弧焊单面焊双面成型高效焊接方法，可用于超大厚板的焊接制造。

Electromagnetic direct drive high speed double wire magnetic field composite flux copper gasket submerged arc welding equipment and method thereof

The invention discloses an electromagnetic direct drive high speed double wire magnetic field flux copper gasket submerged arc welding device and method, including wire feeding system, welding power source, magnetic field power supply, copper liner system, welding torch system, electromagnetic system, CNC system; rotor wire feeding system for electromagnetic direct drive rotary servo motor and the main wire feeding wheels are integrated, welding torch system is divided into two parts including the eccentric conductive mouth, electromagnetic system and torch nozzle and water cooling system are integrated, pressure type copper pad forming a single face welding system of copper liner system using the flux is back, the invention is capable of mechanical transmission links cancel the traditional motor and wire feeding wheel, greatly improve the feeding stability and control accuracy, eliminate noise, vibration and pollution, which has simple structure and small volume, stable Reliable, precise CNC double wire high speed electromagnetic submerged arc welding with one side welding and double sided forming. It can be used in welding of super heavy plate.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接领域，特别是一种电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接新型设备及其焊接方法。
技术介绍
随着我国经济的高速发展，在许多工业领域需要发展高速、高效和优质焊接技术 来满足国家建设的需要，同时相关学科科学与技术的进步，促使了现代焊接新方法不断出 现，焊接速度不断提高，焊接质量要求也随之提高，另外，可持续发展、环境保护对焊接技术 的要求也逐步提高。 埋弧焊接技术是目前我国应用于低合金高强钢、厚板、长板焊接最重要的焊接技术之一，在建筑、船舶、压力容器、电力、化工、重型机械等领域应用十分广泛。近年来，双丝 或多丝埋弧焊技术在上述领域的应用使得其焊接质量和焊接效率得到了很大的提高，开辟了一个新的焊接
但是，目前，传统的单丝、双丝或多丝埋弧焊接技术仍然存在不 少缺点 1)焊接接头力学性能，特别是冲击韧性有待提高； 2)焊接线能量限制严格，限制了多丝埋弧焊接技术的优势； 3)焊接工艺规范较狭窄； 4)双丝或多丝焊容易造成焊缝金属晶粒粗大，气孔、偏析、夹杂、咬边等缺陷较 多； 5)焊接速度和焊接效率也有待提高； 6)焊接材料，如焊剂、焊渣的环保问题突出； 7)由于采用涡轮蜗杆传动、齿轮减速等机构，使得焊枪和焊接设备笨重，体积庞大，多丝焊接设备结构复杂，影响了多焊丝的排布，不利于使用，操作困难。 因此，需要更进一步的完善和发展埋弧焊接设备和技术，特别是双丝埋弧焊接设备及焊接方法，以实现高效、优质、低成本的新型多丝埋弧焊接设备和技术的进步。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种厚板高效、优质、低成本双丝高 速、高效埋弧焊接设备和方法，以便突破传统埋弧焊接设备和方法的局限性，以及对焊接工 艺条件的苛刻要求，实现冲击性能良好，大电流、高速度、高效率、优质焊接接头的多丝埋弧 焊接。 有鉴于此，本专利技术采用电磁直驱伺服电机，通过取消送丝驱动电机与送丝系统之 间的涡轮蜗杆、齿轮减速等机械传动机构，实现电机与送丝轮之间的零传动，能够完成高速 送丝任务；在电磁复合场的作用实现电磁控制埋弧焊接过程，获得了大焊接电流使用条件 下电磁作用埋弧焊接的独特优点；同时，与焊剂铜衬垫单面焊双面成型高效焊接技术有机结合，实现焊缝正反面的优质成型，在数字电源和数控技术的支持下，实现了高效、优质、高速、低成本的双丝埋弧焊接设备及其新方法。 本专利技术解决其技术问题所采用的具体方案如下 电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，包括送丝系统、焊接电源、 磁场电源、焊剂铜衬垫系统、焊炬系统、电磁复合系统、数控系统。 进一步，所述送丝系统为焊丝I的电磁直驱旋转伺服电机I的转轴与主送丝轮I 集成为一体，由排列在下部的导向轮I和主送丝轮I构成的双副对完成送丝，焊丝II的电 磁直驱旋转伺服电机II的转轴与主送丝轮II集成为一体，由排列在上部的导向轮II和主 送丝轮II构成的双副对完成送丝； 所述焊炬系统包括偏心导电嘴I和偏心导电嘴II，偏心导电嘴I由上半部分和下 半部分构成，偏心导电嘴II由上半部分和下半部分构成； 所述电磁复合系统包括锥形励磁线圈、侧板、盖板、下入水口、上出水口、线圈线 口，电磁复合系统与焊炬系统的喷嘴、水冷系统集成为一体，通过励磁电源产生外加电磁场 作用焊接区域，控制焊接电弧和熔池，消除焊接过程中的电磁偏吹，提高焊接的接头整体质 所述焊剂铜衬垫系统包括充气软管、铜衬垫、衬垫焊剂，为放置于焊缝背面的气压 式焊剂铜衬垫系统，是在铜垫板上撒布厚度均匀的衬垫焊剂，并用压縮空气通入气管，把敷 好焊剂的铜垫板以一定的压力贴在焊缝的背面； 进一步，所述送丝系统的导向轮II与主送丝轮I排列在一起，同一根主轴，导向轮 I与主轴通过轴承连接，主送丝轮II与导向轮I排列在一起，同一根主轴，导向轮I与主轴 通过轴承连接，伺服电机I和伺服电机II上下排列，结构紧凑； 所述焊丝I和焊丝II共同完成焊接过程填充焊缝金属的功能； 所述导向轮I和导向轮II的导向槽表面是光滑的，而主送丝轮I和主送丝轮II的导向槽表面是粗糙的花纹纹路，有利于增大送丝摩擦力，提高送丝稳定性； 所述送丝系统包括夹紧机构和前导丝板，送丝轮和与之相对应的夹紧轮构成送丝轮副对，夹紧轮使焊丝与送丝轮紧密接触，确保焊丝能顺利送进，前导丝板伸出引导焊丝很方便的穿入焊丝导孔。 进一步，所述偏心导电嘴I的上半部分和下半部分通过内外螺纹连接，便于拆卸 和更换，上半部分和下半部分连接时有一定程度的偏心，形成了偏心导电嘴，保证了焊丝I 与导电嘴I的良好接触，而且上半部分较长，采用较便宜的铜合金材料，这样就节省了约一 半的昂贵的铬锆青铜材料，下半部分较短，采用导电性和耐磨性好的铬锆青铜材料，便于内 孔精加工，达到最佳的导电效果，导电夹I与偏心导电嘴I相连，独立为焊丝I提供焊接电 流； 所述偏心导电嘴II的上半部分和下半部分通过内外螺纹连接，便于拆卸和更换， 上半部分和下半部分连接时有一定程度的偏心，形成了偏心导电嘴，保证了焊丝II与导电 嘴II的良好接触，而且上半部分较长，采用较便宜的铜合金材料，这样就节省了约一半的 昂贵的铬锆青铜材料，下半部分较短，采用导电性和耐磨性好的铬锆青铜材料，便于内孔精 加工，达到最佳的导电效果，导电夹II与偏心导电嘴II相连，独立为焊丝II提供焊接电 流； 偏心导电嘴I通过绝缘定位支架I与焊枪主体相连，偏心导电嘴II通过绝缘定位 支架II与焊枪主体相连，绝缘定位支架I和绝缘定位支架II排列在一起，互相绝缘，偏心 导电嘴I和偏心导电嘴II之间也相互绝缘，保证了焊丝I和焊丝II之间的焊接电流相互 独立，互不干扰； 导电夹I和导电夹II选用黄铜做材料，焊接时产生电阻热较小，黄铜导电夹便于 加工且经济性较好； 导电嘴I和导电嘴II具有过渡锥孔，使过渡部位平滑，无过渡死拐角，使焊丝能一 次安装完成，工效高； 导电嘴I和导电嘴II中导电小孔的长度比一般的导电孔长度要长，保证了焊丝与 导电嘴的接触距离，提高了导电性能，有效地防止断电、电弧不稳和粘丝现象，同时提高了 导电嘴的抗磨性能，焊丝能提前进行电预热，有利于焊接。 进一步，所述电磁复合系统的励磁线圈为上大下小结构的锥形励磁线圈，产生中心小外围大的磁场，与焊接电流中心大而外围小的分布状态相适应，在焊接区域形成合理的电磁作用力，控制焊接电弧、焊接熔池、焊接冶金全过程，形成优质焊缝； 所述电磁复合系统由磁场电源提供励磁电流，产生正反方向交替变化、正反脉冲不等幅值、中心弱四周强的间隙交变极性的脉冲纵向旋转磁场； 所述电磁复合系统的励磁线圈浸泡在冷却介质中，并与冷却介质绝缘，冷却介质 从位于喷嘴下方的下入水口进入，从位于喷嘴上方的盖板的上出水口流出，这样保证喷嘴、 励磁线圈具有良好的冷却作用，适用于埋弧大电流焊接，同时结构紧凑、简单有效、工作可罪。 进一步，所述铜衬垫系统是焊剂铜衬垫单面焊双面成型的焊接系统，衬垫焊剂与 工件背面直接接触，衬垫焊剂下有铜衬垫，在充气软管的顶升支撑作用下，焊剂衬垫紧贴工 件背面，控制背面焊道的大小，特别是余高，使用大焊接电流，能形成背面焊道，而且对于坡 口精度及焊接条件的变化其允许范围也较宽容，焊接质量可靠。 —种电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，其特征在于：包括送丝系统、焊接电源、磁场电源、焊剂铜衬垫系统、焊炬系统、电磁复合系统、数控系统；所述送丝系统为焊丝Ⅰ（３３）的电磁直驱旋转伺服电机Ⅰ（１）的转轴与主送丝轮Ⅰ（５）集成为一体，由排列在下部的导向轮Ⅰ（７）和主送丝轮Ⅰ（５）构成的双副对完成送丝，焊丝Ⅱ（３４）的电磁直驱旋转伺服电机Ⅱ（２）的转轴与主送丝轮Ⅱ（１０）集成为一体，由排列在上部的导向轮ＩＩ（６）和主送丝轮Ⅱ（１０）构成的双副对完成送丝；所述焊炬系统包括偏心导电嘴Ⅰ和偏心导电嘴Ⅱ，偏心导电嘴Ⅰ由上半部分（１９）和下半部分（２０）构成，偏心导电嘴Ⅱ由上半部分（２１）和下半部分（２２）构成；所述电磁复合系统包括锥形励磁线圈（２８）、侧板（２７）、盖板（２５）、下入水口（３２）、上出水口（２６）、线圈线口（２９），电磁复合系统与焊炬系统的喷嘴（３１）、水冷系统集成为一体，通过励磁电源产生外加电磁场作用焊接区域，控制焊接电弧和熔池，消除焊接过程中的电磁偏吹，提高焊接的接头整体质量；所述焊剂铜衬垫系统包括充气软管（４０）、铜衬垫（３８）、衬垫焊剂（３９），为放置于焊缝背面的气压式焊剂铜衬垫系统，是在铜垫板上撒布厚度均匀的衬垫焊剂，并用压缩空气通入气管，把敷好焊剂的铜垫板以一定的压力贴在焊缝的背面；...

【技术特征摘要】
一种电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，其特征在于包括送丝系统、焊接电源、磁场电源、焊剂铜衬垫系统、焊炬系统、电磁复合系统、数控系统；所述送丝系统为焊丝I(33)的电磁直驱旋转伺服电机I(1)的转轴与主送丝轮I(5)集成为一体，由排列在下部的导向轮I(7)和主送丝轮I(5)构成的双副对完成送丝，焊丝II(34)的电磁直驱旋转伺服电机II(2)的转轴与主送丝轮II(10)集成为一体，由排列在上部的导向轮II(6)和主送丝轮II(10)构成的双副对完成送丝；所述焊炬系统包括偏心导电嘴I和偏心导电嘴II，偏心导电嘴I由上半部分(19)和下半部分(20)构成，偏心导电嘴II由上半部分(21)和下半部分(22)构成；所述电磁复合系统包括锥形励磁线圈(28)、侧板(27)、盖板(25)、下入水口(32)、上出水口(26)、线圈线口(29)，电磁复合系统与焊炬系统的喷嘴(31)、水冷系统集成为一体，通过励磁电源产生外加电磁场作用焊接区域，控制焊接电弧和熔池，消除焊接过程中的电磁偏吹，提高焊接的接头整体质量；所述焊剂铜衬垫系统包括充气软管(40)、铜衬垫(38)、衬垫焊剂(39)，为放置于焊缝背面的气压式焊剂铜衬垫系统，是在铜垫板上撒布厚度均匀的衬垫焊剂，并用压缩空气通入气管，把敷好焊剂的铜垫板以一定的压力贴在焊缝的背面；2. 根据权利要求1所述的电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，其特 征在于所述送丝系统的导向轮I1(6)与主送丝轮I(5)排列在一起，同一根主轴，导向轮 1(7)与主轴通过轴承连接，主送丝轮II(IO)与导向轮I(7)排列在一起，同一根主轴，导向 轮1(7)与主轴通过轴承连接，伺服电机I(l)和伺服电机I1(2)上下排列，结构紧凑；所述焊丝1(33)和焊丝11(34)共同完成焊接过程填充焊缝金属的功能； 所述导向轮I(7)和导向轮I1(6)的导向槽表面是光滑的，而主送丝轮I(5)和主送丝轮11(10)的导向槽表面是粗糙的花纹纹路，有利于增大送丝摩擦力，提高送丝稳定性； 所述送丝系统包括夹紧机构和前导丝板(12)，送丝轮和与之相对应的夹紧轮构成送丝轮副对，夹紧轮使焊丝与送丝轮紧密接触，确保焊丝能顺利送进，前导丝板(12)伸出引导焊丝很方便的穿入焊丝导孔。3. 根据权利要求1所述的电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，其特 征在于所述偏心导电嘴I的上半部分(19)和下半部分(20)通过内外螺纹连接，便于拆卸 和更换，上半部分(19)和下半部分(20)连接时有一定程度的偏心，形成了偏心导电嘴，保 证了焊丝1(33)与导电嘴I的良好接触，而且上半部分(19)较长，采用较便宜的铜合金材 料，这样就节省了约一半的昂贵的铬锆青铜材料，下半部分(20)较短，采用导电性和耐磨 性好的铬锆青铜材料，便于内孔精加工，达到最佳的导电效果，导电夹1(23)与偏心导电嘴 I相连，独立为焊丝1(33)提供焊接电流；所述偏心导电嘴II的上半部分(21)和下半部分(22)通过内外螺纹连接，便于拆卸和 更换，上半部分(21)和下半部分(22)连接时有一定程度的偏心，形成了偏心导电嘴，保证 了焊丝11(34)与导电嘴II的良好接触，而且上半部分(21)较长，采用较便宜的铜合金材 料，这样就节省了约一半的昂贵的铬锆青铜材料，下半部分(22)较短，采用导电性和耐磨 性好的铬锆青铜材料，便于内孔精加工，达到最佳的导电效果，导电夹11(24)与偏心导电 嘴II相连，独立为焊丝11(34)提供焊接电流；偏心导电嘴I通过绝缘定位支架1(16)与焊枪主体(18)相连，偏心导电嘴II通过绝缘定位支架11(17)与焊枪主体(18)相连，绝缘定位支架1(16)和绝缘定位支架11(17)排 列在一起，互相绝缘，偏心导电嘴I和偏心导电嘴II之间也相互绝缘，保证了焊丝I (33)和 焊丝11(34)之间的焊接电流相互独立，互不干扰；导电夹I和导电夹II选用黄铜做材料，焊接时产生电阻热较小，黄铜导电夹便于加工 且经济性较好；导电嘴I和导电嘴II具有过渡锥孔，使过渡部位平滑，无过渡死拐角，使焊丝能一次安 装完成，工效高；导电嘴I和导电嘴II中导电小孔的长度比一般的导电孔长度要长，保证了焊丝与导电 嘴的接触距离，提高了导电性能，有效地防止断电、电弧不稳和粘丝现象，同时提高了导电 嘴的抗磨性能，焊丝能提前进行电预热，有利于焊接。4. 根据权利要求1所述的电磁直驱高速双丝磁场复合焊剂铜衬垫埋弧焊接设备，其特 征在于所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗键，陈勇，罗乾，王颖，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]