专利名称：步进式电弧螺柱焊枪的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域中的电弧螺柱焊设备，特别涉及一种步时式电弧螺柱焊枪。
背景技术：
电弧螺柱焊一种电弧焊接的方法。在焊接过程中，螺柱和焊件的接触表面被在它们之间引燃的电弧加热和熔化，然后快速挤压在一起形成焊缝。其焊接过程大致可以分为5个步骤1)焊枪夹持螺柱置于工件上，同时给螺柱施加预压力；2)此时刻扣动螺柱焊枪的开关，焊枪内的电磁线圈通电提升螺柱，同时焊接电源接通，螺柱和工件之间引弧；3)在提升位置，电弧扩展到螺柱整个端面，螺柱端面部分熔化，同时电弧热使得下方工件熔化形成熔池；4)焊接时间到，电磁线圈掉电，在焊枪弹簧的作用下，螺柱被快速压入熔池，同时焊接电流终止；5)焊接结束，去掉陶瓷保护圈，形成一个完成的焊接接头。其中引弧、电弧燃烧时间和挤压过程是自动控制的。完成电弧螺柱焊焊接过程的设备包括焊接电源、焊接控制器和电弧螺柱焊枪。电弧螺柱焊枪是电弧螺柱焊设备中实现焊接的直接执行机构，其工作过程依次为预压-提起引弧-保持-送下完成焊接。焊枪有手提式和固定式两种，主要结构和工作原理是相同的。从电弧螺柱焊发明到现在，焊枪的结构基本延续了最早的设计原理，改进的只是外形及技术参数。传统电弧螺柱焊枪的主体是电磁线圈和弹簧结构，焊接过程的实现主要是由线圈的通断电和弹簧的压缩、释放来完成。如上所述，在电弧螺柱焊焊接过程中，开始的时候，焊枪夹持螺柱置于工件上并进行预压，弹簧压缩一定距离，这段距离就是最后螺柱送下的距离，这段长度的控制通常是通过其它焊接辅助设备完成；焊接开始的时候，扣动焊枪开关，电磁线圈通电，使得动铁心产生向上的运动，螺柱也随之提起，螺柱和工件间在焊接电流的作用下起弧；持续一段时间后，电磁线圈断电，在弹簧弹力的作用下，螺柱送下至工件上的焊接熔池，完成焊接。需要指出的是，螺柱的提起高度由动铁心即焊枪活动部件和定铁心之间预留的间隙决定，属于机械调节，根据不同的焊接工艺在焊接开始之前就已完成设定。传统的线圈弹簧式电弧螺柱焊枪具有机械结构简单，易于操作控制的优点，因而得到了广泛的应用。然而从焊接参数设置以及焊接过程控制等方面考虑，传统电弧螺柱焊枪存在着一些不足之处1)焊接前弹簧预压距离和螺柱提起高度由焊枪的机械结构调节，调节焊枪定铁心通常为手动调节，难于实现焊枪操作的自动化，同时在调节结构精度不高的情况下，容易产生较大的随机误差。焊接结束时螺柱的送下深度由弹簧的预压距离决定，不具备焊接过程中即时调节的能力，在螺柱或工件表面烧损严重的情况下，有可能出现送下深度不够的情况，影响了焊接质量。另外，焊枪的提起高度和送下深度的调节范围也不能在很大范围内变化；2)螺柱提起速度和送下速度决定于焊枪的自身特性，不易调节。螺柱提起速度和送下速度是电弧螺柱焊焊接过程中两个很重要的参数，提起速度对引弧过程至关重要，一个合适的提起速度保证了焊接电弧的正常引燃。而送下速度更是在很大程度上影响着焊接接头的质量，送下速度太快，容易产生熔池金属飞溅；3)线圈弹簧式电弧螺柱焊枪在焊接过程中无法进行弧长调节，这是传统焊枪本身结构和焊接过程特性决定的。弧长调节是指在焊接过程中，自动或手动调整焊枪和工件之间的距离，使得两者之间的距离保持在一个理想的长度范围，弧长调节的意义在于最终保证焊接质量的可靠。对于一些加工精密、焊接结构简单的工程应用，弧长问题并非一个影响焊接质量的重要因素。但是在一些比较特殊的应用场合，如电弧螺柱焊在建筑钢结构的应用中，弧长问题就显得很突出。钢结构的电弧螺柱焊通常分为非穿透焊和穿透焊工艺。非穿透焊的应用很成熟，质量问题很少，穿透焊因为其焊接结构的影响，导致了焊接质量不稳定。由于钢结构上压型板的铺设，使得焊接难度加大。为了提高效率，实际操作中都采用穿透焊。而压型板上和钢结构件之间的间隙大小不一，而且无法精确测定，这将会影响焊接前制定的工艺。在实际的焊接过程中，很可能出现弧长在压型板烧穿后剧烈变化导致输入能量的不足，同时间隙变化可能会使得螺柱送下深度不够，这些都将导致焊接质量降低。此种情况下，焊接过程中弧长调节就变得非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制精确，灵活、容易实现自动化且弧长可自动调节的步进式电弧螺柱焊枪。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括机架以及设置在机架上端的步进电机，其特点是，在步进电机的轴上固定有丝杠，丝杠上螺纹连接有传动螺母，传动螺母与套装在机架导杆上的导向板固定为一体，且在传动螺母的下端还设置有装夹待焊螺柱的夹具。
本发明的另一特点是丝杠上还套装有采用圆锥滚子轴承的保护装置；夹具和传动螺母的连接处还设置有绝缘板；夹具的上端还设置有弹性保护装置；弹性保护装置包括壳体和套装在壳体内的可以上下滑动的滑动块，在滑动块的上端还设置有弹簧。
本发明以步进电机为焊枪动力控制元件，螺旋传动装置为焊枪运动机构主体，使得电弧螺柱焊过程中螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度等参数的设置更加方便准确；同时此焊枪的运动机理及结构特性使其具备弧长调节的必要条件，通过对焊接过程电弧长度的采样处理，可以实现电弧螺柱焊过程的弧长调节。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明弹簧保护机构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括机架1以及设置在机架1上端的步进电机2，在步进电机2的轴上固定有丝杠4，丝杠4上螺纹连接有传动螺母5，传动螺母5与套装在机架1导杆上的导向板10固定为一体，且在传动螺母5的下端还设置有与传动螺母5连为一体的绝缘板6、弹性保护装置7和装夹待焊螺柱9的夹具8，丝杠4上还套装有采用圆锥滚子轴承的保护装置3。步进电机2是本发明的动力部分，采用型号为57BYGH803的混合型步进电机作为驱动电机，由微机控制系统提供步进电机2转动所需脉冲信号；运动机构的主体是螺旋传动装置，即丝杠4和传动螺母5，螺旋传动机构使得步进电机2的角位移转化为上下方向的直线位移，最终实现电弧螺柱焊焊接过程的运动要求。导向板10起到了限制运动方向的作用，在导向板10的作用下，传动螺母5只作沿径向的运动，通过步进电机2正反转的改变，传动螺母5完成上下的直线运动。传动螺母5下方的夹具8在焊接中夹持螺柱9，同时接入焊接电缆，为了保护步进电机2不受强电流干扰，在夹具8和传动螺母5连接处设置了尼龙绝缘盖6，保证了电流回路的唯一性。机架1两侧的导杆起连接和导向的作用，轴承保护装置3是采用圆锥滚子轴承，保护步进电机轴在轴向的受力为最小，这样可以起到保护电机的作用；弹簧保护装置7设置在夹具8的上端，是为了在送下深度偏大的时候，把螺柱9送下位移转化为弹簧压缩位移，以保护步进电机1不受损坏。
参见图2，弹性保护装置7包括壳体11和套装在壳体11内的可以上下滑动的滑动块12，在滑动块12的上端还设置有弹簧13。
本发明的工作原理如下本发明主要包括实现正常焊接和实现焊接过程中的弧长调节。
正常焊接焊接开始前，利用控制系统设置焊枪的提起高度，送下深度及提起和送下的速度、焊接燃弧时间等参数，这些参数的设置归结为对步进电机2脉冲数量及脉冲频率的设置，正常的焊接分为以下几个步骤1)焊枪夹持螺柱9置于待焊工件表面，不需要进行预压；2)启动步进电机2正转，在导向板10的作用下，传动螺母5带动夹具8向上提起螺柱9，同时接通焊接电源，螺柱9和工件间引起电弧；3)在提起位置，保持一定时间，电弧充分燃烧，工件上形成焊接熔池；4)焊接时间到，步进电机2反转，传动螺母5带动夹具8向下运动，螺柱9被送入熔池，焊接电流终止；5)焊接结束，形成焊接接头。
实现焊接过程的弧长调节，是在螺柱9提起燃弧过程中，对焊接电弧长度进行采样，经控制系统处理后，得出当时电弧长度与标准电弧长度的差值，启动步进电机2，对电弧长度进行适时调整。在穿透焊过程中，也可以根据实际经验，在电弧烧穿压型板后，对电弧长度进行适当调整。
本发明的螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度可以根据需要在较大范围内调整，且误差很小。由于采用了步进电机作为本发明的动力机构，具备焊接过程中调整弧长的必要条件。可以根据经验或对电弧长度的采样，在焊接过程中对焊接弧长进行适时调节。
权利要求
1.一种步进式电弧螺柱焊枪，包括机架[1]以及设置在机架[1]上端的步进电机[2]，其特征在于在步进电机[2]的轴上固定有丝杠[4]，丝杠[4]上螺纹连接有传动螺母[5]，传动螺母[5]与套装在机架[1]导杆上的导向板[10]固定为一体，且在传动螺母[5]的下端还设置有装夹待焊螺柱[9]的夹具[8]。
2.根据权利要求1所述的步进式电弧螺柱焊枪，其特征在于所说述的丝杠[4]还套装有采用圆锥滚子轴承的保护装置[3]。
3.根据权利要求1所述的步进式电弧螺柱焊枪，其特征在于所说的夹具[8]和传动螺母[5]的连接处还设置有绝缘板[6]。
4.根据权利要求1所述的步进式电弧螺柱焊枪，其特征在于所说的夹具[8]的上端还设置有弹簧保护装置[7]。
5.根据权利要求1或4所述的步进式电弧螺柱焊枪，其特征在于所说的弹簧保护装置[7]包括壳体[11]和套装在壳体[11]内的可以上下滑动的滑动块[12]，在滑动块[12]的上端还设置有弹簧[13]。
全文摘要
一种步进式电弧螺柱焊枪，包括机架、步进电机，在步进电机的轴上固定有丝杠，丝杠上螺纹连接有传动螺母，传动螺母与套装在机架导杆上的导向板固定为一体，且在传动螺母的下端设置有夹具。焊接开始前，焊枪夹持螺柱置于待焊工件表面，启动步进电机，传动螺母带动夹具向上提起螺柱，同时接通焊接电源，螺柱和工件间引起电弧；焊接时间到，传动螺母带动夹具向下运动，螺柱被送入熔池，焊接电流终止形成焊接接头。本发明以步进电机为动力控制元件，使得焊接过程中螺柱提起高度、送下深度、提起和送下速度的设置更加方便准确，且具备弧长调节的必要条件，通过对焊接过程电弧长度的采样处理，可以实现电弧螺柱焊过程的弧长调节。
文档编号B23K9/20GK1544194SQ200310105930
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月17日 优先权日2003年11月17日
发明者张建勋, 池强, 付继飞, 张友权 申请人:西安交通大学