一种感应钎焊设备及方法与流程

本发明涉及一种感应钎焊设备及方法，属于焊接技术领域。

背景技术：

目前自动火焰送丝钎焊机构存在如下问题亟待解决：工件加热温度受加热气体如液化气和氧气波动较大，影响工件钎焊质量；切换工件时，需分别大幅调整火焰加热枪头和自动送丝机构加热位置，位置调整繁琐和调整时间长，员工操作困难，难于调整到位；火焰钎焊火焰燃烧产生刺眼亮光、烟尘和高噪音，操作环境恶劣，并存在燃气爆炸的安全隐患。使用感应钎焊代替火焰钎焊，可以消除燃气波动导致加热温度不稳定的问题。但是，在感应钎焊中，加热枪头和钎料输送机构的位置需要分别进行调整，难以满足自动高效的生产要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种感应钎焊设备及方法，以解决现有火焰钎焊设备操作环境差、现有钎焊设备部件协调性不强，效率低的问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种感应钎焊设备，包括定位工装、焊接装置，其中，

所述定位工装用于夹持住焊接工件并将焊接工件送至预定位置；

所述焊接装置用于在所述焊接工件位于所述预定位置时对焊接工件进行焊接；

所述焊接装置包括运动控制组件、感应加热组件、自动送丝组件，所述感应加热组件和所述自动送丝组件分别安装在所述运动控制组件上；所述感应加热组件用于对所述焊接工件进行加热；所述自动送丝组件用于向所述焊接工件输送焊料；所述运动控制组件用于调节所述感应加热组件和所述自动送丝组件的位置，使所述感应加热组件和所述自动送丝组件相配合完成焊接动作。

优选地，所述运动控制组件包括调节平台和工装平台，其中，

所述调节平台设置在所述工装平台下方；

所述工装平台用于固定所述感应加热组件和所述自动送丝组件；

所述调节平台用于带动所述工装平台在前、后、左、右、上、下六个空间方向上移动，从而使所述感应加热组件和自动送丝组件相配合完成焊接动作。

优选地，所述调节平台包括第一调节平台、第二调节平台，所述第一调节平台固定在第二调节平台上；

所述感应加热组件安装和所述自动送丝组件固定在所述工装平台上。

优选地，所述调节平台包括由手动调节丝杆驱动的可前后移动的第一调节平台和由手动调节丝杆驱动的可左右移动的第二调节平台；在所述第二调节平台和所述工装平台之间设置升降伺服电机，用于带动所述工装平台上下移动。

优选地，所述感应加热组件包括感应线圈、感应电源、支架、气缸、旋转电机，所述感应线圈用于对焊接工件进行加热；所述感应电源用于对所述感应线圈提供电源；所述感应线圈和变压器通过所述支架安装在所述工装平台上；所述气缸用于控制所述感应加热组件的前后运动；所述旋转电机控制所述感应线圈做水平单摆运动，圆心位于所述感应线圈中心。

优选地，所述感应线圈为U形感应线圈。

优选地，所述自动送丝组件包括圆盘、导向轮、送丝管道、送丝杆、送丝嘴、推进气缸，其中，所述推进气缸用于将所述送丝杆和送丝嘴推进，盘绕在所述圆盘上的焊料以伺服电机为动力，沿所述送丝管道通过所述送丝杆后到达送丝嘴，将焊料输送至焊接工件。

优选地，还包括可旋转圆盘，伺服电机，所述定位工装固定在可旋转圆盘上，由伺服电机带动所述可旋转圆盘旋转，进而带动所述定位工装转动。

优选地，所述定位工装包括气阀、限位挡块、限位气缸、夹紧机构、夹紧气缸，其中，所述气阀同时控制所述限位气缸和所述夹紧气缸的动作；所述限位气缸带动所述限位挡块移动；所述夹紧气缸带动所述夹紧机构夹持所述焊接工件。

优选地，所述定位工装还包括旋转机构，所述夹紧机构包括位置固定的第一夹块和可旋转的第二夹块，所述可旋转的第二夹块围绕所述旋转机构进行旋转。

优选地，还包括探测器，所述探测器用于探测所述焊接工件是否位于预定位置。

本发明另一方面还包括一种感应钎焊方法，使用如上所述的任意一种感应钎焊设备，包括如下步骤：

步骤1：定位工装夹紧焊接工件移动至预定位置；

步骤2：当所述焊接工件到达预定位置时，定位工装停止转动，调用焊接程序；

步骤3：运动控制组件带动感应加热组件进给，对焊接工件进行加热；

步骤4：待焊接工件被加热至钎焊温度后，运动控制组件带动自动送丝组件将焊料输送至焊接工件，形成焊缝。

优选地，所述感应钎焊方法还包括：

步骤5：收回自动送丝组件；

步骤6：收回感应加热组件；

步骤7：定位工装继续转动，等待焊缝中的钎料冷却凝固，再继续转动至下线工位，完成整个焊接流程。

优选地，所述焊缝设计为承插式结构，其中，所述焊接工件包括插入侧工件、承受侧工件，在所述插入侧工件与承受侧工件之间保持适当的间隙，以保证钎焊过程中钎料的流动和润湿。

优选地，所述承受侧工件扩口边缘增加外翻边，以使焊缝外观饱满。

使用本发明提供的感应钎焊设备和方法，将感应加热机构和自动送丝机构合并在同一机构，即焊接装置内。当钎焊时切换工件后，调节感应加热机构的感应线圈高度时，自动送丝机构高度一并调整到位，钎焊时，仅需微调送丝枪嘴的送丝角度。采用本发发明提供的技术降低了调整感应加热线圈和自动送丝机构位置调节难度，并缩短了调节时间，可拓宽自动焊接技术柔性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例提供的感应钎焊设备的焊接装置和定位工装平面示意图。

图2是焊接装置示意图。

图3是张开的定位工装示意图。

图4是夹紧的定位工装示意图。

图5是焊缝工件示意图。

图6是焊接装置的左视示意图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种感应钎焊设备，如图1所示，包括定位工装6、焊接装置、探测器及机架。探测器(例如红外探头)用于探测焊接工件是否位于预定位置，即当定位工装6处于焊接工位上时是否夹持有焊接工件8，例如焊管。探测器安装于机架上与焊接工位相邻的前一个工位处，便于进行调节，也避免在焊接工位发生干涉。

焊接装置用于在探测器探测到焊接工件8位于预定位置时对焊接工件进行焊接。具体地，如图2中所示，焊接装置包括运动控制组件、感应加热组件和自动送丝组件3。

运动控制组件包括调节平台7、工装平台74、手动调节丝杆、气缸和控制升降的伺服电机。调节平台设置在工装平台下方。感应加热组件和自动送丝组件3分别安装在运动控制组件的工装平台74上。

调节平台7包括由手动调节丝杆驱动的可前后移动的第一调节平台72和有手动调节丝杆驱动的可左右移动的第二调节平台73。第二调节平台73固定在第一调节平台72上。在所述第一调节平台和所述第二调节平台之间设置升降伺服电机，用于带动所述调节装置上下移动，即第二调节平台73与工装平台74之间由控制升降的伺服电机71连接。

手动调节丝杆控制第一调节平台上整个装置前后移动，手动调节丝杆控制第二调节平台上的整个装置左右移动，调节平台二上面的升降伺服电机控制工装平台上下移动。如上所述，调节装置(手动调节丝杆和伺服电机71)通过手动调节丝杆和伺服电机带动位于工装平台上的感应加热组件和自动送丝组件在前、后、左、右、上、下六个空间方向上移动，从而使感应加热组件和自动送丝组件可方便的调节至设定位置。

感应加热组件用于对焊接工件进行加热。感应加热组件5包括感应线圈52、变压器51、支架、推进气缸31、旋转电机53。其中，感应线圈52用于对焊接工件进行加热；感应电源4或变压器51用于对感应线圈52提供电源；感应线圈52和变压器51通过工装支架75安装在工装平台74上。感应线圈52优选为U形感应线圈。旋转电机带动支架上的感应线圈做周期性的水平单摆运动，即支架在旋转电机53的驱动下带动U形感应线圈52对焊接工件进行旋转加热。气缸31优选为独立控制工装平台12前后运动的气缸。所述旋转电机53设置在感应加热组件的支架上，优选为控制感应线圈的水平单摆状旋转的伺服电机，旋转圆心位于焊接工件的中心。

感应加热组件主要由感应电源、柔性电缆、变压器和感应线圈构成，电源的作用是产生高频电流，感应线圈的作用相当于电路，流过高频电流，并由工件的形状大小设计合适形状的感应线圈，此时利用交变的电流产生磁场再耦合到焊接工件上形成环形电流，在焊接区产生珀尔贴效应，并转化为焦尔热导致工件升温，利用这个特性可将焊接工件的温度提升到钎焊的温度，就能实现感应加热功能。自动化焊接需要增加焊接柔性，设计上使用开口的“U”形感应线圈，但是开口线圈存在漏磁现象，会导致开口位置的电磁感应强度降低，导致加热不均，因此，在感应加热组件的支架上增加旋转电机，圆心位于感应线圈中心位置，靠周期性的旋转弥补因漏磁而导致的加热不均现象。

自动送丝组件3用于向所述焊接工件输送焊料。自动送丝组件3包括圆盘、导向轮、送丝管道36、送丝杆35、送丝嘴、推进气缸32、第一送丝组件调节轴33和第二送丝组件调节轴34。焊料，即钎焊焊丝盘绕在圆盘上。感应加热至钎焊温度后，推进气缸首先将自动送丝组件和送丝嘴推进，然后焊料再由伺服电机送出。送丝电机1打开，焊丝(丝状的钎料)以伺服电机导向轮为动力，沿送丝管道36通过送丝杆后到达送丝嘴，将焊料输送至焊接工件8，经过冷却后形成焊缝。送丝的整个过程由程序控制，且可分段设置送丝的时间和送丝速度，做到精确可控的目的。

焊接时，调节好运动控制组件下部的调节平台的位置，此时用于控制工装平台前后移动的气缸处于收缩位置(圆盘转台(待焊工件)与加热机构和送丝机构均有间隙)。焊接工件转移到焊接工位，气缸伸出，感应加热线圈包围焊接工件，并做周期性转动。待工件升温至钎焊温度，自动送丝组件的气缸推动自动送丝组件，进入焊接处，通过送丝电机1将丝状钎料送进焊接位置，焊接完成后先撤回自动送丝组件，旋转伺服电机停止并复位，再撤回感应加热线圈，完成焊接动作。

定位工装6用于夹持住焊接工件8并将焊接工件8送至预定位置，即焊接工位或下线工位。

如图3、图4中所示，定位工装6包括气阀、限位挡块63、限位气缸61、夹紧机构64、夹紧气缸65、旋转机构62。具体地，可以使用一个气阀同时控制限位气缸61和夹紧气缸65的动作。限位气缸61带动限位挡块63移动前后移动；夹紧气缸65带动夹紧机构夹紧或松开焊接工件。夹紧机构64包括位置固定的第一夹块和可旋转的第二夹块，所述可旋转的第二夹块围绕旋转机构62进行旋转。

具体地，如图3中所示，关闭气阀时，限位气缸61为伸出状态，限位挡块63位于焊接工件正上方，此时夹紧气缸65为收回状态，焊接工件定位位置的夹紧机构64为张开状态。如图4中所示，定位承插式焊接工件时，首先从限位挡块63下将焊接工件的下半部分零件(承受侧工件)置于夹紧机构位置，然后向上调整焊接工件管口与限位挡块63接触，此时保持焊接工件与夹紧机构相接触且管口为水平放置，关闭气阀，夹紧气缸65快速推动连杆经过旋转机构62夹紧工件，然后限位气缸61缓慢收回，露出管口，最后将上半部分零件(插入侧工件81)插入管中，完成配管工作。

如图1中所示，上述感应钎焊设备还包括可旋转圆盘，伺服电机。定位工装6固定在可旋转圆盘上，由伺服电机带动可旋转圆盘旋转，进而带动所述定位工装6转动至焊接工位或下线工位。经过可旋转圆盘的旋转，定位工装6逐一经过各工位，焊接完成后，再关闭气阀，此时夹紧气缸65快速收回，可取下焊接完成的工件，限位气缸61缓慢伸出，恢复至气缸闭合状态。

使用一个气阀控制两个气缸，实现限位动作和夹紧动作，改善配管定位方式，使得焊接工件位置牢固、精度高和重复性好，不至于因圆盘转动而改变了定位点与定位工装的相对位置，满足自动化定位要求。

使用上述感应钎焊设备对工件进行钎焊加热时，感应线圈以焊接工件的焊缝为中心按一定角度对焊接工件进行往复旋转加热。将焊接工件加热至钎焊温度后，自动送丝组件前进，启动送丝、停止、返丝，将钎料输送至焊缝区域，焊料熔化形成焊缝，自动送丝组件后退，感应线圈继续加热0.5～1秒后停止加热，旋转停止并复位，再收回感应加热组件。

本发明实施例另一方面还提供一种感应钎焊方法，其使用如上所述的感应钎焊设备，包括如下步骤：

步骤1：定位工装夹紧焊接工件旋转移动至预定位置；其中，当所述定位工装包括伺服电机、可旋转圆盘时，所述定位工装固定在所述可旋转圆盘上时，由所述伺服电机驱动可旋转圆盘进行旋转，进而带动所述定位工装移动至预定位置；

步骤2：探测器探测预定位置上是否有焊接工件；若有，即焊接工件到达了预定位置，定位工装停止旋转移动，进入步骤3，若没有，则定位工装继续旋转移动；

步骤3：调用焊接程序，定位工装停止旋转移动；

步骤4：气缸带动感应加热组件进给，对焊接工件进行加热；其中，当感应加热组件包括U形感应线圈、变压器、支架、旋转电机时，所述感应电源对所述U形感应线圈提供电源；所述支架在所述旋转电机的驱动下带动所述U形感应线圈做周期性的水平单摆运动，对焊接工件进行旋转加热；

步骤5：待焊接工件被加热至钎焊温度后，气缸和伺服电机带动自动送丝组件将焊料输送至焊接工件，形成焊缝；其中，当所述自动送丝组件包括自动送丝组件包括圆盘、导向轮、送丝管道、送丝杆、送丝嘴、气缸时，气缸推进组件前移，送丝嘴刚位于感应线圈外，盘绕在所述圆盘上的焊料以伺服电机导向轮为动力，沿所述送丝管道通过所述送丝杆，最后到达送丝嘴将焊料添加至焊接工件；

步骤6：收回自动送丝组件；

步骤7：收回感应加热组件；

步骤8：定位工装继续转动，等待焊缝中的钎料冷却凝固，再继续转动至下线工位，完成整个焊接流程。

在其他优选方法实施例中，包括如下步骤：

步骤1：操作员使用定位工装将工件夹紧固定；

步骤2：可旋转圆盘工装上分布4个焊接工位，通过伺服电机控制，每次旋转90°；

步骤3：在可旋转圆盘工装转动的过程中，通过红外探头检测工装上有无工件，若有则调用焊接程序；若没有工件，则继续转动，跳过焊接工位；

步骤4：圆盘工装转至焊接工位调用焊接程序，此时感应加热机构进给，待工件加热至钎焊温度后，自动送丝机构再将钎料按设定的方式将钎料送入焊缝处，加热完成后，先收回送丝机构，再收回感应加热机构；

步骤5：圆盘继续转动，此时等待焊缝中的钎料冷却凝固，再继续转动至下线工位，完成整个焊接流程。

在上述方法中，还包括对焊缝的特殊设计。具体地，将焊缝设计为承插式结构，即，如图5中所示，两个焊管一个为插入侧工件81，一个为承受侧工件83。在插入侧工件81与承受侧工件83之间保持适当的间隙，以保证钎焊过程中钎料的流动和润湿。

为提升承插式结构的钎焊质量，仅考虑感应线圈形状、感应线圈的旋转和焊接定位的精确性是不够的，在焊缝的设计上依然会有较大程度的影响。因插入侧与承受侧之间有适当的间隙，但在感应钎焊设备上进行焊接操作时，存在如下三点致使焊后焊缝不饱满：一是焊接时感应加热线圈为开口结构，致使焊接的温度分布不均匀，而钎料总是向温度高的地方扩散，造成焊后不饱满；二是焊接过程因存在垂直向上的洛伦兹力，且越靠近感应线圈相应的力就越大，也是造成焊后不饱满的因素之一；三是间隙在0.1mm以上,装配后，依然可以移动，导致定位失稳，对中性差，也会造成焊缝不饱满。为改善焊缝外观，由表面张力和铺展驱动促进钎料环向铺展填充焊缝，使焊缝整体饱满均匀，其一是在焊接过程中使感应线圈绕轴往复旋转，提高加热均匀性，此外，在设计焊缝时，在承受侧工件83扩口边缘处增加外翻边85，同时将焊缝间隙设计为0.065mm，在焊接时能从根本上改善外观不饱满和熔深问题。

感应钎焊是利用交变的电流产生磁场再耦合在焊接工件上形成环形电流，在焊接区产生珀尔贴效应，并转化为焦尔热导致铜管升温，利用这个特性可将铜管的温度提升到钎焊的温度，就能实现感应钎焊功能，而自动送丝感应钎焊就是将钎料以自动送丝机构添加，从而解放人的劳动。使用感应钎焊代替火焰钎焊，能够消除火焰燃烧产生的刺眼亮光、烟尘和高噪音，明显改善钎焊操作环境，并消除燃气爆炸安全隐患，实现环保型钎焊生产。

使用上述自动感应钎焊设备和方法，将自动送丝机构和感应加热机构合并为一体，合成为一个机构，便于切换工件时，动送丝机构和加热机构的位置一次调节到位。这种感应钎焊设备焊接铜管质量优良，可以替代火焰钎焊机构，且优于火焰钎焊机构。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本发明权利要求所涵盖。