一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法与流程

本发明属于焊接加工技术领域，特别是涉及到一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法。

背景技术：

电阻凸焊工艺由于其具有操作简单、热输入集中、变形小等优点，长久以来被熟知广泛应用于汽车制造工业、医用设备制造业等制造行业中。随着社会的发展，越来越多的行业，越来越多的工件类型需要用到凸焊。

电阻焊是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。特点是加热时间短、热量集中、应力与变形小，通常在焊后无需矫正，具有操作简单、易于实现机械化和自动化、生产率高、无噪声及有害气体、劳动条件好等诸多优点。凸焊属于电阻焊的范畴，相比于传统的焊接方法，在一些领域采用电阻凸焊方法进行焊接加工，有利于提高工程质量、保证焊接外形美观实用。凸焊工艺是一种能提高工效、节约能源的先进施工工艺。在推进绿色文明施工、节能环保、节省劳动力等方面也有积极的社会效应。

工件执行焊接之前，通过将凸模和凹模压靠在板材上而在下铁板中形成中空的凸出部。板材随后被压在焊枪的两个焊接电极之间。在焊接期间，凸出部逐步地塌陷并且在凸出部的位置形成牢固的结构焊接。

随着制造工业的飞速发展，封闭式中空工件焊接在现有制造业中出现得越来越多，尤其是在医用药品生产线中，生产设备的制造涉及较多封闭式中空工件焊接。封闭式中空工件双面均需进行凸焊，其空腔较窄电极不能伸入，所以需要一种操作简单，焊接质量良好的焊接装置及方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法用于解决封闭式中空工件双面均需进行凸焊，其空腔较窄电极不能伸入，需要一种操作简单，焊接质量良好的凸焊装置及方法的技术问题。

一种封闭式中空工件凸焊装置，包括上电极、上电极安装本体、冷却水接口、凸焊机箱体、焊接电源、凸焊机下安装座、下电极、下板、焊接工件、上板、铜柱、伺服电机，所述上电极为平面电极，上电极通过导线与焊接电源连接，上电极与伺服电机固定连接；所述上电极安装本体的一端与上电极固定连接，上电极安装本体的一端与凸焊机箱体固定连接，上电极安装本体上设置有冷却水接口；所述焊接电源位于凸焊机箱体上；所述下电极为球面电极，下电极通过导线与焊接电源连接，下电极的下部与凸焊机下安装座固定连接，下电极的上部与下板连接；所述焊接工件为中空结构的工件，焊接工件的上部设置有凸状段，焊接工件通过凸状段与上板连接，焊接工件的下部与下板连接，焊接工件的下部设置有圆孔；所述圆孔与所述凸状段一一对应布置；所述凸状段包括三个球冠，依次为第一凸状段、第二凸状段和第三凸状段；所述第二凸状段的一端与第一凸状段连接，第二凸状段的另一端与第三凸状段连接，第二凸状段的球面半径大于第一凸状段和第三凸状段；所述第一凸状段与第三凸状段对称布置且第一凸状段与第三凸状段的球面半径一致；所述铜柱穿入所述圆孔，铜柱的一端与焊接工件的凸状段连接，铜柱的另一端端面与焊接工件的下端面在同一平面上。

所述第二凸状段的球面半径与第一凸状段半径比例不小于5。

所述下电极的球面半径为90mm至120mm。

一种封闭式中空工件凸焊装置的操作方法，利用所述的一种封闭式中空工件凸焊装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、在焊接工件上加工凸状段并插入铜柱

在焊接工件的预凸焊焊点处加工凸状段，在焊接工件的预凸焊处的对应面开设圆孔，选取铜柱，铜柱的直径小于所述圆孔的直径，铜柱插入所述圆孔与所述凸状段的内顶部紧密贴合，铜柱的下底面与焊接工件开设所述圆孔的外表面在同一平面上；

步骤二、第一面焊接

在焊接工件上开设焊接孔，将上电极通过开设的焊接孔移动至焊接工件的内底部预点焊处，使上电极、焊点以及下电极同轴对准，启动伺服电机，伺服电机驱动上电极使上电极与所述焊接工件的内底部预点焊处紧密贴合，启动焊接电源，上电极和下电极同时启动将焊接工件开设所述圆孔的面与下板焊接，第一面焊接完成；

步骤三、第二面焊接

a、预压：将上电极、预凸焊焊点、铜柱以及下电极同轴对准，在凸焊机上设定预压周波数，启动伺服电机给上电极施加预压力F1，上电极推动上板向下电极的方向运动，使上电极与焊接工件的上表面紧密贴合，可有效减少焊接飞溅的产生；

b、焊接：启动焊接电源，上电极和下电极同时启动，上电极直接施加给预凸焊焊点，下电极通过铜柱导电给预凸焊焊点，工件凸状段与上板熔融连接；

c、锻压：伺服电机保持预压力F1不变并持续5至15个周波，第二面焊接完成。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

本发明在第一面焊接前放入一枚铜柱，铜柱起到传输电流、传递压力的作用，克服了封闭式中空工件第二面焊接时电极无法接触工件的困难，实现不破坏下板前提下的两面焊接。下电极不与工件焊点面直接接触，而是通过铜柱施加电流和压力。焊接过程中封闭式中空工件不会与各部件产生干涉影响焊接，焊接完成后形貌美观，且焊接方便快捷，提高了生产效率，降低了生产成本。

本发明采用平面电极和球面电极的组合。上电极直接接触焊件，采用大平面电极可减少压痕。下电极通过铜柱传输，为保证焊接质量，采用球面电极，球面电极电流集中，与下板之间接触电阻足够低，防止了下板表面熔化或电极与下板表面合金化，同时能迅速导散焊接区热量。所述上下电极组合有效地保证了凸焊连接质量及零件形貌美观。

本发明中的一种封闭式中空工件凸焊装置具有通用性强，使用方便快捷，寿命长等优点，可广泛运用于封闭式中空工件焊接。

附图说明

以下结合图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：

图1为本发明一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法中一种封闭式中空工件凸焊装置的结构示意图。

图2为本发明一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法中下电极的结构示意图。

图3为本发明一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法中凸状段结构示意图。

图4为本发明一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法中焊接工件下部与铜柱的位置关系示意图。

图5为本发明一种封闭式中空工件凸焊装置及操作方法中焊接工件下部与铜柱的位置关系剖视图。

图中，1-上电极、2-上电极安装本体、3-冷却水接口、4-凸焊机箱体、5-焊接电源、6-凸焊机下安装座、7-下电极、8-下板、9-焊接工件、10-上板、11-铜柱、12-伺服电机、R-球面电极球面半径、R1-第一凸状段的球面半径、R2-第二凸状段的球面半径、R3-第三凸状段的球面半径。

具体实施方式

如图所示，一种封闭式中空工件凸焊装置，包括上电极1、上电极安装本体2、冷却水接口3、凸焊机箱体4、焊接电源5、凸焊机下安装座6、下电极7、下板8、焊接工件9、上板10、铜柱11、伺服电机12，所述上电极1为平面电极，上电极1通过导线与焊接电源5连接，上电极1与伺服电机12固定连接；所述上电极安装本体2的一端与上电极1固定连接，上电极安装本体2的一端与凸焊机箱体4固定连接，上电极安装本体2上设置有冷却水接口3；所述焊接电源5位于凸焊机箱体4上；所述下电极7为球面电极，下电极7通过导线与焊接电源5连接，下电极7的下部与凸焊机下安装座6固定连接，下电极7的上部与下板8连接；所述焊接工件9为中空结构的工件，焊接工件9的上部设置有凸状段，焊接工件9通过凸状段与上板10连接，焊接工件9的下部与下板8连接，焊接工件9的下部设置有圆孔；所述圆孔与所述凸状段一一对应布置；所述凸状段包括三个球冠，依次为第一凸状段、第二凸状段和第三凸状段；所述第二凸状段的一端与第一凸状段连接，第二凸状段的另一端与第三凸状段连接，第二凸状段的球面半径大于第一凸状段和第三凸状段；所述第一凸状段与第三凸状段对称布置且第一凸状段与第三凸状段的球面半径一致；所述铜柱11穿入所述圆孔，铜柱11的一端与焊接工件9的凸状段连接，铜柱11的另一端端面与焊接工件9的下端面在同一平面上。

所述第二凸状段的球面半径与第一凸状段半径比例不小于5。

所述下电极7的球面半径为90mm至120mm。

一种封闭式中空工件凸焊装置的操作方法，利用所述的一种封闭式中空工件凸焊装置，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、在焊接工件9上加工凸状段并插入铜柱11

在焊接工件9的预凸焊焊点处加工凸状段，在焊接工件9的预凸焊处的对应面开设圆孔，选取铜柱11，铜柱11的直径小于所述圆孔的直径，铜柱11插入所述圆孔与所述凸状段的内顶部紧密贴合，铜柱11的下底面与焊接工件9开设所述圆孔的外表面在同一平面上；

步骤二、第一面焊接

在焊接工件9上开设焊接孔，将上电极1通过开设的焊接孔移动至焊接工件9的内底部预点焊处，使上电极1、焊点以及下电极7同轴对准，启动伺服电机12，伺服电机12驱动上电极1使上电极1与所述焊接工件9的内底部预点焊处紧密贴合，启动焊接电源5，上电极1和下电极7同时启动将焊接工件9开设所述圆孔的面与下板8焊接，第一面焊接完成；

步骤三、第二面焊接

a、预压：将上电极1、预凸焊焊点、铜柱11以及下电极7同轴对准，在凸焊机上设定预压周波数，启动伺服电机12给上电极1施加预压力F1，上电极1推动上板10向下电极7的方向运动，使上电极1与焊接工件9的上表面紧密贴合，可有效减少焊接飞溅的产生；

b、焊接：启动焊接电源5，上电极1和下电极7同时启动，上电极1直接施加给预凸焊焊点，下电极7通过铜柱11导电给预凸焊焊点，工件凸状段与上板10熔融连接；

c、锻压：伺服电机12保持预压力F1不变并持续5个至15个周波，第二面焊接完成。

如图1所示，电极组件由上电极组件和下电极组件构成，下电极组件安装到凸焊机下安装座6，上电极组件包括上电极1、上电极安装本体2、伺服电机12和冷却水接口3。上电极组件通过紧固螺栓安装在凸焊机箱体4上，并通过连接体与焊接电源5相连。

下电极7为球面电极，如图2，安装于凸焊机下安装座6上，球面电极球面半径R在90mm至120mm范围内，取R＝100mm。焊接时向工件传导电流、传递压力，其优点是能迅速导散焊接区热量。

图3为凸焊焊点的凸状段示意图，凸状段为封闭式中空工件预加工形成，其上下表面形状大致相同，上表面凸出部分高度略大于下表面凹陷部分深度，第一凸状段的球面半径R1与第三凸状段的球面半径R3大致相等，第二凸状段的球面半径R2与第一凸状段的球面半径R1比值为6。上下电极作用于工件时凸状熔掉形成焊缝。

图4为放入工件空腔中铜柱11所在位置局部示意图，图5为其正面剖视图，第一面焊接前预先在封闭式中空工件9上加工一个略大于铜柱11直径的圆孔，将圆孔放入后再焊接下板8，当焊接工件9和上板10时，铜柱11刚好作用于焊点，下电极7通过下板8，再通过铜柱11作用于焊点。铜柱11的直径略小于下电极7的直径，铜柱11长度为回形工件中空高度与一个下板8的厚度之和。

以不锈钢搁板材料为例，在第二面焊接时，先将已经放好铜柱11并焊好第一面的封闭式中空工件9放上工作台，然后启动设备，由伺服电机12向上电极1螺旋施加压力，上电极组件与下电极组件对准然后相对运动合紧，然后启动焊接电源5，使工件凸状段与上板10熔融连接，完成焊接过程。