具有流体冷却的电机外壳的轨道焊接系统的制作方法
【技术领域】
[00011 本申请要求于2013年11月12日提交的美国临时专利申请61/903,089的优先权和 权益。
[0002] 本发明的实施例涉及焊接系统、装置和方法。更具体地，本发明涉及一种具有流体 冷却的外壳的轨道焊接系统。 背景
[0003] 在工业应用中，焊接操作可涉及钎焊、包覆、堆焊、填料、表面硬化、叠焊、接合、激 光焊接以及由等离子体、激光和熔焊以及切割操作加热周围部件而产生的热量，这些热量 可能导致这些部件在头部以较低效率工作从而过早磨损或失效。为简洁起见，这些焊接操 作将被统称为焊接。当焊接弯曲表面时可使用轨道焊机。该焊机可围绕该表面移动，或者该 表面可在该焊机保持静止的同时转动。最常见的使用轨道焊接的实例是管道焊接。管道焊 接可包括薄壁应用或深槽几何形状，焊接电极延伸到形成在这两根管道之间的槽中，这两 根管道被接合以便敷设连续的焊珠材料，从而填充该槽。在轨道焊接中，焊炬被支撑在工件 附近并且可被支撑在弯曲框架上。该弯曲框架放置其他部件，包括位于该焊炬的视野中的 驱动电机和电子装置。来自该焊炬的热量被传递到这些部件外壳和该框架。
[0004]来自该焊炬的热传递存在于其他焊接和切割应用中。虽然在此出于讨论使用了轨 道焊接的实例，但是本发明的概念可同样适用于其他焊接和切割应用。所提供的实例不应 当被认为是限制性的。 发明概述
[0005] 本发明提议根据权利要求1或7所述的一种焊接系统。优选的实施例可由从属权利 要求中获得。具体地，本发明在实施例中一般提供一种冷却的驱动外壳，该冷却的驱动外壳 包括:驱动块，该驱动块被配置成至少部分包围驱动组件;绝缘板，该绝缘板被配置成封闭 该驱动块的第一侧的至少一部分;位于该驱动块内的至少一个电机接收器，该至少一个电 机接收器被配置成接收至少一个驱动电机；以及至少一条冷却剂管路，该至少一条冷却剂 管路被配置成使冷却剂穿过该冷却的驱动外壳循环。
[0006] 在替代性或互补性实施例中，本发明一般可提供用于轨道焊接系统的驱动块，该 轨道焊接系统包括:绝缘板，该绝缘板被朝向该驱动块的至少部分支撑驱动组件的第一侧 布置;安装块，该安装块与该绝缘板的至少一部分配合;穿过该驱动块的至少一条冷却剂管 路;至少一条供应管线，该供应管线与该至少一条冷却剂管路处于流体连通，其中该供应管 线被封闭在细长凹部内，该细长凹部形成在该绝缘板和该安装块中的至少一者内。
[0007] 以下说明和附图详细阐明了要求保护的主题的某些说明性方面。然而，这些方面 指示仅在一些不同的方法中采用了本创新的原理，并且要求保护的主题意图包括所有此类 方面及其等效物。从以下对本创新的详细说明，当结合附图考虑时，要求保护的主题的其他 优点和新颖特征将变得明显。 附图详细说明
[0008] 图1是根据本发明的一个焊接系统的顶部透视图。
[0009] 图2是该焊接系统的底部透视图。
[0010] 图3是该焊接系统的正面视图。
[0011] 图4是分解前透视图。
[0012] 图5是示出了一个冷却剂供应组件的细节的分解前透视图。
[0013] 图6是示出了该冷却剂供应组件的其他细节的分解后透视图。
[0014] 图7是示出了该冷却剂供应组件的其他细节的该焊头组件的后视图。
[0015] 图8是示出了用于焊炬头的驱动组件的细节的该焊接组件的一部分的顶部透视 图。
[0016] 图9是部分切掉以便示出用于本发明的该焊炬头的该驱动组件的细节的右侧后透 视图。
[0017] 图1〇是与图9类似的左侧透视图。
[0018] 图11是示出了用于该焊炬头的该驱动组件的其他细节的后视图。
[0019] 图12是示出了一个焊炬头流体供应组件的细节的该焊接系统的一部分的右侧前 透视图。
[0020] 图13是该焊炬头的前侧的顶部透视图，其中一部分被切掉以便示出该流体供应组 件中的一条冷却剂管路的细节。
[0021] 图14是与图13类似的后透视图，其中附加部分被切掉以便示出用于该焊炬头的该 流体供应组件的一个保护气体供应组件的细节。
[0022] 图15是该焊接系统的一部分的顶部透视图，并且该焊接系统被部分切掉以便示出 该焊炬头和该驱动组件的细节。
[0023]图16是该焊炬头组件的前正视图，该焊炬头组件被部分切掉以便示出一个焊丝高 度调节组件的细节。
[0024]图17是示出了该焊丝对准组件的其他细节的与图16类似的截面前视图。
[0025]图18是该对准组件的第一透视图。
[0026]图19是该焊丝对准组件的分解透视图。
[0027]图20是一个焊丝对准组件的截面侧视图。
[0028] 图21是示出了该保护气体分散组件的细节的该焊炬头的底部透视图。
[0029] 图22是具有一个闭路冷却系统的本发明的一个替代性实施例的透视图。
[0030] 图23是与图22类似的透视图，其中该焊炬头被移除以便示出安装在一个框架上的 外壳的其他细节。
[0031]图24是与图23类似的透视图，其中该外壳被移除。
[0032] 图25是与图24类似的透视图，其中电机组件被移除以便示出该冷却系统的其他细 To
[0033] 图26是示出了该闭路冷却系统的其他细节的分解透视图。
[0034] 图27是如可沿着图26中的线27-27看到的示出了该闭路冷却系统中的一个冷却插 入件的附加细节的截面图。 发明详细说明
[0035] 现在将参照附图来描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例以及附图 中所示的实施例意图帮助读者理解本发明，而并不意图以任何方式限制本发明的范围。如 在此使用的"焊接(welding)"或"焊接(weld)"（包括这些词的任何其他构词要素)将指通过 电弧的操作(包括但不限于埋弧焊、GMAW焊、MAG焊、MIG焊和TIG焊)对熔融材料的沉积。
[0036]根据本发明的焊接系统在附图中一般由数字10指示。焊接系统10包括一个电极E， 该电极被供电来在电极E与一个工件WP之间产生电弧。焊接所施加的区域包括一个熔融焊 池，该熔融焊池可包括由焊接系统10沉积的材料以及来自工件WP的通过电弧穿透产生的熔 融金属。为了简单起见，这个区域将称之为一个焊接区Z并且在附图中示意性表示。焊接系 统10是一个轨道焊接系统并且可用于形成弧形焊缝，包括但不限于用于接合管道的相邻段 的焊缝。焊接系统10大体包括焊头15,该焊头包括焊接系统10的主要组件(包括焊炬20或焊 炬头20A)，这些主要组件可由一个夹具组件（未示出）保持与该工件WP相邻。其他组件可任 选地包括在焊头15上，包括但不限于送丝器组件80、驱动组件100、电机外壳冷却组件175和 焊炬头冷却组件300,如下文更完整地描述。
[0037]参照图1，焊接系统10包括焊炬头20A，该焊炬头被支撑在一个大体C形框架25上。 如图4中最佳所示，框架25可包括一个后板26,该后板具有第一臂31，该第一臂与第二臂32 横向间隔并且由横梁33连接，从而在其间限定开口 35，该开口具有口部40，该口部在壁31、 32的外末端37处向框架25外敞开。所示实例被定向为第一臂31和第二臂32在一个向下的方 向上延伸。
[0038] 如在此使用的，空间定向术语诸如"高于"、"低于"、"上部"、"下部"、"内部"、"外 部"、"右"、"左"、"竖直"、"水平"、"顶部"、"底部"、"向上"、"向下"、"横向"、"直立"等可指如 所示或根据附图的定向的各方面的对应位置。"向内"意图是总体从远离对象的一个点朝向 该对象的中心的一个方向，并且"向外"意图指总体远离该对象中的一个内部点朝向远离该 对象的一个点的一个方向。此类术语在描述附图时为清楚起见而被采用，并且不应当被解 释为排他的、穷尽的或以其他方式对位置、取向、视角、配置等进行限制。
[0039] -个焊炬高度定位组件(一般由数字45指示)可被提供来朝向和远离工件WP移动 该焊炬头20A(也称为调节炬高度）。定位组件是能够移动焊炬头20A这样使得该电极被沿着 一个焊炬高度轴线TH朝向或远离该工件移动的任何组件，包括但不限于不同的线性致动器 (包括机械、气动和液压致动器）。所描绘的实例包括采用一个齿条与齿轮组件的一个机械 线性致动器，如下文更完整地描述。
[0040] 焊炬高度定位组件45包括支撑在后板26上的一对导轨46。导轨46可具有末端停止 件48、49,这些末端停止件用于限制焊炬高度定位组件45提供的运动范围并且封闭导轨46 的末端。导轨46大体延伸第一臂31和第二臂32的整个长度以便最大化该焊头的运动范围。 虽然未示出，但是这些末端停止件48、49可锁定在多个位置中以便调节定位系统45的运动 范围或将该焊炬头20A固定在一个具体位置中。可替代地，如所示，一个齿条(一般由数字50 指示)可被提供来调节并设定焊炬头20A相对于该工件WP的位置。
[0041] 参照图6,一个安装板(一般由数字55指示)可包括接收器56,该接收器被形成在一 个后侧58上以便将该安装板55可滑动地附接到后板26上。接收器56可包括一个或多个线性 轴承或滑块(一般指示为60)，该一个或多个导轨46被可滑动地接收在其中。为此，滑块可包 括滚动元件或其他表面，这些滚动元件或其他表面促进该安装板55相对于框架25的线性移 动。滑块60可被容纳在一个凹陷通道63内，该凹陷通道被形成在安装块55的一个内表面上。 该凹陷通道63允许框架25与安装块55之间的紧密配合，从而减小焊接系统10的厚度。焊接 系统10的减小厚度允许更靠近一个障碍诸如一个弯管或凸缘焊接。
[0042]在所示的实例中，滑块60被分成支撑在安装板55上的凹陷通道63内第一滑块61和 第二滑块62。每个滑块61、62限定这些导轨46被可滑动地接收在其中的一个凹槽或凹部。当 如所示使用单个直导轨46时，第一滑块61内的凹部与滑块62中的凹部对准。预期在一些圆 周中可提供偏置导轨。第一滑块61与第二滑块62垂直间隔，从而限定位于滑块61、62之间的 空隙65。对应的孔68可被形成在凹陷通道63的壁中以便允许小齿轮70与齿条50相互作用， 如下文更完整地讨论。
[0043]在所示的实例中，齿条50包括朝向开口35面朝内的一排轮齿50A。当与安装板55组 装在一起时，齿条50与空隙65相邻。小齿轮70被接收在开口 68内。小齿轮70上的齿与齿条50 邻近开口 68的齿50A啮合。
[0044]为了容纳该齿条50，安装板55可配备有一个槽口 66，该槽口形成在安装板55邻近 滑块61和62的后侧上。如所不，槽口 66可由一个分隔件67形成，该分隔件从安装板55向后延 伸从而形成通道63的横向向外的侧面。如所示，由于该齿条50可仅位于后板26的一侧上，所 以提供来容纳该齿条50和该小齿轮70的槽口 66和其他结构可仅被提供在安装板55的一侧 上。继续参照图6,分隔件67可被分成对应于滑块61和62的间距的两段，这样使得空隙65使 第一分隔件段67A与第二分隔件段67B分离。在第一分隔件段67A与第二分隔件段67B之间产 生的开口 68还接收小齿轮70,从而允许其与齿条50啮合。为了准许小齿轮70通过安装板55 的前部，一个小齿轮孔可从安装板55的前侧71延伸并且在安装板55的后侧58上敞开以便与 该空隙65和该开口 68连通。
[0045]在所示的实例中，位于安