本发明涉及在窄间隙和超窄间隙mag/mig焊接过程中，能自动清除焊道表面的冶金脱氧产物的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，属于焊接技术领域。
背景技术：
始于上世纪六十年代初开始的窄间隙焊接(narrowgapwelding)技术开发，历经半个世纪已开发出了窄间隙埋弧焊(narrowgapsaw),窄间隙热丝脉冲钨极氩弧焊(narrowgaptigwelding)和窄间隙mag/mig焊(narrowgapmag/migwelding)，并在工业生产中获得了应用。由于窄间隙mag/mig焊分别在焊接热输入(线能量)、空间位置适用性、焊接接头力学性能、工艺技术简便高效性、焊接生产率和焊接生产成本等方面显著优于窄间隙埋弧焊和窄间隙热丝脉冲钨极氩弧焊，近年来的应用显著增加并呈替代上述两种先进焊接技术的趋势。
窄间隙/超窄间隙mag/mig焊采用的是实态焊丝气体保护焊接高温区方式，焊接冶金反应的结果一方面保证了焊缝金属元素的纯净性和有害元素的可接受最低化，另一方面其反应产物必须可靠从焊接熔池中排除，即脱氧产物从液态金属的焊接熔池中浮出并结晶于凝固的焊缝金属的表面。该固态脱氧产物(如硅-锰酸盐)俗称焊渣，若不清除干净，焊缝中产生“夹渣”工艺缺陷的概率很高，在传统大坡口的mag/mig焊条件下由于熔池存在的时间较长，夹渣的概率会低一些，但在窄间隙/超窄间隙mag/mig焊条件下，由于熔池的体积更小，三维散热能力更强，导致熔池的液态存在时间更短，夹渣的概率很高。
为防止夹渣工艺缺陷的产生，现有技术基本都是人工清渣，用气动铲、气动锤、气动磨、电动磨等。通常人工清渣的时间占去了焊接施工周期中很大的比例，为降低工人的劳动强度和提高焊接生产率，一种用多根高强度钢丝构成的针束代替锤头，用往复运动的气动锤作动力，加上辅助的拖动和高度调节机构组成的机械清渣机在生产中曾有应用，但存在振动对焊接过程稳定性存在不利影响，且清除率达不到100％，早已没有持续的应用。
技术实现要素：
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，其特征在于，包括旋转锉组件、以及与旋转锉组件连接用于驱动旋转锉组件并带动旋转锉组件呈小角度的扇形圆弧横向摆动的横摆机构，横摆机构固定在用于使旋转锉组件与焊缝表面呈弹力压紧状态的弹力装置上，弹力装置固定在高度调节机构上，使弹力装置能够上下垂直运动；高度自适应跟踪控制系统用于自动检测每层焊缝的实时厚度并输出给高度调节机构的高度电机，每焊完一层自动提升或降低旋转锉相同的厚度，以保持旋转锉与焊缝表面始终处于相同的弹力压紧程度。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，旋转锉组件包括旋转锉，旋转锉为回转体结构，体表面有螺旋状的切削刃，烧结型，烧结型旋转锉固定在旋转锉柄的一端，旋转锉柄的另一端为螺柱，与伸入型锉柄连接后，用该切削刃碾碎和切除焊缝表面的脱氧产物。伸入型锉柄为杆状结构，端部设有与旋转锉连接的螺孔，另一端与横摆机构连接。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，旋转锉外形依据焊缝是环形或平直形分别选用锥形、橄榄形或球形。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，横摆机构包括锉柄座，锉柄座一端夹紧伸入型锉柄，另一端通过从动齿轮轴装有从动齿轮，中部由铰链轴固定于齿轮箱内；主动齿轮与步进电机的输出轴连接，主动齿轮与从动齿轮啮合。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，主从动速比为i＝4:1；步进电机12为无刷直流、步距角为0.36°/0.72°。旋转锉1的摆动频率小于5hz，摆幅依据焊接坡口的组对间隙和旋转锉的最大直径确定，通过给定步进电机12的双向工作脉冲数来实现。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，弹力装置包括弹力上座与弹力下座，弹力上座与步进电机刚性连接；弹力上座与弹力下座间用防转滑轨连接，连接后弹力上座与弹力下座可沿防转滑轨上下浮动，最大间距由一端固定在弹力上座或弹力下座上的浮动轴给予限位，，浮动轴一端中穿入圆柱压缩弹簧固定在弹力上座或弹力下座上。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，压缩弹簧为65mn，丝径2.5mm，外径为40mm，自由高度50mm下14匝；工作时弹簧受到压缩时弹力上座与弹力下座间的间距会缩小。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，高度调节机构包括滚珠丝杆座19，固定在滚珠丝杆座19顶端的高度电机，高度电机输出轴依次经过减速机以及联轴器后与滚珠丝杆副的滚珠丝杆一端配接，滚珠丝杆副的螺母副与弹力下座刚性连接。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，高度跟踪自适应控制系统包括高度传感器、可偏程控制器(plc)、传感器座、高度信号处理及其控制运算系统；高度传感器通过传感器座安装于旋转锉的前方，单层单道焊接时高度传感器的检测位置通常位于焊缝的中心。高度传感器按给定采样频率检测的高度信号，经滤波、pid运算、延时后输出给高度调节机构的高度电机，自适应提升或降低旋转锉的高度与实时的焊缝厚度相适应。
在上述的一种窄间隙mag/mig焊自动清渣机，高度传感器采用固体半导体激光高度传感器，光点直径1.5mm，焦距为300mm，配套的plc为安川mp2300型，选用中值滤波，实时控制输出运算的控制策略为pid。为防止焊件强烈热辐射对激光传感工作可靠性的影响，给该激光传感器加装了辐射屏蔽和水冷散热系统。
因此，本发明的自动清渣机具有如下显著优点：1、脱氧产物的清除率可达100％；2、清除过程中不存在冲击和震动，不干扰其它自动焊接系统的正常工作；3、大幅度提高了窄间隙/超窄间隙mag/mig自动焊接施工的生产率，使高强度低效率的人工清渣进入自动化智能化的新阶段；4、本发明不仅仅是用于窄间隙/超窄间隙mag/mig自动焊接场合，也可以用于所以需要清除焊缝表面杂质的各种自动化焊接场合；5、清理脱氧产物的同时将焊缝表面及邻近区域的焊接飞溅也清除了，对焊接工艺缺陷的防止和焊缝质量的合格率提高均有十分有利的作用。
附图说明
附图1是旋转锉的外形示意图。
附图2是伸入型锉柄结构示意图。
附图3是扇形圆弧摆角α与旋转锉作用位置示意图。
附图4是横摆机构、弹力装置与高度调节机构的结构连接示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本发明的自动清渣机主要由旋转锉1、旋转锉柄2、伸入型锉柄3、螺孔4、一侧焊接坡口侧壁5、另一侧焊接坡口侧壁6、锉柄座7、齿轮箱8、主动齿轮9、从动齿轮10、铰链轴11和步进电机12组成。
旋转锉1为硬质合金旋转锉，其刀刃为螺旋线状，烧结型；其外形依据焊缝是环形或平直形分别选用锥形、橄榄形或球形。旋转锉的柄部为螺柱，以便与伸入型锉柄连接后，用该切削刃碾碎和切除焊缝表面的脱氧产物，伸入型锉柄3为圆棒结构，选用304或316型不锈钢材料。
横摆机构的功能是驱动伸入型锉柄并带动旋转锉呈小角度的扇形圆弧横向摆动，以使旋转锉贴近到两坡口侧壁，清除焊缝与两坡口侧壁邻近区域的脱氧产物。由锉柄座7、齿轮箱8、主动齿轮9、从动齿轮10、铰链轴11和步进电机12组成。锉柄座7一端夹紧伸入型锉柄3，另一端通过从动齿轮轴装有从动齿轮10，中部由铰链轴11固定于齿轮箱8内；主动齿轮9与步进电机12的输出轴连接；主从动速比为i＝4:1；步进电机12为无刷直流、步距角为0.36°/0.72°。旋转锉1的摆动频率小于5hz，摆幅依据焊接坡口的组对间隙和旋转锉的最大直径确定，通过给定步进电机12的双向工作脉冲数来实现。
弹力装置由浮动轴16、防转滑轨17、弹力上座13、弹力下座15、弹簧14组成。弹力上座13与步进电机12刚性连接，弹力下座15与高度调节机构的螺母副18刚性连接；弹力上座13与弹力下座15间用防转滑轨17连接，连接后弹力上座13与弹力下座15可沿防转滑轨17一定距离内上下浮动，最大间距由浮动轴16给予限位，压缩弹簧14为65mn，丝径2.5mm，外径为40mm，自由高度50mm下14匝；工作时弹簧14受到压缩时弹力上座13与弹力下座15间的间距会缩小。
高度调节机构由滚珠丝杆副的螺母副18、滚珠丝杆20、滚珠丝杆座19、联轴器21、减速机22、高度电机23组成。选用导程为5mm，外径12mm的单螺母镀cr滚珠丝杆副；行程依据应用对象的焊件厚度加30-50mm确定。滚珠丝杆座19除了安装减速机22和高度电机23、滚珠丝杆19两端的固定外，还兼顾防止螺母副18转动。联轴器21选用螺旋切槽方式，高度电机23选用sgmjv—01a3a6c交流高度电机，减速机22选用速比为40：1的行星齿轮减速机。滚珠丝杆副也可以选导程为3mm的单头梯形螺杆副。
用于层间不间断连续焊接时须增加高度自适应跟踪控制系统。选用固体半导体激光高度传感器，光点直径1.5mm，焦距为300mm，配套的plc为安川mp2300型，选用中值滤波，实时控制输出运算的控制策略为pid。为防止焊件强烈热辐射对激光传感工作可靠性的影响，给该激光传感器加装了辐射屏蔽和水冷散热系统。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明技术作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改和补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明或超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多使用了旋转锉1、旋转锉柄2、伸入型锉柄3、螺孔4、一侧焊接坡口侧壁5、另一侧焊接坡口侧壁6、锉柄座7、齿轮箱8、主动齿轮9、从动齿轮10、铰链轴11、步进电机12、弹力上座13、弹簧14弹力下座15、浮动轴16、防转滑轨17、螺母副18、滚珠丝杆座19、滚珠丝杆20、联轴器21、减速机22、高度电机23等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便描述和解释本发明的本质；把他们解释成任何一种附加的限制都是与本发明相违背的。