CN103201065B

CN103201065B - 焊接装置

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Publication number: CN103201065B
Application number: CN201080069887.XA
Authority: CN
Inventors: H·拉松; P·拉贾拉
Original assignee: ESAB AB
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: EP2632625B1; CN103201065A; EP2632625A1; US20130220985A1; WO2012057664A1; PL2632625T3; EP2632625A4

Abstract

一种焊接装置在两个工件（P1、P2）之间施加焊接材料，以便将所述工件（P1、P2）彼此机械连接。所述焊接装置具有焊接头（110）和探头（120）。所述焊接头（110）在焊接平面（WP）中沿着操作方向（OD）运送所述焊接装置期间相对于所述工件（P1、P2）执行焊接动作；和所述探头（120），其相对于所述操作方向（OD）布置在所述焊接头（110）的上游，测量所述工件（P1、P2）之间的间隙（G）的几何性质集。因此，所述焊接头（110）可被适当定位以在所述间隙（G）中获得所述焊接材料的所需施加。此外，第一调整构件通过绕基本垂直于所述焊接平面（WP）而定向的第一轴（A1）旋转所述探头（120）和所述焊接头（110）中的至少一个而允许所述探头（120）的位置相对于所述焊接头（110）的位置有角度地变化。因此，促进了在较窄且弯曲的间隙（G）中焊接。

Description

焊接装置

技术领域

本发明大致涉及自动精密焊接。更特定而言，本发明涉及一种焊接装置，其用于在两个工件之间施加焊接材料，以便将所述工件彼此机械连接。

背景技术

用于自动焊接的技术解决方案已经闻名几十年。在许多情况中，焊接材料施加到其中的接头是直的，且工件也许将边缘朝向接头倾斜。在这种情况中，将讨论中的工件焊接到一起通常是直接任务。然而，有时焊接变为更具挑战性的任务，例如如果接头是圆形和/或非常窄时。

US-4,517,438描述了一种具有可旋转喷嘴以将熔化焊接电极朝向焊接物体之间形成的凹槽引导的旋转电弧焊接装置。该设计包括弹簧和刷子配置以允许旋转机构使喷嘴以高速绕轴旋转，以便导致电弧从熔化电极的尖端圆周运动。因此，装置适于焊接管和类似物。

在较窄间隙中焊接通常是一项复杂的任务，即，朝向接头的工件边缘组成基本平行的表面，且这些表面位于彼此靠近。这尤其在接头是弯曲时是这样的。上述专利对于具有某一半径的焊接圆形接头预设了解决方案，其允许喷嘴通过将被接合的物体之间的凹槽。然而，仍然没有在具有非常小半径的窄圆形间隙中，或具有非圆形轮廓的窄且弯曲间隙中焊接的通用解决方案。

发明内容

因此本发明的目的是缓和上述问题并提供将焊接材料施加到弯曲且窄接头中的灵活且具成本效益的解决方案。

根据本发明，通过最初描述的配置可实现该目的，其中焊接装置包括第一调整构件，其被构造来通过绕基本垂直于焊接平面而定向的第一轴旋转探头和焊接头中的至少一个而允许探头的位置相对于焊接头的位置有角度地变化。

这个焊接装置是有利的，因为该设计允许在具有圆形以及非圆形的弯曲轮廓的非常窄的接头中自动焊接。

根据本发明的一个优选实施方案，第一调整构件与控制构件相关，其被构造来相对于焊接头以相对于第一轴的特定角度锁定探头。因此，焊接装置可方便地对于具有某一半径的焊接圆形接头被优化。

根据本发明的另一优选实施方案，焊接装置包括自动控制构件，其被构造来响应于主信号而控制第一调整构件，主信号优选地基于由探头测量的几何性质集。从而，在沿着操作方向运送焊接装置期间，探头与焊接头之间的角度关系可相对于相对第一轴的角度而适应地变化。自然，当焊接相对复杂的弯曲接头时(例如具有非圆形轮廓)这是有利的。

根据本发明的又另一优选实施方案，第一调整构件包括手动可控制设置构件，其被构造来定义相对于焊接头相对于第一轴锁定探头的特定角度。当快速适应性的需求相对较低时这种不复杂且具成本效益的设计是可取的。

根据本发明的再另一优选实施方案，探头包括两个主要传感器构件，其被构造来寄存表示工件之间的间隙的几何性质集中的至少一个子集的数据。每个主要传感器构件在此专门被构造来在沿着操作方向运送焊接装置期间与邻接间隙的两个工件各自的壁接触。从而，可例如计算焊接电极与每个工件之间的各自距离。

根据本发明的额外优选实施方案，每个主要传感器构件的近端枢轴地附接到探头的中心元件。此外，每个主要传感器构件包括远端，且探头包括至少一个弹性元件，其被构造来在主要传感器构件上施加相对于彼此的排斥力，以便导致其远端在沿着操作方向运送焊接装置期间维持与各自邻接的壁接触，同时允许探头的电极与邻接的壁之间的横向距离变动。因此，可以稳定且可靠的方式确定工件之间的间隙的几何性质。

根据本发明的另一优选实施方案，探头包括光学传感器构件，其被构造来无接触地寄存表示工件之间的间隙的几何性质集中的至少一个子集的数据。对于许多应用，这是对上文所提的机械传感器构件的可行替代或补充。

根据本发明的又另一优选实施方案，焊接装置包括第二调整构件，其被构造来绕第二轴相对于焊接头旋转探头，使得焊接头获得相对于探头的倾斜角。第二轴基本平行于焊接平面而定向(即，基本垂直于第一轴)。因而，焊接动作可方便地瞄准接头内的不同区域，例如，在其内施加不同焊珠。

根据本发明的再另一优选实施方案，焊接装置包括助焊剂通道，其被构造来将助焊剂施加在工件之间的间隙中。助焊剂通道具有出口，其相对于操作方向布置在焊接头的上游和探头的下游。因此，可在没有干扰测量接头外形的几何性质的情况下施加足量助焊剂。

根据本发明的额外优选实施方案，焊接头被构造来管理将至少一个熔化电极丝供应到工件之间的间隙中。因而，可使焊接过程具有高效率。也使得可使焊接进一步适应接头的具体性质。

一般而言，本发明是有利的，因为其能够在具有陡边的窄接头中进行高精密焊接。因此所述解决方案非常适于反应罐和其它要求苛刻的厚金属板接合的焊接。

本发明的附加优点、有利特征和应用将从下文描述和从属权利要求变得显然。

附图说明

现在借助于作为实例公开的优选实施方案且参考附图而更详尽地解释本发明。

图1根据本发明示意地图示焊接头和探头可如何相对于彼此成角度；

图2图示所提出的焊接装置可如何用于将焊接材料施加在两个通用工件之间的间隙中；

图3a示出根据本发明的第一实施方案的控制构件；

图3b示出根据本发明的第二实施方案的控制构件；

图4示出根据本发明的一个实施方案的焊接装置可如何用于接合两个工件的具体实例；

图5图示根据本发明的一个实施方案的探头如何检验将被接合的工件之间的间隙；

图6根据本发明的一个实施方案示意地图示焊接头可如何相对于探头倾斜；和

图7示出图5中的焊接装置的更详细透视图。

具体实施方式

我们首先参考图1和图2。图1根据本发明示意地图示焊接头110和探头120可如何相对于彼此成角度，且图2示出图示这个特征可如何用于将焊接材料施加在两个通用工件P1与P2之间的弯曲间隙G中的透视图。

所提出的焊接装置包括焊接头110、探头120和第一调整构件。焊接头110被构造来在焊接平面WP中沿着操作方向OD运送焊接装置期间相对于工件P1和P2执行焊接动作。结果，两个工件P1和P2变得彼此机械连接。焊接平面WP在此是含有焊接装置所遵循的路径的假想表面。假设工件P1和P2是平坦的，那么焊接平面WP通常基本平行于工件P1和P2的顶表面。

探头120相对于操作方向OD布置在焊接头110的上游。此外，探头120被构造来测量工件P1与P2之间的间隙G的几何性质集，例如间隙G的宽度和/或焊接电极与分别每个工件P1和P2之间的估计的各自距离。因此，基于几何性质集，可将焊接头110定位在间隙G中使得在间隙G中获得焊接材料的所需施加。

第一调整构件优选地包括接头(例如，由枢纽或枢轴表示)且被构造来通过绕基本垂直于焊接平面WP而定向的第一轴A1旋转探头120和焊接头110中的至少一个而允许探头120的位置相对于焊接头110的位置有角度地变化。现将参考图3a和图3b更详细地描述第一调整构件。

图3a示出根据本发明的第一实施方案的具有接头310和控制构件的第一调整构件。第一轴A1经过接头310，其允许焊接头110相对于探头120成角度，如上文所述。此外，第一调整构件与控制构件320、330、335、340和345相关，所述控制构件被构造来相对于焊接头110以相对于第一轴A1的特定角度α1锁定探头120。在此，控制构件包括杆320，分别在焊接头110和探头120上的灵活附接点330和335，和锁定螺栓340和345。杆320与灵活附接点330和335互连，且锁定螺栓340和345布置在杆320上以使探头120与焊接头110之间的距离固定，使得其之间的角度α1获得特定值。锁定螺栓340和345可经由适当工具(例如扭矩扳手)手动控制。

图3b示出根据本发明的第二实施方案的控制构件。该设计在此基本上与图3a中的设计相同。然而，根据第二实施方案，焊接装置包括自动控制构件，如电动机350。电动机350布置在杆320上，且被构造来旋转杆320，使得第一调整构件310的第一角度α1响应于其而变化。继而响应于优选地基于由探头120测量的几何性质集的主信号S_M而控制电动机350。因而，在沿着操作方向OD运送焊接装置期间，自动控制构件可适应地调整探头120与焊接头110之间的角度关系，使得这个关系以适应于间隙G的性质的方式相对于相对第一轴A1的角度α1而变化。如果角度α1要获得超过180°的值(为处理相反方向上的弯曲)，那么除了杆320和电动机350之外还可能需要辅助控制构件(没有示出)。

图4示出根据本发明的一个实施方案的焊接装置100用于分别以联接件和管的形式接合两个工件P1和P2的具体实例。在这种情况中，因为工件P1与P2之间的间隙G具有恒定半径，所以根据上文的第一实施方案，优选地相对于焊接头110以相对于第一轴A1的特定角度α1而锁定探头120。尽管如此，根据第二实施方案的设计同样也适用于此。

图5图示根据本发明的一个实施方案的探头120如何被构造来检验将被接合的两个工件P1与P2之间的间隙G。这个实施方案的探头120包括两个主要传感器构件S_R和S_L，其被构造来寄存表示上文所提的工件P1与P2之间的间隙G的几何性质集中的至少一个子集的数据。在沿着操作方向OD运送焊接装置期间，每个主要传感器构件S_R和S_L被构造来与工件P1和P2各自的壁W1和W2物理接触，所述壁W1和W2邻接间隙G。

为了这个目的，每个主要传感器构件S_R和S_L分别的近端S_Rp和S_Lp优选地经由枢转轴P枢轴地附接到探头120的中心元件。每个主要传感器构件S_R和S_L分别具有远端S_Rd和S_Ld。此外，配置至少一个弹性构件510以在主要传感器构件S_R和S_L上施加相对于彼此的排斥力。结果，通过绕枢转轴P旋转主要传感器构件S_R和S_L而分离远端S_Rd和S_Ld，且在沿着操作方向OD运送焊接装置期间远端S_Rd和S_Ld被带入维持与各自邻接的壁W1和W2接触。同时，取决于间隙G的几何特性和如何控制其内焊接装置的路径，横向距离d_R和d_L分别可在探头120的电极E1(见图6和图7)与邻接的壁W1和W2之间变化。

为在较大接头中(即，间隙G相对较宽和/或较深之处)最优地焊接，在焊接过程期间如果焊接头110可相对于探头120的位置倾斜一般是优选的，使得可取决于接头的几何性质和/或任何先前焊珠已施加在哪里而以定制方式将焊接材料施加到接头内的具体区域。图6根据本发明的一个实施方案示意地图示焊接头110可如何相对于探头120而倾斜，且因此到达接头内的具体区域。根据这个实施方案，焊接装置具有第二调整构件(没有示出)，所述第二调整构件被构造来相对于焊接头110绕第二轴A2而旋转探头120，使得焊接头110获得相对于探头120的倾斜角α2。在此第二轴A2基本平行于焊接平面WP而定向，即，基本垂直于第一轴A1。

图7示出图5中的焊接装置100的更详细透视图。如可看到，焊接装置100包括上文参考图5所描述的机械类型的主要传感器构件S_R和S_L。然而根据本发明的一个实施方案，探头120取而代之配有光学传感器构件，其被构造来无接触地寄存表示工件P1与P2之间的间隙G的几何性质集中的至少一个子集的数据。光学传感器构件优选地包括以LED(发光二极管)或激光单元的形式的强大光源。这种光学传感器构件有利使可靠且紧凑的设计成为可能。作为又另一替代或补充，可使用声学传感器构件。

为实现潜弧焊接，焊接装置100还可以包括助焊剂通道140，其被构造来将助焊剂引入工件P1与P2之间的间隙G中。助焊剂通道140具有出口141，其相对于操作方向OD布置在焊接头110的上游和主要传感器构件S_R和S_L的下游。

根据本发明的一个优选实施方案，焊接头110被构造来管理将一个或多个熔化电极丝供应到工件P1与P2之间的间隙G中。图7示出两个这种电极丝E1和E2。因此，焊接头110设有至少两个焊丝输出111和112，其被构造来送出各自电极。输出111和112优选地被配置使得第一电极E1的伸出部分相对于第二电极E2的伸出部分成角度。也就是说，从而可使焊接过程具有高效率。也使得可使焊接进一步适应接头的具体性质。

当在本说明书中使用时，术语“包括”被视作指定存在所陈述的特征、整数、步骤或组件。然而，该术语不排除存在或添加一个或多个附加特征、整数、步骤或组件或其群集。

本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应视作承认或任何提议所引用的现有技术组成澳大利亚或任何其它国家中共同常识的一部分。

本发明不限于图中所述的实施方案，而是可在权利要求的范畴内自由变化。

Claims

1.一种焊接装置(100)，其用于在两个工件(P1、P2)之间施加焊接材料，以便将所述工件(P1、P2)彼此机械连接，所述焊接装置(100)包括：

焊接头(110)，其被构造来在焊接平面(WP)中沿着操作方向(OD)运送所述焊接装置(100)期间相对于所述工件(P1、P2)执行焊接动作，和

探头(120)，其相对于所述操作方向(OD)布置在所述焊接头(110)的上游，所述探头(120)被构造来测量所述工件(P1、P2)之间的间隙(G)的几何性质集，以便使所述焊接头(110)定位以在所述间隙(G)中获得所述焊接材料的所需施加，其特征在于所述焊接装置(100)包括第一调整构件(310)，其被构造来通过绕基本垂直于所述焊接平面(WP)而定向的第一轴(A1)旋转所述探头(120)和所述焊接头(110)中的至少一个而允许所述探头(120)的位置相对于所述焊接头(110)的位置有角度地变化，

其中，所述第一调整构件(310)与控制构件(320、330、335、340、345、350)相关，该控制构件(320、330、335、340、345、350)包括杆(320)，所述杆分别与焊接头(110)和探头(120)上的灵活附接点(330，335)互连，所述控制构件(320、330、335、340、345、350)被构造来相对于所述焊接头(110)以相对于所述第一轴(A1)的特定角度(α1)锁定所述探头(120)。

2.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其包括自动控制构件(320、350)，所述自动控制构件被构造来响应于主信号(S_M)而控制所述第一调整构件(310)，使得在沿着所述操作方向(OD)运送所述焊接装置(100)期间所述探头(120)与所述焊接头(110)之间的角度关系相对于相对所述第一轴(A1)的所述角度(α1)而变化。

3.根据权利要求2所述的焊接装置(100)，其中所述主信号(S_M)是基于由所述探头(120)测量的所述几何性质集。

4.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其中所述第一调整构件(310)包括手动可控制设置(320、340、345)构件，其被构造来定义相对于所述焊接头(110)相对于所述第一轴(A1)锁定所述探头(120)的所述特定角度(α1)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的焊接装置(100)，其中所述探头(120)包括两个主要传感器构件(S_R、S_L)，其被构造来寄存表示所述工件(P1、P2)之间的所述间隙(G)的所述几何性质集中的至少一个子集的数据，每个所述主要传感器构件(S_R、S_L)被构造来在沿着所述操作方向(OD)运送所述焊接装置(100)期间与邻接所述间隙(G)的所述两个工件(P1、P2)各自的壁(W1、W2)接触。

6.根据权利要求5所述的焊接装置(100)，其中每个所述主要传感器构件(S_R、S_L)的近端(S_Rp、S_Lp)枢轴地附接到所述探头(120)的中心元件(125)，每个所述主要传感器构件(S_R、S_L)包括远端(S_Rd、S_Ld)，所述探头(120)还包括至少一个弹性构件(510)，其被构造来在所述主要传感器构件(S_R、S_L)上施加相对于彼此的排斥力，以便在沿着所述操作方向(OD)运送所述焊接装置(100)期间促使其所述远端(S_Rd、S_Ld)维持与所述各自邻接的壁(W1、W2)接触，同时允许所述探头(120)的电极(E1)与所述邻接的壁(W1、W2)之间的横向距离(d_R、d_L)变动。

7.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其中所述探头(120)包括光学传感器构件，其被构造来无接触地寄存表示所述工件(P1、P2)之间的所述间隙的所述几何性质集中的至少一个子集的数据。

8.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其包括第二调整构件，其被构造来相对于所述焊接头(110)绕第二轴(A2)旋转所述探头(120)使得所述焊接头(110)获得相对于所述探头(120)的倾斜角(α2)，所述第二轴(A2)基本平行于所述焊接平面(WP)而定向。

9.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其包括助焊剂通道(140)，其被构造来在所述工件(P1、P2)之间的所述间隙(G)中施加助焊剂，所述助焊剂通道(140)具有出口(141)，其相对于所述操作方向(OD)布置在所述焊接头(110)的上游和所述探头(120)的下游。

10.根据权利要求1所述的焊接装置(100)，其中所述焊接头(110)被构造来管理将至少一个熔化电极丝(E1、E2)供应到所述工件(P1、P2)之间的所述间隙(G)中。