專利名稱：大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在大型鍛件表面熔敷堆焊金屬的特種焊接裝置及其焊接方法，特別是一 種大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置及其方法。
背景技術(shù)：
電弧堆焊技術(shù)是采用熔化極電弧、埋弧、TIG電弧、等離子弧等加熱熔化金屬絲、 金屬帶、金屬粉等，熔化的金屬熔敷在基體表面，凝固后形成堆焊層。常規(guī)的堆焊方法 如熔化極和埋弧堆焊，焊絲自動(dòng)送進(jìn)，電弧產(chǎn)生于焊絲和基體金屬之間，電弧熔化焊絲 形成熔滴，經(jīng)自由、短路或渣壁過(guò)渡在基體表面熔敷，形成堆焊層，效率較高，基體熔 化多；TIG堆焊和等離子堆焊電弧產(chǎn)生于鎢電極和工件之間，焊絲送入電弧爍亮區(qū)下方 獲得加熱并熔化滴入基體表面，凝固后形成堆焊層。
大型鍛件一般重約數(shù)十至數(shù)百公斤，補(bǔ)焊面積一般較小，總體熱輸入不大，堆焊的 快速加熱和快速冷卻易使鍛件焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋，大型鍛件體積大、熱容量大，散熱 快，采用常規(guī)的堆焊工藝方法，鍛件易產(chǎn)生未熔合缺陷，因而避免出現(xiàn)裂紋和未熔合缺 陷是大型鍛件補(bǔ)焊的主要難點(diǎn)之一。目前對(duì)于大型鍛件沒有自動(dòng)壓縮電弧+感應(yīng)復(fù)合熱 源預(yù)制預(yù)置補(bǔ)焊材料的熔敷焊工藝方法的研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型鍛件自動(dòng)壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源預(yù)制預(yù)置補(bǔ)焊 材料的熔敷焊裝置及其方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為 一種大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝 置，包括六軸機(jī)器人，可上下、前后運(yùn)動(dòng)的操作架，工作臺(tái)，焊槍；所述的操作架上設(shè) 置六軸機(jī)器人，該機(jī)器人上設(shè)置感應(yīng)器和悍槍，感應(yīng)器旁設(shè)置溫度傳感器，焊槍可產(chǎn)生 壓縮電弧。
大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置的補(bǔ)焊方法，包括以下步驟
步驟l、根據(jù)大型鍛件的材質(zhì)成分，制備補(bǔ)焊用保護(hù)劑；按照補(bǔ)焊區(qū)域的大小和形態(tài) 制備補(bǔ)焊用熔敷金屬；
步驟2、對(duì)機(jī)器人控制器程序和壓縮電弧參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)；預(yù)設(shè)的控制程序包括感應(yīng) 加熱程序、感應(yīng)器運(yùn)行的軌跡、電弧運(yùn)行的軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接工藝程序；
步驟3、將保護(hù)劑放置在補(bǔ)焊區(qū)域；步驟4、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；通過(guò)六軸機(jī)器人控制感應(yīng)器，使其按照預(yù)設(shè)的感 應(yīng)加熱程序和運(yùn)行的軌跡對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；
步驟5、采集補(bǔ)焊區(qū)溫度，并判斷補(bǔ)焊區(qū)域的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果達(dá)到則執(zhí)行 步驟6，否則繼續(xù)加熱；
步驟6、移走感應(yīng)器，將補(bǔ)焊熔敷金屬預(yù)置在補(bǔ)焊區(qū)域，并將焊槍運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊熔敷金 屬的位置，根據(jù)步驟2預(yù)設(shè)的壓縮電弧參數(shù)和焊接工藝參數(shù)引燃?jí)嚎s電弧，然后按照步
驟2預(yù)設(shè)的電弧運(yùn)行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；
步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過(guò)程的電流、電壓值，通過(guò)存儲(chǔ)在控
制器中的焊接工藝程序進(jìn)行焊接參數(shù)測(cè)控，遞減電流收弧，結(jié)束焊槍運(yùn)動(dòng)程序，并移走
焊槍；
步驟8、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，遞減感應(yīng)熱源功率，移走感應(yīng)器； 歩驟9、對(duì)補(bǔ)焯后的鍛件進(jìn)行擠壓成形改性，結(jié)束補(bǔ)焊。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)、采用了復(fù)合熱源，在堆補(bǔ)焊前改善了鍛 件的溫度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)焊前的預(yù)熱；2)、能根據(jù)需補(bǔ)焊區(qū)域的形態(tài)大小和鍛件成分，采 用粉末預(yù)壓的方法預(yù)制熔敷金屬，保證形態(tài)尺寸和成分，成分和性能調(diào)整非常容易；3)、 采用壓縮電弧，可根據(jù)補(bǔ)焊材料材質(zhì)、形態(tài)大小，改變壓縮電弧的能量密度，獲得優(yōu)質(zhì) 的接頭；4)、采用復(fù)合熱源，可在焊后進(jìn)行后熱處理，調(diào)整冷卻速度，獲得要求的組織； 5)、補(bǔ)焊接頭強(qiáng)度大于熔敷金屬自身的強(qiáng)度。


圖1是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法的流程圖。 圖3是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置的壓縮電弧噴嘴結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置包括六軸機(jī)器 人l，焊槍2,可上下、前后運(yùn)動(dòng)的操作架5，焊接系統(tǒng)6，機(jī)器人控制器7，工作臺(tái)8， 溫度傳感器9;所述的操作架5上設(shè)置六軸機(jī)器人1，該機(jī)器人上設(shè)置感應(yīng)器2-2和焊 槍2，感應(yīng)器2-2旁設(shè)置溫度傳感器9，焊槍2內(nèi)設(shè)置鎢極2-3和噴嘴2-4，鎢極2-3和
5噴嘴2-4可產(chǎn)生壓縮電弧2-l。
補(bǔ)焊前按照大型鍛件3材質(zhì)和大小設(shè)計(jì)制造補(bǔ)焊熔敷金屬4和保護(hù)劑4-1，調(diào)整壓縮電弧2-l的參數(shù)，設(shè)計(jì)壓縮電弧運(yùn)動(dòng)軌跡和焊槍姿態(tài)程序，設(shè)計(jì)復(fù)合感應(yīng)熱源運(yùn)動(dòng)程序，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于機(jī)器人控制器7中。補(bǔ)焊時(shí)先將保護(hù)劑4-l放置在補(bǔ)焊區(qū)域，通過(guò)六軸機(jī)器人1控制的感應(yīng)器2-2按照預(yù)設(shè)的軌跡對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，溫度傳感器9工作，檢測(cè)溫度達(dá)到要求值時(shí)，6軸機(jī)器人l運(yùn)動(dòng)，移走感應(yīng)器2-2;同時(shí)預(yù)置補(bǔ)焊熔敷金屬4，鎢極2-3和噴嘴2-4之間產(chǎn)生壓縮電弧2-l，焊槍2帶動(dòng)壓縮電弧2-l隨6軸機(jī)器人1和操作架5運(yùn)動(dòng)，將焊槍2運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊熔敷金屬4的位置，開始焊接；焊槍運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，熄弧并通過(guò)6軸機(jī)器人1移走焊槍，然后將感應(yīng)器2-2移入補(bǔ)悍區(qū)域，進(jìn)行加熱移動(dòng)，并逐步遞減加熱功率，移走感應(yīng)器2。
結(jié)合圖2，本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法包括以下步驟
步驟l、根據(jù)大型鍛件的材質(zhì)成分，制備補(bǔ)焊用保護(hù)劑；按照補(bǔ)焊區(qū)域的大小和形態(tài)制備補(bǔ)焊用熔敷金屬；
步驟2、對(duì)機(jī)器人控制器程序和壓縮電弧參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)；預(yù)設(shè)的內(nèi)容包括感應(yīng)加熱程序、感應(yīng)器運(yùn)行的軌跡、電弧運(yùn)行的軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接工藝程序；壓縮電弧參數(shù)可以設(shè)為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角ai為100°，第二壓縮角a2為卯°，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長(zhǎng)度h值為2mm,第二噴嘴孔道長(zhǎng)度h,值為1.5mm，第三噴嘴孔道長(zhǎng)度h2值為1.5mm。
步驟3、將保護(hù)劑放置在補(bǔ)焊區(qū)域；
步驟4、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；通過(guò)六軸機(jī)器人控制感應(yīng)器，使其按照預(yù)設(shè)的感應(yīng)加熱程序和運(yùn)行的軌跡對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；
步驟5、采集補(bǔ)焯區(qū)溫度，并判斷補(bǔ)焊區(qū)域的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果達(dá)到則執(zhí)行步驟6，否則繼續(xù)加熱；
步驟6、移走感應(yīng)器，將補(bǔ)焊熔敷金屬預(yù)置在補(bǔ)焊區(qū)域，并將焊槍運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊熔敷金屬的位置，根據(jù)步驟2預(yù)設(shè)的壓縮電弧參數(shù)和焊接工藝參數(shù)引燃?jí)嚎s電弧，然后按照步驟2預(yù)設(shè)的電弧運(yùn)行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；在焊接過(guò)程中，焊槍帶動(dòng)壓縮電弧運(yùn)動(dòng)到距大型鍛件邊緣0.3-0.8mm處，停留0.2-2秒。
步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過(guò)程的電流、電壓值，通過(guò)存儲(chǔ)在控制器中的焊接工藝程序進(jìn)行焊接參數(shù)測(cè)控，遞減電流收弧，結(jié)束焊槍運(yùn)動(dòng)程序，并移走
6焊槍；
步驟8、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，遞減感應(yīng)熱源功率，移走感應(yīng)器；
步驟9、對(duì)補(bǔ)焊后的鍛件進(jìn)行擠壓成形改性，結(jié)束補(bǔ)焊。
上述步驟l中的保護(hù)劑顆粒度為60-180目。保護(hù)劑可保護(hù)感應(yīng)加熱過(guò)程大型鍛件不被氧化，同時(shí)可保護(hù)補(bǔ)焊熔敷金屬熔化產(chǎn)生的熔池不被氧化，熔敷金屬采用粉末預(yù)壓的方法制備，其合金成分與大型鍛件大致相同，碳含量比大型鍛件低10-40%，碳當(dāng)量低20-50%。壓縮電弧參數(shù)，可根據(jù)補(bǔ)焊材料材質(zhì)、形態(tài)大小、厚度以及鍛件的大小等，改變等離子孔道直徑和長(zhǎng)度，調(diào)整壓縮電弧的能量密度，獲得優(yōu)質(zhì)的鍛件補(bǔ)焊接頭。下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。 '
以1500mm直徑40Cr圓盤形端面補(bǔ)焊O60mm深3mm鍛件為例。根據(jù)補(bǔ)焊區(qū)域060mm深3mm的形態(tài)尺寸和40Cr材料，采用鐵粉、Cr粉形成中碳含Cr補(bǔ)焊熔敷金屬，碳含量控制在0.25-0.3%，并壓制成059.8mm高3.3mm的未燒結(jié)的粉末冶金塊，選用能去除Cr、 Fe、 Si、 Mn元素的保護(hù)劑(J05-2)，目數(shù)120。
將保護(hù)劑(J05-2) 20g放入待補(bǔ)焊區(qū)域，設(shè)定了圓形感應(yīng)器O40mm，作圓形運(yùn)動(dòng)，軌跡直徑0)54mm，設(shè)定了焊槍2補(bǔ)焊運(yùn)動(dòng)為沿玄運(yùn)動(dòng)的軌跡，分成12條直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)幅度為2mm，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)控制器7中。
設(shè)計(jì)壓縮電弧2-l參數(shù)，結(jié)合圖3，本發(fā)明的電弧參數(shù)可以為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角on為100。，第二壓縮角(X2角度為90。，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長(zhǎng)度h值為2mm，第二噴嘴孔道長(zhǎng)度hj直為L(zhǎng)5mm，第三噴嘴孔道長(zhǎng)度&值為1.5mm。
采用本專利裝置6軸機(jī)器人1控制的感應(yīng)器2-2按照(D59.8mm大小和圓形形態(tài)，作軌跡直徑(D54mm的圓形運(yùn)動(dòng)，溫度檢測(cè)器9檢測(cè)到鍛件3補(bǔ)焊區(qū)域溫度達(dá)到180-200^時(shí)，停止感應(yīng)加熱；引燃焊槍2鎢極2-3與噴嘴2-4之間的壓縮電弧2-l，焊槍2帶動(dòng)壓縮電弧2-1隨6軸機(jī)器人1和操作架5運(yùn)動(dòng)，將焊槍2運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊熔敷金屬4的圓心位置，開始焊接，電弧隨操作架5和六軸機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)、其軌跡和姿態(tài)根據(jù)補(bǔ)焊區(qū)域和補(bǔ)焊熔敷金屬4的大小、形態(tài)及位置事先確定，即按照12條直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)幅度為2mm，焊槍運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊圓邊時(shí)保持焊槍與邊緣距離0.5mm，停留0.3s，焊接電流220-230A，弧壓23-23.5V，焊速15cm/min，焊接結(jié)束，移走焊槍2，啟動(dòng)感應(yīng)加熱，感應(yīng)器2-2在六軸機(jī)器人1的帶動(dòng)下再作①54mm的圓周運(yùn)動(dòng)，其最大功率為預(yù)熱功率的2/3，感應(yīng)加熱30秒后，逐步降低復(fù)合感應(yīng)加熱功率，30秒后關(guān)閉復(fù)合感應(yīng)加熱電源。
權(quán)利要求
1、一種大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置，包括六軸機(jī)器人[1]，可上下、前后運(yùn)動(dòng)的操作架[5]，工作臺(tái)[8]，焊槍[2]；其特征在于所述的操作架[5]上設(shè)置六軸機(jī)器人[1]，該機(jī)器人上設(shè)置感應(yīng)器[2-2]和焊槍[2]，感應(yīng)器[2-2]旁設(shè)置溫度傳感器[9]，焊槍[2]可產(chǎn)生壓縮電弧[2-1]。
2、 一種基于權(quán)利要求1所述的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置的補(bǔ)焊方 法，其特征在于，包括以下步驟步驟l、根據(jù)大型鍛件的材質(zhì)成分，制備補(bǔ)焊用保護(hù)劑；按照補(bǔ)焊區(qū)域的大小和形態(tài) 制備補(bǔ)焊用熔敷金屬；步驟2、對(duì)機(jī)器人控制器程序和壓縮電弧參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)； 步驟3、將保護(hù)劑放置在補(bǔ)焊區(qū)域；步驟4、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；通過(guò)六軸機(jī)器人控制感應(yīng)器，使其按照預(yù)設(shè)的感 應(yīng)加熱程序和運(yùn)行的軌跡對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；步驟5、采集補(bǔ)焊區(qū)溫度，并判斷補(bǔ)焊區(qū)域的溫度是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果達(dá)到則執(zhí)行 歩驟6，否則繼續(xù)加熱；步驟6、移走感應(yīng)器，將補(bǔ)焊熔敷金屬預(yù)置在補(bǔ)焊區(qū)域，并將焊槍運(yùn)動(dòng)到補(bǔ)焊熔敷金 屬的位置，根據(jù)步驟2預(yù)設(shè)的壓縮電弧參數(shù)和焊接工藝參數(shù)引燃?jí)嚎s電弧，然后按照步 驟2預(yù)設(shè)的電弧運(yùn)行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過(guò)程的電流、電壓值，通過(guò)存儲(chǔ)在控 制器中的焊接工藝程序進(jìn)行焊接參數(shù)測(cè)控，遞減電流收弧，結(jié)束焊槍運(yùn)動(dòng)程序，并移走焊槍；步驟8、對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱，遞減感應(yīng)熱源功率，移走感應(yīng)器； 步驟9、對(duì)補(bǔ)焊后的鍛件進(jìn)行擠壓成形改性，結(jié)束補(bǔ)焊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法，其特征在于， 步驟1中保護(hù)劑的顆粒度為60-180目。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法，其特征在于， 步驟l中的熔敷金屬采用粉末預(yù)壓的方法制備，其合金成分與大型鍛件大致相同，碳含量比大型鍛件低10-40%，碳當(dāng)量低20-50%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法，其特征在于， 步驟2中設(shè)定的壓縮電弧參數(shù)為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角ai為100°，第二壓縮角a2 為90°，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長(zhǎng)度h值為2mm，第二噴嘴孔道長(zhǎng)度ln值為 1.5mm，第三噴嘴孔道長(zhǎng)度h2值為1.5mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊方法，其特征在于， 步驟6的焊接過(guò)程中，焊槍帶動(dòng)壓縮電弧運(yùn)動(dòng)到距大型鍛件邊緣0.3-0.8mm處，停留0.2-2 秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型鍛件壓縮電弧加感應(yīng)復(fù)合熱源補(bǔ)焊裝置及其方法，補(bǔ)焊裝置，包括六軸機(jī)器人，可上下、前后運(yùn)動(dòng)的操作架，工作臺(tái)，焊槍；所述的操作架上設(shè)置六軸機(jī)器人，該機(jī)器人上設(shè)置感應(yīng)器和焊槍，感應(yīng)器旁設(shè)置溫度傳感器，焊槍可產(chǎn)生壓縮電弧。本發(fā)明的補(bǔ)焊方法，包括以下步驟首先根據(jù)大型鍛件的材質(zhì)成分，制備補(bǔ)焊用保護(hù)劑和熔敷金屬；然后對(duì)程序和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)；接著將保護(hù)劑放置在補(bǔ)焊區(qū)域并對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行感應(yīng)加熱；采集補(bǔ)焊區(qū)溫度，并判斷是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，如果沒有達(dá)到則繼續(xù)加熱；加熱完后移走感應(yīng)器，引燃?jí)嚎s電弧開始焊接；焊接結(jié)束后再進(jìn)行感應(yīng)加熱。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)焊前的預(yù)熱，補(bǔ)焊接頭強(qiáng)度大于熔敷金屬自身的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K9/04GK101491856SQ20091002564
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者琦 周, 王克鴻, 葛艷明, 顧民樂(lè), 俊 黃 申請(qǐng)人:江蘇金源鍛造股份有限公司;南京理工大學(xué)