專利名稱：炮彈銅合金導(dǎo)帶tig自動(dòng)堆焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體說就是炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法。
背景技術(shù)：
鋼基體表面堆敷銅合金層可以改善鋼材的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和表面硬度，這種技術(shù) 廣泛用于航空航天領(lǐng)域和兵器制造業(yè)領(lǐng)域。例如炮彈彈帶的裝配，傳統(tǒng)工藝采用機(jī)械方式 在鋼基體上嵌合銅合金環(huán)，這種方式增加了應(yīng)力集中，削弱了彈體強(qiáng)度，環(huán)槽處的壁厚會(huì)使 該處彈體內(nèi)孔孔徑縮小，從而增加了加工彈體的工藝難度，減少了裝藥量，降低爆炸威力。 同時(shí)，在彈體上加工環(huán)槽費(fèi)工時(shí)、刀具，增加生產(chǎn)成本。當(dāng)今世界炮彈的發(fā)展趨勢(shì)為大口徑、薄彈壁、多彈頭、一彈多能，開發(fā)智能炮彈。提 高彈丸戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵技術(shù)是彈帶裝配技術(shù)，多年來一直是困擾我國炮彈設(shè)計(jì)制造的技術(shù)瓶 頸，采用機(jī)械嵌合方式的彈帶裝配已經(jīng)不能適應(yīng)未來炮彈的發(fā)展趨勢(shì)。鑒于采用焊接工藝進(jìn)行彈帶裝配的顯著優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外對(duì)彈帶焊接技術(shù)展開了廣泛 的研究，涉及的焊接方法包括擴(kuò)散焊彈帶耦合技術(shù)、激光焊技術(shù)、火焰噴焊技術(shù)、電子束軸 向焊接技術(shù)等，這些方法均有一定的難度和局限性，并沒有應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。由于堆焊是 以基體作為一個(gè)電極，且電弧加熱溫度和熱量不均勻，并且基體極易熔化。常規(guī)堆焊稀釋率 往往大于10%，即便是帶極堆焊也有相當(dāng)大的稀釋率，滲鐵成了堆焊工藝的技術(shù)難點(diǎn)與影 響焊接性能的重要因素。由于鐵與銅合金有較大的物理性能差異，當(dāng)過量的鐵進(jìn)入銅合金 層時(shí)，會(huì)在銅合金層內(nèi)造成極大的應(yīng)力集中及嚴(yán)重的滲透裂紋缺陷。同時(shí)，過量的鐵還會(huì)使 銅合金層的硬度急劇升高，使銅合金層的摩擦磨損性能發(fā)生極大改變。在航空航天和兵器 制造業(yè)的產(chǎn)品制造中，往往要求極低的稀釋率甚至要求零稀釋率即無熔深。而目前國內(nèi)的 堆焊大多采用手工電弧堆焊工藝，不僅焊接效率低，而且焊接質(zhì)量差、堆焊層稀釋率低。因 而，研究高質(zhì)量、高效率、超薄熔深的焊接工藝及相應(yīng)的炮彈自動(dòng)焊接裝置，對(duì)提高炮彈生 產(chǎn)效率及我國國防事業(yè)的發(fā)展，具有重要的理論意義和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以保證優(yōu)質(zhì)的彈帶焊接工藝、采用熱絲、冷絲雙絲 送絲系統(tǒng)、提高焊接效率、降低堆焊層的稀釋率、采用PLC控制系統(tǒng)的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG 自動(dòng)堆焊方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的焊接工藝過程如下步驟一通過PLC人機(jī)控制界面，控制焊接機(jī)頭與焊接工件運(yùn)動(dòng)，對(duì)中焊槍與工件 的相對(duì)位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進(jìn)兩種模 式，堆焊較窄彈帶時(shí)彈體采用勻速轉(zhuǎn)動(dòng)模式，堆焊彈帶較寬時(shí)采用步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)模式，冷絲、熱 絲送絲速度、焊接機(jī)頭擺動(dòng)幅度與速度、提弧時(shí)間與電流的參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察與調(diào)節(jié)；步驟二 焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移動(dòng)到位，引燃熱絲電 弧、焊接主電弧，同時(shí)熱絲、冷絲送進(jìn)；
步驟三堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm ；而后采用滿足彈帶成 形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周至堆焊起始位置時(shí)，提升電弧高度，同時(shí)降低 焊接速度，提升焊接電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減，電弧 熄滅，送絲停止，完成一個(gè)彈帶的焊接；步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源，停氣、停水后由下料裝置移下工件，同時(shí)上料 機(jī)構(gòu)固定下一炮彈彈體，進(jìn)行下一個(gè)彈帶的堆焊過程。本發(fā)明簡(jiǎn)化加工工藝，降低生產(chǎn)成本，減少了傳統(tǒng)工藝的加工工序，減少生產(chǎn)時(shí)間 和工作量，提高了生產(chǎn)率，降低材料消耗，節(jié)省成本。提高了連接可靠性，焊接工藝重復(fù)性 好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。優(yōu)化彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了藥室結(jié)構(gòu)，有利于解決帶槽強(qiáng)度差、安 全裕度小的問題。本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法，是一種高效、自動(dòng)、低稀釋率 的炮彈導(dǎo)帶焊接裝置，可以提供優(yōu)質(zhì)的彈帶焊接工藝，采用熱絲、冷絲雙絲送絲系統(tǒng)，提高 焊接效率、降低堆焊層的稀釋率，同時(shí)采用PLC控制系統(tǒng)，精確控制焊接過程參數(shù)與工裝定 位，尤其是焊接電流波形、送絲速度的嚴(yán)格控制，保證了堆焊彈帶層特別是搭接處的美觀焊 縫成型。


圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明熱絲系統(tǒng)原理圖；圖3為本發(fā)明彈體自動(dòng)堆焊系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)框圖；圖4為焊接電流與彈體轉(zhuǎn)動(dòng)、送絲速度曲線；圖5為彈帶自動(dòng)堆焊流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1，結(jié)合圖1，本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法是由炮彈銅合金導(dǎo) 帶TIG自動(dòng)堆焊裝置實(shí)現(xiàn)的，它是由焊接系統(tǒng)(21)、焊接系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)02)和彈體運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)03)組成的，焊接系統(tǒng)連接焊接系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(22)，焊接系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)02)連接彈體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)03)。所述的焊接系統(tǒng)包括冷絲送絲機(jī)(1)、熱絲送絲機(jī)O)、熱絲電源(3)、TIG堆 焊焊接電源、焊槍(5)、冷絲送絲嘴(6)、熱絲送絲嘴(7)、彈體背部水淋管(8)和水箱 (9)，冷絲送絲機(jī)(1)連接熱絲送絲機(jī)O)，熱絲送絲機(jī)( 連接熱絲電源(3)，TIG堆焊焊 接電源(4)設(shè)置在裝置的右側(cè)，焊槍( 連接冷絲送絲嘴(6)和熱絲送絲嘴(7)，彈體背部 水淋管(8)設(shè)置在冷絲送絲嘴(6)和熱絲送絲嘴(7)的下方，水箱(9)設(shè)置在TIG堆焊焊 接電源⑷的右側(cè)。所述的焊接系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)0 是由焊接機(jī)頭縱向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)、焊接 機(jī)頭對(duì)中調(diào)節(jié)旋鈕(11)、焊接機(jī)頭縱向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(12)、焊接機(jī)頭橫向擺動(dòng)系統(tǒng)(1 和焊接 機(jī)頭橫向擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)組成的，焊接機(jī)頭縱向運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(10)連接焊接機(jī)頭對(duì)中 調(diào)節(jié)旋鈕(11)和焊接機(jī)頭縱向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(12)，焊接機(jī)頭橫向擺動(dòng)系統(tǒng)(1 連接焊接機(jī)頭 橫向擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)。
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所述的彈體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括氣壓缸(1 、頂緊座(16)、托架(17)和彈體轉(zhuǎn)動(dòng) 驅(qū)(18)，氣壓缸(1 連接頂緊座(16)，托架(17)設(shè)置在裝置中部，彈體轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)(18)設(shè)置 在托架(17)左側(cè)。圖1中，(19)為控制面板，(20)為堆焊彈體。實(shí)施例2，結(jié)合圖1，圖2，本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法，焊接工藝過程 如下步驟一通過PLC人機(jī)控制界面，控制焊接機(jī)頭與焊接工件運(yùn)動(dòng)，對(duì)中焊槍與工件 的相對(duì)位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進(jìn)兩種模 式，堆焊較窄彈帶時(shí)彈體采用勻速轉(zhuǎn)動(dòng)模式，堆焊彈帶較寬時(shí)采用步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)模式，冷絲、熱 絲送絲速度、焊接機(jī)頭擺動(dòng)幅度與速度、提弧時(shí)間與電流的參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察與調(diào)節(jié)；步驟二 焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移動(dòng)到位，引燃熱絲電 弧、焊接主電弧，同時(shí)熱絲、冷絲送進(jìn)；步驟三堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm ；而后采用滿足彈帶成 形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周至堆焊起始位置時(shí)，提升電弧高度，同時(shí)降低 焊接速度，提升焊接電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減，電弧 熄滅，送絲停止，完成一個(gè)彈帶的焊接；步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源，停氣、停水后由下料裝置移下工件，同時(shí)上料 機(jī)構(gòu)固定下一炮彈彈體，進(jìn)行下一個(gè)彈帶的堆焊過程。實(shí)施例3，結(jié)合圖1，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊裝置，具有自動(dòng)上 料及裝夾機(jī)構(gòu)，焊接機(jī)頭可按要求的彈帶寬度進(jìn)行自動(dòng)擺動(dòng)，焊接機(jī)頭可以實(shí)現(xiàn)X-Y 二維 方向的自由運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)Z方向的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)焊槍與堆焊彈體的對(duì)中；彈體在彈體旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下可進(jìn)行勻速和步進(jìn)旋轉(zhuǎn)兩種轉(zhuǎn)動(dòng)模式，其中勻速旋轉(zhuǎn)適合于較窄彈帶焊 接，步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)適合于較寬彈帶焊接。所有焊接參數(shù)均可以由控制面板預(yù)先設(shè)定并可以進(jìn)行 焊接實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。工件運(yùn)動(dòng)方式是通過頂緊座、托架氣動(dòng)裝置固定待堆焊彈體，焊接 機(jī)頭通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)可沿運(yùn)動(dòng)絲杠進(jìn)行X-Y方向的二維自由運(yùn)動(dòng)；同時(shí)也可以在對(duì)中調(diào)節(jié)旋 鈕調(diào)節(jié)下進(jìn)行Z方向?qū)χ姓{(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)；堆焊彈體可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行勻速和步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成 圓周彈帶的焊接；焊接過程中，可以通過焊接機(jī)頭的橫向擺幅來控制堆焊彈帶的寬度；采 用兩套獨(dú)立送絲機(jī)構(gòu)，分別控制冷絲與熱絲的送進(jìn)速度。本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法，采用冷絲、熱絲雙絲送絲系統(tǒng)，提高堆 焊效率和美觀彈帶成形；采用彈體背部水冷系統(tǒng)，降低鋼基體中狗元素向堆焊銅合金層中 的擴(kuò)散，同時(shí)減小薄彈壁基體的變形；采用PLC為主控制器，完成焊接過程各個(gè)執(zhí)行動(dòng)作的 控制、焊接參數(shù)控制以及位置信號(hào)與焊接參數(shù)的檢測(cè)等功能。為了保證彈帶堆焊過程的自 動(dòng)化及控制彈帶的成形，堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm ；而后采用滿足 彈帶成形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周至堆焊起始位置時(shí)，提升電弧高度，同 時(shí)降低焊接速度，提升焊接電流，完成起始起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電 流衰減，電弧熄滅，送絲停止，完成一個(gè)彈帶的焊接。實(shí)施例4，結(jié)合圖4、圖5，本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法，具有以下技術(shù) 特征采用兩套獨(dú)立送絲機(jī)構(gòu)，同時(shí)熔化不同材質(zhì)的冷絲與熱絲、提高焊接效率、優(yōu)化彈帶成形與性能；采用背部水冷方式，降低彈體熔化量及對(duì)堆焊層的稀釋率；采用兩部主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分別驅(qū)動(dòng)焊槍自動(dòng)擺動(dòng)及焊接過程中彈體的自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊裝置，包括兩套焊接電源，分別用于預(yù)熱焊絲與 熔化焊絲完成堆焊過程；采用自動(dòng)上料、下料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)流水線式自動(dòng)化生產(chǎn)；通過保護(hù)屏 和控制臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制；采用PLC控制系統(tǒng)控制整個(gè)焊接過程中焊接移動(dòng)裝置及焊接工件的固定與移動(dòng)、 焊接參數(shù)的設(shè)定與實(shí)時(shí)控制；采用圖4所示的變化電流、變化彈體轉(zhuǎn)速和變速送絲速度來保證彈帶搭接處的成 形，整個(gè)彈帶的焊接流程圖如圖5所示。
權(quán)利要求
1. 一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法，其特征在于焊接工藝過程如下 步驟一通過PLC人機(jī)控制界面，控制焊接機(jī)頭與焊接工件運(yùn)動(dòng)，對(duì)中焊槍與工件的相 對(duì)位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進(jìn)兩種模式， 堆焊較窄彈體時(shí)彈體采用勻速轉(zhuǎn)動(dòng)模式，堆焊彈體較寬時(shí)采用步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)模式，冷絲、熱絲送 絲速度、焊接機(jī)頭擺動(dòng)幅度與速度、提弧時(shí)間與電流的參數(shù)，實(shí)時(shí)觀察與調(diào)節(jié)；步驟二 焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移動(dòng)到位，引燃熱絲電弧、 焊接主電弧，同時(shí)熱絲、冷絲送進(jìn)；步驟三堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm ；而后采用滿足彈帶成形尺 寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周至堆焊起始位置時(shí)，提升電弧高度，同時(shí)降低焊 接速度，提升焊接電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減，電弧熄 滅，送絲停止，完成一個(gè)彈帶的焊接；步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源，停氣、停水后由下料裝置移下工件，同時(shí)上料機(jī)構(gòu) 固定下一炮彈彈體，進(jìn)行下一個(gè)彈帶的堆焊過程。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種采用熱冷絲雙絲送絲系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動(dòng)堆焊方法。焊接工藝過程包括通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進(jìn)兩種模式，堆焊較窄彈帶時(shí)彈體采用勻速轉(zhuǎn)動(dòng)模式，堆焊彈帶較寬時(shí)采用步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)模式，焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移動(dòng)到位，引燃熱絲電弧、焊接主電弧，同時(shí)熱絲、冷絲送進(jìn)；堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm；本發(fā)明簡(jiǎn)化加工工藝，降低生產(chǎn)成本。減少了傳統(tǒng)工藝的加工工序，減少生產(chǎn)時(shí)間和工作量，提高了生產(chǎn)率，降低材料消耗，節(jié)省成本。焊接工藝重復(fù)性好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B23K9/04GK102133673SQ20111004434
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者呂世雄, 曲杰, 楊士勤, 楊濤, 陳基明, 黃永憲 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)