CN103831522B - 一种小径管挤压焊封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小径管挤压焊封装置。所述装置中的气缸驱动的“口”型焊接机头配合独特设置的焊接工具实现了小径管的挤压焊封；中频逆变焊接电源准确、稳定与可靠地满足了挤压焊封所需的焊接参数；气路系统提供了气缸驱动焊接工具所需的可调气压；基于PLC的控制系统确保了装置逻辑的准确，参数与程序的调节。

Description

一种小径管挤压焊封装置

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种小径管挤压焊封装置。本发明能够实现小径管挤压、电阻点焊，最终实现密封，且密封部位外包络尺寸不大于小径管直径尺寸。

背景技术

挤压焊封技术实质上是一种特殊的电阻焊接技术，一般应用于密封小直径不锈钢管。美国为了满足密封气体容器的需要，提出并研究了挤压焊封技术。当前该技术在美国主要应用于核能及相关领域某些小直径输气导管的密封中。

挤压焊封技术直接在导管上进行电焊密封，在焊接位置接通电流加热后，导管材料受热软化，电极迅速压缩焊接密封导管。该焊接工艺过程包括两个工艺步骤：（1）在不锈钢管两侧的电极上施加一个大电流；（2）在此之前通过电极和限位模具对导管施加一个较大的压力。在焊接位置接通电流加热后，导管材料受热软化，在电极压力作用下电极迅速压缩导管，建立起电阻焊条件，在此基础上，在焊接压力和焊接电流作用下导管初始内表面实现冶金结合。基于该技术完成的焊封部位往往需要控制导管焊接后的变形状态，对焊后导管尺寸有严格的要求，一般要求焊封部位的外包络尺寸不超过导管的外径，通过在焊点侧面放置限位模具来保证焊封部位的形状和尺寸。

挤压焊封技术相关的研究报道非常少，国外只有美国进行了相关的研究工作，数量有限的研究报告中仅对该技术做了一些简单的介绍，主要涉及使用结果，并没有关于如何实现该技术的具体方法介绍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小径管挤压焊封装置。

本发明的一种小径管挤压焊封装置，结构合理、功能完备，解决了小径管挤压焊封的实现方法问题。

为解决上述问题，本发明提出的方案为：驱动焊接电极和限位模具的四个气缸分别固定在支撑于支撑控制柜体上的“口”型框架四壁上，焊接电极和限位模具通过螺母便捷地固定在气缸上的快换座上，水平安装的焊接电极通过软、硬铜带与焊接电源连接，气路系统的电磁阀、电气比例阀的电控线路和焊接电源的电控线路连接到控制系统上，保证了控制系统对焊接过程的控制。

本发明的小径管挤压焊封装置，其特点是，所述的装置包括执行焊封动作的焊接机头、焊接工具（包括焊接电极和限位模具）、提供焊接能量的焊接电源、提供驱动动力的气路系统、装置的控制系统、兼做装置控制柜的支撑柜体。焊接电源和控制系统置于支撑柜体内。焊接工具与焊接机头相连接；焊接机头经导电软、硬铜带与焊接电源相连接；焊接机头经压缩空气管路与气路系统相连接；焊接电源、气路系统分别经控制电缆与控制系统相连接。

所述的焊机机头的主体是一个“口”型框架，两个焊接电极驱动气缸在框架内侧垂直方向居中位置水平对置并分别与框架左右两侧相连；两个限位模具驱动气缸在框架内侧水平方向居中位置垂直对置并分别与框架上下两侧相连；四个气缸分别经压缩空气管路与气路系统相连接；左右两个气缸实现焊接电极的驱动，上下两个气缸实现限位模具的驱动。四个气缸的运动部件分别由绝缘层隔离后经焊接工具快换连接接头与焊接工具实现连接；其中连接焊接电极的快换连接接头经导电软、硬铜带与焊接电源相连，实现焊接电流从焊接电源到焊接电极的输送。

所述的焊接工具包括焊接电极和限位模具；焊接工具采用导电率高、软化温度高，硬度大的纯钨或铜钨合金材料制作；焊接电极的焊接端面设计为圆柱面，该圆柱面的轴线与电极的轴线垂直，圆柱面的半径根据焊封长度在适当范围内确定。限位磨具主要是用来保证焊封部位的外包络尺寸，即在焊封过程中限制塑性状态下导管材料径向流动，限位模具采用具有相当耐热能力、抗氧化能力和适当高温强度的高温合金材料制作；限位模具的前端面设计为与小径管半径相等的凹圆柱面，垂直于凹圆柱面的轴线、平行于限位模具轴线的方向设计为凹圆柱面，与电极的端面配合。两个焊接电极和两个限位模具配合实现焊封过程和焊封尺寸的控制。

所述的焊接电源，采用中频逆变电阻焊接电源，包括逆变器和变压器两部分，其功率根据小径管的壁厚确定。供电电源、逆变器、变压器、焊接电极依次相连。逆变器与控制系统相连接，实现焊接工艺参数和逻辑的控制。

所述气路系统，主要包括压缩空气气源、气压传感器、过滤降压阀、电气比例阀、精密减压阀、二位五通阀、调速阀、快排阀。整个气路分为两个支路，一个支路为焊接电极的两个驱动气缸提供动力，由压缩空气气源、气压传感器、过滤降压阀、电气比例阀、精密减压阀、二位五通阀、调速阀、快排阀依次连接；输出的压力根据控制系统的控制信号由电气比例阀进行调节。另一支路为限位模具的两个驱动气缸提供动力，由压缩空气气源、气压传感器、过滤降压阀、电气比例阀、精密减压阀、二位五通阀、调速阀、快排阀依次连接；输出的压力通过精密减压阀进行手动调节。

所述控制系统，包括触摸屏、PLC、程序编辑器；触摸屏通过通讯电缆与PLC相连接；PLC通过控制电缆与逆变器、二位五通阀、压力传感器等元件相连接；程序编辑器经通讯电缆与逆变器连接。通过程序编辑器编写焊接程序，内置于逆变器内供焊接时调用。通过触摸屏界面可以输入调用的焊接程序编号、执行焊接过程，同时也可以反馈系统的相关状态和故障等信息；输入的焊接程序编号和执行焊接过程指令经PLC控制程序处理，通过数字信号输入逆变器或执行元件；相关的外部信息经传感器输入PLC，然后可以显示在触摸屏界面上。

所述的兼做装置控制柜的支撑柜体，主要作用包括支撑焊接机头、电器系统和气路系统的控制柜。该支撑柜体是一个长方体柜体，上面支撑焊接机头的位置进行加强处理，下面为了控制系统调试的需要，前后两面开门。在柜子内置一个钢架，钢架与柜子底面相连接，所有控制元件安装固定在支撑钢架上。

本发明的一种小径管挤压焊封装置，能够实现小径管的挤压焊接密封；该装置具有“口”型焊接机头，上下两侧的限位模具在气缸的驱动下可以实现小径管的夹持、限位，左右两侧的焊接电极头在气缸的驱动下可以实现小径管的焊封；焊接电源提供可以达到最大20000A的焊接电流，气路系统在控制系统的控制下实现气缸的驱动，控制系统实现整个装置的参数设置、逻辑控制。

附图说明

图1为本发明的小径管挤压焊封装置结构示意图；

图2为本发明中的焊接机头结构示意图；

图3为本发明中的焊接工具结构示意图；

图4为本发明中的气路系统示意图；

图5为本发明中的控制系统示意图；

图中：1.焊接机头2.气路系统3.焊接电源4.支撑控制柜体5.控制系统6.焊接机头框架7.限位模具气缸8.限位模具绝缘支撑板9.限位模具快换座10.限位模具螺母11.焊接工具12.焊接电极螺母13.焊接电极气缸14.焊接电极绝缘支撑座15.焊接电极快换座16.导电软铜带17.导电硬铜带18.限位模具19.焊接电极20.气源21.过滤减压阀22.电气比例阀23.精密减压阀24.快排阀25.调速阀26.电磁阀27.触摸屏28.程序编程器29.PLC30.压力传感器31.二位五通阀32.逆变器33.焊接变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1中所示，本发明一种小径管挤压焊封装置，包括焊接机头1，气路系统2，焊接电源3，支撑控制柜体4，控制系统5；焊接机头1、气路系统2、焊接电源3、控制系统5均固定安装在支撑控制柜体4上，支撑控制柜体4装有脚轮，可以移动。

如图2中所示，所述的焊接机头1包括焊接机头框架6，限位模具气缸7，限位模具绝缘支撑板8，限位模具快换座9，限位模具螺母10，焊接工具11，焊接电极螺母12，焊接电极气缸13，焊接电极绝缘支撑座14，焊接电极快换座15，导电软铜带16，导电硬铜带17；焊接机头框架6为“口”字形架体，为限位模具气缸7和焊接电极气缸13提供支撑，限位模具绝缘支撑板8、限位模具快换座9依次固定在限位模具气缸7的可运动法兰上，限位模具螺母10可快速地把限位模具18固定在限位模具快换座9上，同理，焊接电极绝缘支撑座14，焊接电极快换座15依次固定在焊接电极气缸13的可运动法兰上，焊接电极螺母12可快速地把焊接电极19固定在焊接电极快换座15上，导电硬铜带17一端固定在焊接电源3上，另一端与导电软铜带16相连，而电软铜带16另一端则连接在焊接电极快换座15上。

如图3中所示，所述的焊接工具11包括限位模具18和焊接电极19；限位模具18的头部加工有圆弧槽来限位小径管和焊接电极19，同时决定了小径管焊接后的形状。

如图4所示，所述的气路系统2包括限位模具气缸7，焊接电极气缸13，气源20，过滤减压阀21，电气比例阀22，精密减压阀23，快排阀24，调速阀25，电磁阀26；快排阀24和调速阀25通过螺纹固定在限位模具气缸7和焊接电极气缸13上，过滤减压阀21、电气比例阀22、精密减压阀23、快排阀24、调速阀25、电磁阀26通过气管互连。

如图5所示，所述的控制系统5包括触摸屏27、PLC29、程序编辑器28；触摸屏27通过通讯电缆与PLC29相连接；PLC29通过控制电缆与逆变器32、二位五通阀31、压力传感器30等元件相连接；程序编辑器28经通讯电缆与逆变器32连接，逆变器32经过电缆与焊接变压器33相连。通过程序编辑器28编写焊接程序，内置于逆变器32内供焊接时调用。通过触摸屏27界面可以输入调用的焊接程序编号、执行焊接过程，同时也可以反馈系统的相关状态和故障等信息；输入的焊接程序编号和执行焊接过程指令经PLC29控制程序处理，通过数字信号输入逆变器32或执行元件；相关的外部信息经传感器输入PLC29，然后可以显示在触摸屏27界面上。

本发明的小径管挤压焊封装置的工作过程是这样的：先把小径管工件放置在挤压焊封位置，手动控制使两个限位模具气缸7分别带着两个限位模具18相向运动，直到两个限位模具18上下顶紧小径管工件，顶紧力大小通过精密减压阀23来调节，之后触动按钮，程序便时序控制两个焊接电极19相向运动并压紧、通电焊接、压力保持、两个焊接电极19回退归位，最后手动控制使两个限位模具气缸7分别带着两个限位模具18回退归位，这样就完成了一个焊接过程；焊接时，两焊接电极19间小径管工件受热熔融软化，焊接电极19把软化的小径管工件材料挤压熔合，从而实现小径管工件的挤压焊封。

Claims (5)

1.一种小径管挤压焊封装置，其特征在于：所述的小径管挤压焊封装置包括焊接机头（1），气路系统（2），焊接电源（3），支撑控制柜体（4），控制系统（5）；其连接关系是，所述焊接机头（1）通过螺钉固定在支撑控制柜体（4）上，气路系统（2）、焊接电源（3）、控制系统（5）均安装在支撑控制柜体（4）内，焊接电源（3）与焊接机头（1）的导电软铜带（16）、导电硬铜带（17）相连，焊接电源（3）的电控线路、气路系统（2）的电气比例阀（22）、电磁阀（26）的电控线路均与控制系统（5）相连。

2.根据权利要求1所述一种小径管挤压焊封装置，其特征在于：所述的焊接机头（1）包含焊接机头框架（6），限位模具气缸（7），限位模具绝缘支撑板（8），限位模具快换座（9），限位模具螺母（10），焊接工具（11），焊接电极螺母（12），焊接电极气缸（13），焊接电极绝缘支撑座（14），焊接电极快换座（15），导电软铜带（16），导电硬铜带（17）；限位模具气缸（7）和焊接电极气缸（13）固定在焊接机头框架（6）的“口”字形架体四壁上，焊接工具（11）的限位模具（18）通过限位模具绝缘支撑板（8）、限位模具快换座（9）、限位模具螺母（10）的相互连接固定在限位模具气缸（7）上，焊接工具（11）的焊接电极（19）通过焊接电极绝缘支撑座（14）、焊接电极快换座（15）、焊接电极螺母（12）的相互连接固定在焊接电极气缸（13）上，导电软铜带（16）一端与焊接电极快换座（15）相连，另一端与导电硬铜带（17）相连，导电硬铜带（17）连接在焊接电源（3）上。

3.根据权利要求2所述一种小径管挤压焊封装置，其特征在于：所述的焊接工具（11）包含限位模具（18）和焊接电极（19）；所述限位模具（18）通过限位模具螺母（10）固定在限位模具快换座（9）上，焊接电极（19）通过焊接电极螺母（12）固定在焊接电极快换座（15）上，小径管工件挤压焊封处的形状由限位模具（18）和焊接电极（19）头部形状决定。

4.根据权利要求1所述一种小径管挤压焊封装置，其特征在于：所述的气路系统（2）包括限位模具气缸（7），焊接电极气缸（13），气源（20），过滤减压阀（21），电气比例阀（22），精密减压阀（23），快排阀（24），调速阀（25），电磁阀（26），所述气路系统（2）中上述各元器件均固定在气路板上；快排阀（24）、调速阀（25）通过螺纹分别固定在限位模具气缸（7）、焊接电极气缸（13）上，过滤减压阀（21）、电气比例阀（22）、精密减压阀（23）、快排阀（24）、调速阀（25）、电磁阀（26）通过气管相连，电气比例阀（22）、电磁阀（26）的电控线路与控制系统（5）相连。

5.根据权利要求1所述一种小径管挤压焊封装置，其特征在于：所述的控制系统（5）包含触摸屏（27），程序编程器（28），PLC（29），压力传感器（30），二位五通阀（31），逆变器（32），焊接变压器（33）；所述触摸屏（27）通过通讯电缆与PLC（29）相连接，PLC（29）通过控制电缆与逆变器（32）、二位五通阀（31）、压力传感器（30）相连接，程序编辑器（28）经通讯电缆与逆变器（32）连接，逆变器（32）经过电缆与焊接变压器（33）相连。