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CN114951921B - 一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙gmaw焊接装置 - Google Patents

一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙gmaw焊接装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其包括焊枪主体和一对焊枪杆。焊枪主体形成有对称的一对焊枪通道，且一对焊枪通道之间具有夹角。各焊枪杆能够分别设置于一个焊枪通道，使一对焊枪杆具有相对靠近的焊接端，焊枪杆的焊接端还转动地设置有用于输送焊丝的导电嘴，导电嘴的转动轴平行于一对焊枪通道的对称轴，以使导电嘴输送的焊丝倾斜于转动轴并能够绕转动轴转动。上述焊接装置可避免出现未熔合缺陷，可通过导电嘴改变不同焊接模式，增大中部槽焊接的热输入范围；可避免复杂的参数设计，简化整体结构。此装置旨在更大程度地改善煤机刮板输送机中部槽厚板常规焊接是接头变形大及组织性能差等问题。

Description

一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置
技术领域
本申请属于焊接技术领域，特别涉及一种高效的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置。
背景技术
窄间隙焊接技术是最潜力的厚板焊接方法之一。其特点在于焊前不开坡口或只开小角度坡口，焊缝填充截面窄且构件变形小，焊接更省时、焊接质量高。
窄间隙熔化极气体保护焊接方法(gas metal arc welding,GMAW)焊接操作较为灵活，具有较高的焊接效率。然而未熔合缺陷是窄间隙焊接技术发展的技术障碍。未熔合缺陷是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。双丝GMAW窄间隙焊接从一定程度上可以消除未熔合缺陷。
现有的双丝GMAW窄间隙焊接装置通常采用焊丝摆动的形式，即通过在焊接过程中使焊丝往复摆动来解决上述未熔合缺陷，但是为精确控制，焊丝摆动结构势必会加大双丝GMAW窄间隙焊接装置的工作参数，造成设备结构和程序都更复杂，成本更高。且焊接过程中，对于不同焊接需求的熔池形式也会不尽相同，例如在煤机刮板输送机中部槽的加工过程中，就需要根据不同的需求来控制焊接应力及调控焊缝组织，而现有双丝GMAW窄间隙焊接装置往往不能满足需求。
申请内容
针对上述问题，本申请公开了一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置。
为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
本申请提供了一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其包括焊枪主体和一对焊枪杆。焊枪主体形成有对称的一对焊枪通道，且一对焊枪通道之间具有夹角。各焊枪杆能够分别设置于一个焊枪通道，使一对焊枪杆具有相对靠近的焊接端，焊枪杆的焊接端还转动地设置有用于输送焊丝的导电嘴，导电嘴的转动轴平行于一对焊枪通道的对称轴，以使导电嘴输送的焊丝倾斜于转动轴并能够绕转动轴转动。
可通过转动两个导电嘴来调整焊丝之间的相对位置，以切换不同的焊接模式，可适应不同熔池形式的焊接需求，且可保证焊丝一直接触到侧壁，避免出现未熔合缺陷，且焊接过程中无需焊丝摆动，可避免复杂的参数设计，简化整体结构，成本更低。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，定义两个导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在基准面中垂直于两个转动轴的方向为焊接方向，两个导电嘴能够相互配合，使两个导电嘴输送的焊丝都向焊接方向的反方向一侧转动，且两个导电嘴输送的焊丝分别位于基准面的两侧。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，定义两个导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在基准面中垂直于两个转动轴的方向为焊接方向，两个导电嘴能够相互配合，使在焊接方向上，靠前的导电嘴输送的焊丝向焊接方向的反方向一侧转动，靠后的导电嘴输送的焊丝向焊接方向的正方向一侧转动，且两个导电嘴输送的焊丝分别位于基准面的两侧。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，定义两个导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在基准面中垂直于两个转动轴的方向为焊接方向，两个导电嘴能够相互配合，使在焊接方向上，靠前的导电嘴输送的焊丝向焊接方向的正方向一侧转动，靠后的导电嘴输送的焊丝向焊接方向的反方向一侧转动，且两个导电嘴输送的焊丝分别位于基准面的两侧。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，焊枪主体内集成有冷却水路和保护气路。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，一对焊枪通道之间的夹角在30度至45度之间。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，导电嘴输送的焊丝与导电嘴的转动轴之间的倾斜角在15度至30度之间。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，焊枪杆能够移动地设置于焊枪通道，以能够沿焊枪通道的延伸方向移动。该设计可以调整焊枪杆的高度，通过调整两个焊枪杆的高度，可改变焊接过程中的熔池形式。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，焊枪杆与焊枪通道螺纹连接。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式的结构示意图。
图2用以说明图1所示的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置在X方向的结构示意图。
图3用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性工作状态示意图。
图4用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的另一种示意性工作状态示意图。
图5用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的再一种示意性工作状态示意图。
图6用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的“蛇形”双向焊接模式的示意图。
标号说明：
10 焊枪主体
12 焊枪通道
22 焊枪杆
224 焊接端
24 导电嘴
34 焊丝
40 母材
42 U型窄间隙
44 侧壁
L1 对称轴
L2 转动轴
A 基准面
X 焊接方向
α 焊枪通道夹角
β 焊丝与转动轴之间的倾斜角
具体实施方
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
本文中，“水平”、“垂直”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制作或使用等允许的误差。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1用以说明煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式的结构示意图。图2用以说明图1所示的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置在X方向的结构示意图。中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置主要应用于煤机刮板输送机中部槽厚板的焊接过程，如图1和图2所示，煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置包括有焊枪主体10和一对焊枪杆22。焊枪主体10内可集成有用于焊接操作的冷却水路和保护气路，当然根据设计需要的不同，冷却水路和保护气路的供给结构并局限于集成在焊枪主体10内。
其中，焊枪主体10形成有对称的一对焊枪通道12(图中局部剖视结构中的通道)，对称轴为L1，对称的一对焊枪通道12之间具有夹角α，请参见图中焊枪通道12延长线之间的夹角α，焊枪通道12的方向用于限制焊枪杆22的方向。夹角α可选择在30度至45度之间。
一个焊枪杆22分别设置于一个焊枪通道12中，因焊枪通道12之间具有夹角α，所以造成两个焊枪杆22与对称轴L1之间具有倾斜关系，两个焊枪杆22具有两个相对远离的端部(焊枪杆22图中上方端部)和两个相对靠近的端部(焊枪杆22图中下方端部)，其中，两个相对靠近的端部为焊接端224。
焊枪杆22在焊接端一侧还转动连接有用于输送焊丝34的导电嘴24，使焊丝34作为电极可从导电嘴24的位置伸出并随着焊接动作的消耗随时向外输送焊丝34。其中，导电嘴24的转动轴L2平行于一对焊枪通道的对称轴L1。通常情况下，焊枪杆22的对称轴L1是垂直于焊接方向X的，故导电嘴24的转动平面是平行于焊接方向X的，以使导电嘴输送的焊丝34倾斜于转动轴L2并能够绕转动轴L2转动，导电嘴24输送的焊丝34与转动轴L2之间的倾斜角β通常需要考虑到焊接坡口尺寸，倾斜角β可选择在15度至30度之间，且两个导电嘴24的焊丝34与转动轴L2之间的倾斜角β的角度是相同的。
图1和图2所示的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置可用于对坡口形式为U形窄间隙的坡口实现焊接，当然本领域技术人员可以理解，根据不同需求，也可以应用于其他形状窄间隙坡口的焊接，例如还可以是双U型坡口、K型坡口等。
在图1和图2所示的具有U形窄间隙42的母材40中，煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的焊枪杆能够伸入至U形窄间隙42中，可通过转动两个导电嘴24来调整焊丝34之间的相对位置，导电嘴24使输送焊丝34与转动轴L2之间的倾斜角β可以保证焊接过程中，焊丝34可以一直接触到母材40的U形窄间隙42的侧壁44，避免出现未熔合缺陷，且焊接过程中无需焊丝34摆动，可避免复杂的参数设计，简化整体结构，成本更低。
另外，两个导电嘴24输送的焊丝34可以是同种或异种焊丝，若采用同种焊丝，则焊接方向的选择更加自由，在进行多层多道焊时可以大幅缩减焊接时间；若采用异种焊丝，则可通过合理搭配所用焊丝，在焊接过程中利用原位合金化生成理想复合相，弥补烧损的合金元素，改善焊缝成形，增强接头力学性能，可实现异种金属焊接。
参见图1和图2，定义两个导电嘴24的转动轴L2所在平面为基准面A，定义在基准面中垂直于两个转动轴的方向为焊接方向X，两个导电嘴22能够相互配合，请参见图3，使两个导电嘴22输送的焊丝34都向焊接方向X的反方向一侧转动，且两个导电嘴24输送的焊丝34分别位于基准面A的两侧，参见图2，以分别接触窄间隙42的两个侧壁44。
图3所示的两个导电嘴24的焊丝34布局，可以使两个焊丝34燃烧的电弧分别形成两个熔池，以分别加热窄间隙42的两个侧壁44(参见图2)，可保证焊道与两侧侧壁母材充分熔合，避免侧壁44未熔合的发生，同时减少了层间未熔合的出现，适用于中间层焊接。该焊接方式属于非共溶池-随焊模式。
参见图4所示的实施方式，两个导电嘴24能够相互配合，使在焊接方向X上，靠前的导电嘴24(图中右侧导电嘴)输送的焊丝34向焊接方向X的反方向一侧转动，靠后的导电嘴24(图中左侧导电嘴)输送的焊丝34向焊接方向X的正方向一侧转动，且两个导电嘴24输送的焊丝34分别位于基准面A的两侧，参见图2，以分别接触窄间隙42的两个侧壁44。
图4所示的两个导电嘴24的焊丝34布局，可以使两个焊丝34燃烧的电弧共同形成一个溶池，对两侧侧壁44加热的同时减少了对侧壁母材的热输入，同时热量更集中在一个溶池，适用于打底焊接。该焊接方式属于共熔池模式焊接。
参见图5所示的实施方式，两个导电嘴24能够相互配合，使在焊接方向X上，靠前的导电嘴24(图中右侧的导电嘴)输送的焊丝34向焊接方向X的正方向一侧转动，靠后的导电嘴24(图中左侧的导电嘴)输送的焊丝34向焊接方向X的反方向一侧转动，且两个导电嘴24输送的焊丝34分别位于基准面A的两侧，参见图2，以分别接触窄间隙42的两个侧壁44。
图5所示的两个导电嘴24的焊丝34布局，可以使两个焊丝34燃烧的两个电弧分别形成两个熔池，分别加热两侧侧壁44。该焊接方式属于非共熔池的打底焊模式。
可见，煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置通过调整两个导电嘴24输送的焊丝34的布局情况，可以切换不同的焊接模式，可适应不同熔池形式的焊接需求，且该状态间的切换不需要复杂的程序设计及结构设计。
在煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置的一种示意性实施方式中，如图1所示，焊枪杆22能够移动地设置于焊枪通道12，以能够沿焊枪通道12的延伸方向移动，该设计可以调整焊枪杆22的高度，通过调整两个焊枪杆22的高度，可改变焊接过程中的熔池形式，可实现“蛇形”双向焊接模式，从而在解决未熔合缺陷的同时进一步提高了焊接效率，并可对焊缝组织进行冶金调控。“蛇形”双向焊接模式的示意图可参见图6。其中，焊枪杆22与焊枪通道12螺纹连接，以方便调整焊枪杆22的高度并定位。
以煤机刮板输送机的中部槽的加工过程举例，
步骤一，在焊接前先检查：水电气路是否正常；焊丝是否送进正常；保护气是否流畅。检查完毕后将所需要焊接的中部槽放置在合适位置，用夹具固定。
步骤二，然后通过加热炉将中部槽加热至150～250℃左右，并根据具体的焊接工艺要求，选择合适的焊丝种类、送丝方式。
步骤三，根据待焊母材的种类，选用双丝共熔池形式或双熔池形式，如果是异类钢料焊接时，主要采用双丝共熔池形式来调控焊缝组织。
步骤四，根据坡口尺寸，选择两个导电嘴24的偏转角，以确保母材侧壁可获得一定的热输入保证侧壁熔合。
步骤五，为了进一步提高焊接效率，可通过调节两个焊枪杆22的高度来实现蛇形的双向焊接方式(参见图6)。
步骤六，打开焊接电源，保护气阀，开始焊接。
中部槽的适用槽长为1500mm至2050mm，适用槽宽为800mm至1250mm。中部槽最大工件重量为5000kg。
在步骤三中，如图3所示，利用本申请的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，可选择非共熔池-随焊模式，采用两根沿焊接方向向后排列的焊丝，两根焊丝端头燃烧的两个电弧分别形成两个熔池，分别加热两侧的侧壁，保证了焊道与两侧侧壁母材的充分熔合，避免了侧壁未熔合的发生。
在步骤三中，如图4所示，利用本申请的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，可选择共熔池模式，采用两根沿焊接方向前后排列的焊丝。两根焊丝端头燃烧的两个电弧共同形成一个熔池，对两侧侧壁加热的同时减少了对侧壁母材的热输入。
在步骤三中，如图5所示，利用本申请的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，可选择非共熔池-打底焊模式，采用两根沿焊接方向前后排列的焊丝。两根焊丝端头燃烧的两个电弧分别形成两个熔池，分别加热两侧的侧壁。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，其包括：
焊枪主体，所述焊枪主体形成有对称的一对焊枪通道，且所述一对焊枪通道之间具有夹角；
一对焊枪杆，各所述焊枪杆能够分别设置于一个所述焊枪通道，使所述一对焊枪杆具有相对靠近的焊接端，所述焊枪杆的焊接端还转动地设置有用于输送焊丝的导电嘴，所述导电嘴的转动轴平行于所述一对焊枪通道的对称轴，以使所述导电嘴输送的焊丝倾斜于所述转动轴并能够绕所述转动轴转动。
2.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，定义两个所述导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在所述基准面中垂直于两个所述转动轴的方向为焊接方向，所述两个导电嘴能够相互配合，使：
所述两个导电嘴输送的焊丝都向所述焊接方向的反方向一侧转动，且
所述两个导电嘴输送的焊丝分别位于所述基准面的两侧。
3.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，定义两个所述导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在所述基准面中垂直于两个所述转动轴的方向为焊接方向，所述两个导电嘴能够相互配合，使：
在所述焊接方向上，靠前的所述导电嘴输送的焊丝向所述焊接方向的反方向一侧转动，靠后的所述导电嘴输送的焊丝向所述焊接方向的正方向一侧转动，且
所述两个导电嘴输送的焊丝分别位于所述基准面的两侧。
4.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，定义两个所述导电嘴的转动轴所在平面为基准面，定义在所述基准面中垂直于两个所述转动轴的方向为焊接方向，所述两个导电嘴能够相互配合，使：
在所述焊接方向上，靠前的所述导电嘴输送的焊丝向所述焊接方向的正方向一侧转动，靠后的所述导电嘴输送的焊丝向所述焊接方向的反方向一侧转动，且
所述两个导电嘴输送的焊丝分别位于所述基准面的两侧。
5.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，所述焊枪主体内集成有冷却水路和保护气路。
6.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，所述一对焊枪通道之间的夹角在30度至45度之间。
7.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，所述导电嘴输送的焊丝与所述导电嘴的转动轴之间的倾斜角在15度至30度之间。
8.如权利要求1所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，所述焊枪杆能够移动地设置于所述焊枪通道，以能够沿所述焊枪通道的延伸方向移动。
9.如权利要求8所述的煤机刮板输送机中部槽厚板双丝窄间隙GMAW焊接装置，其特征在于，所述焊枪杆与所述焊枪通道螺纹连接。
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