一种高频焊接感应枪头及应用该枪头的焊枪的制作方法

本发明属于焊接设备技术领域，尤其涉及一种用于蓄电池接线端子进行自动焊接的高频焊接感应枪头及应用该枪头的焊枪。

背景技术：

日前，在蓄电池加工领域内，通过焊接方式将接线端子与蓄电池上的正负极柱进行固定连接，现传统的方式是采用焊枪结合焊丝对接线端子进行焊接，该焊接方式结构复杂，操作较为繁琐，效率低且焊接质量差，产品不合格率较高。

除此之外，通过上述方式进行焊接后的接线片上凹凸不平，容易出现凸起，需要人工进行剪裁去除，以避免短路情况出现，但增加焊接工序，延长工作时间，降低工作效率，且剪裁修整过程中存在安全隐患。

中国发明专利2007100177016公开了一种电弧螺柱焊枪及其焊接方法，焊接时，当螺柱运动到与工件接触，接触力通过一个压力传感器中的电阻应变片传到主控计算机中的数据采集卡，该压力传感器连接在焊枪的转动机构与螺柱夹具之间，当压力传感器检测到螺柱与工件的接触力达到预先设定的预压力时，接通连接螺柱夹具的焊接电流，与电机电连接的运动控制器反转电机，并提升螺柱实现电弧引燃；焊接送进过程中，先关闭焊接电流，运动控制器驱动电机转动，使螺柱向工件作送进运动，当压力传感器检测到螺柱与工件的送进压力为预先设定的焊接顶锻力时，停止电机转动。

据申请人反应，上述技术方案虽然通过利用螺柱与压力传感器的接触力变化进而控制螺柱运动进行精确焊接，解决了现有螺柱焊枪在送进过程中螺柱送进压力不能检测，进而造成螺柱运动无法控制的缺陷，但是其仍存在一些问题，首先，该焊接方式仍采用传统的电弧焊接，其需要配合焊丝使用，成本高，不易操作，且由于电弧焊接特点，在提升引弧焊接时需要定时保持一段时间稳定焊接电流形成一定熔池完成焊接，其温度无法分段精确控制，无法做到对蓄电池极柱进行局部软化、整形、熔焊，因此该焊接方法无法适用于蓄电池接线端子的焊接。

因此，现在急需设计一种针对蓄电池接线端子集整形、焊接于一体的焊接装置，且其能够配合机械手臂或转移机构对蓄电池接线端子进行自动、连续焊接，最大程度上提高生产效率，降低人工成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种高频焊接感应枪头及应用该枪头的焊枪，通过利用高频电磁感应加热方式配合枪头的升降移动可同步完成蓄电池接线端子焊接过程中对极柱的整形和熔焊动作，简化传统的焊接工序，易于配合机械手臂实现全自动、机械化蓄电池接线端子的焊接生产，减少人工操作，产品质量高、能耗低。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高频焊接感应枪头，其特征在于，包括:

枪头座，所述枪头座的内部为中空状；

焊接组件，所述焊接组件安装于所述枪头座的前端部上，其包括前端部伸出所述枪头座的导磁棒及环设于该导磁棒外部且与控制元件电连接的磁场单元；以及

控制组件，所述控制组件设置在所述焊接组件的后侧，其包括控制单元及设置于该控制单元后侧且与控制元件电连接的压力传感器，该控制单元的前端与所述导磁棒相抵触连接，其后端与所述压力传感器非接触式连接。

作为改进，所述枪头座的外形为阶梯式圆锥形，其内部自上而下依次开设有用于放置控制元件的安装空间、用于配合安装所述控制组件的第一定位空间以及用于配合安装焊接组件的第二定位空间。

作为改进，所述安装空间、第一定位空间及第二定位空间同轴连通设置。

作为改进，所述控制单元包括：

限位座，该限位座的外形尺寸与所述第一定位空间的内径相适配；以及

过渡件，该过渡件滑动套设于限位座内部，其包括呈阶梯状一体设置的定位部和接触部，该定位部套设于所述导磁棒的后端部上，接触部的端部伸出限位座。

本发明中的过渡件采用非导磁非导电材料制成，使得高频电磁感应产生的热量沿导磁棒的前端部方向传输，起到热量导向作用，提高能量集中及热利用率，同时很好地阻隔热量传至压力传感器，避免其受热而影响其灵敏性，延长其使用寿命。

作为改进，所述控制单元还包括第一弹性件，该第一弹性件套设于所述接触部的外部且两端分别与限位座和定位部相抵靠。

作为改进，所述第二定位空间包括同轴连通设置的限位孔a和导向孔a，该限位孔a的内径尺寸大于导向孔a的内径尺寸。

作为改进，所述导磁棒的侧壁向外环设有与所述限位孔a相适配的凸台a，其将该导磁棒分隔为导磁部和焊接部，该导磁部及凸台a均置于所述限位孔a内，焊接部与所述导向孔a滑动配合且其端部外形尺寸与接线端子的接线片尺寸相适配；所述磁场单元优选为环设于该导磁部外部的感应线圈。

其中，本发明中的导磁棒优选为导磁但不导电材料制成，如铁氧体材料。

作为改进，还包括定位组件，所述定位组件设置在所述焊接组件的一侧，枪头座的前端部还开设有用于配合安装该定位组件的第三定位空间，该第三定位空间包括同轴连通设置的限位孔b和导向孔b，该限位孔b的内径尺寸大于导向孔b的内径尺寸。

作为改进，所述定位组件包括：

定位柱，该定位柱的侧壁向外环设有与所述限位孔b相适配的凸台b，其将定位柱分隔为限位部和压持部，该限位部及凸台b均置于所述限位孔b内，压持部滑动配合于所述导向孔b内，其端部伸出枪头座外部且其端部外形尺寸与所述接线端子的接线端尺寸相适配；以及

第二弹性件，该第二弹性件套设于所述定位柱的限位部外部。

本发明中的定位组件与焊接组件的并排设置，定位柱与导磁棒的位置设置与接线端子中接线端和接线片的位置相对应。

本发明还提供了一种焊枪，其特征在于，包括枪体、驱动该枪体可上下移动的驱动机构以及上述技术方案中所述的一种高频焊接感应枪头，所述枪体包括底部与所述枪头座可拆卸连接的连接罩及设置在该连接罩一侧用于安装控制线路的套管；所述驱动机构包括安装于机架上的电机、固定连接于该电机的电机轴上的丝杠螺栓及丝杠螺母，该丝杠螺母固定于所述连接罩的上部，其与丝杠螺栓配合连接。

其中，本发明中套管以可拆卸连接方式与所述连接罩连通设置，利于感应线圈及控制元件线路的排布，使焊枪整体尺寸及结构更加紧凑、轻便，便于配合安装于机械手、转移机构等自动化设备使用，实现蓄电池接线端子焊接的自动化连续性操作，提高工作效率，减低人工强度。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用导磁棒的升降运动配合高频电磁感应加热方式依次实现导磁棒对极柱的预压、软化整平及熔焊动作，同时通过控制单元与压力传感器的配合作用同步自动控制电磁感应线圈输入功率而有效控制极柱在预压、软化整平及熔焊阶段所需不同加热温度，整个焊接过程自动有效进行，时间短，效率高，且取消了传统人工对焊接后的极柱进行修整步骤，大大简化蓄电池端子焊接工序，提高生产效率；

(2)本发明采用接触式下压整形，非接触式熔焊方式，确保熔焊时，导磁棒不与极柱接触，防止融化的铅液粘附于导磁棒上，避免导磁棒上因粘附铅液导致温度过高损坏，提高焊接质量，避免焊接面出现凹凸不平情况；

(3)本发明通过利用导磁棒的移动控制压力传感器动作的同时，其前端部抵靠极柱对其下压过程中同步完成表面整平，并结合第一弹性件的形变作用，确保整平效果的同时，利于导磁棒的自动复位，扩大了蓄电池接线端子焊接的适用类型；

(4)通过增设定位组件，使得定位柱与导电棒的设置位置与蓄电池极柱上待焊接接线端子的接线端和接线片对应设置，提高定位效率，同时在焊接时定位组件可始终对接线端子进行压持，进一步提高焊接过程稳定性，确保焊接质量；

(5)本发明枪头座与枪体之间采用可拆卸连接，可根据不同型号的蓄电池进行快速更换枪头即可，提高设备通用性，降低生产成本；

综上所述，本发明具有自动化程度高，通用性强，运行稳定，能耗低等优点，利于蓄电池自动化连续性生产。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一中一种高频焊接感应枪头的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一中一种高频焊接感应枪头的内部结构示意图；

图3为本发明实施例一中枪头座的结构示意图；

图4为本发明实施例二中枪头的主视图；

图5为本发明实施例二中枪头的仰视图；

图6为本发明实施例三中一种焊枪的结构示意图；

图7为本发明实施例三中一种焊枪的内部结构示意图；

图8为本发明实施例三中一种焊枪的左视图；

图9为本发明焊接系统框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

下面参考附图1至图3描述本发明实施例一的一种高频焊接感应枪头。

如图1和图2所示，一种高频焊接感应枪头，包括：

枪头座1，所述枪头座1的内部为中空状；

焊接组件2，所述焊接组件2安装于所述枪头座1的前端部上，其包括前端部伸出所述枪头座1的导磁棒21及环设于该导磁棒21外部且与控制元件10电连接的磁场单元22；以及

控制组件3，所述控制组件3设置在所述焊接组件2的后侧，其包括控制单元31及设置于该控制单元31后侧且与控制元件10电连接的压力传感器32，该控制单元31的前端与所述导磁棒21相抵触连接，其后端与所述压力传感器32非接触式连接。

本实施例中的导磁棒21优选为一铁氧体磁极，其具有导磁但不导电的性能，使得高频感应加热时，导磁棒21端部温度只能达到60℃左右，提高了其使用寿命，且该温度与对下一蓄电池极柱接触时，对其不会产生任何影响。

其中，如图3所示，所述枪头座1的外形为阶梯式圆锥形，其内部自上而下依次开设有用于放置控制元件10的安装空间11、用于配合安装所述控制组件3的第一定位空间12以及用于配合安装焊接组件2的第二定位空间13。而且，所述安装空间11、第一定位空间12及第二定位空间13同轴连通设置，进而便于压力传感器32、控制单元31及导磁棒21等部件的定位安装，确保移动精度。

进一步地，如图2所示，所述控制单元31包括：

限位座311，该限位座311的外形尺寸与所述第一定位空间12的内径相适配；以及

过渡件312，该过渡件312滑动套设于限位座311的中部，其包括呈阶梯状一体设置的定位部3121和接触部3122，该定位部3121套设于所述导磁棒21的后端部上，接触部3122的端部伸出限位座311，且其与压力传感器32之间的初始间距为15～25mm。

值得说明的是，本发明中的过渡件312采用非导磁非导电材料制成，使得高频电磁感应产生的热量沿导磁棒21的前端部方向传输，起到热量导向作用，提高能量集中及热利用率，同时很好地阻隔热量传至压力传感器32，避免其受热而影响其灵敏性，延长其使用寿命。

此外，所述控制单元31还包括第一弹性件313，该第一弹性件313套设于所述接触部3122的外部且两端分别与限位座311和定位部3121相抵靠。

进一步地，如图3所示，所述第二定位空间13包括同轴连通设置的限位孔a131和导向孔a132，该限位孔a131的内径尺寸大于导向孔a132的内径尺寸。本实施例中，导磁棒21的侧壁向外环设有与所述限位孔a131相适配的凸台a211，其将该导磁棒21分隔为导磁部212和焊接部213，该导磁部212及凸台a211均置于所述限位孔a131内，该焊接部213与所述导向孔a132滑动配合且其端部外形尺寸与接线端子的接线片尺寸相适配；所述磁场单元22优选为环设于该导磁部212外部的感应线圈。

值得说明的是，本发明中的导磁棒21的前端部的外形与所述接线片相适配，使得上述整形步骤是在枪头下压过程中结合导磁棒21的前端部结构特点同步实现，使得极柱后续进行熔焊时，熔焊面的更加平整，省略了传统焊接方式中对极柱焊接后需要对其表面进行修剪平整工序，大大提高焊接质量和效率。

实施例二

如图1至图5所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点，该实施例二与图1所示的实施例一的不同之处在于：如图1至图5所示，本发明一种高频焊接感应枪头，还包括定位组件4，所述定位组件4设置在所述焊接组件2的一侧，枪头座1的前端部还开设有用于配合安装该定位组件4的第三定位空间14，该第三定位空间14包括同轴连通设置的限位孔b141和导向孔b142，该限位孔b141的内径尺寸大于导向孔b142的内径尺寸。

进一步地，如图2所示，所述定位组件4包括：

定位柱41，该定位柱41的侧壁向外环设有与所述限位孔b141相适配的凸台b411，其将定位柱41分隔为限位部412和压持部413，该限位部412及凸台b411均置于所述限位孔b141内，压持部413滑动配合于所述导向孔b142内，其端部伸出枪头座1外部且其端部外形尺寸与所述接线端子的接线端尺寸相适配；以及

第二弹性件42，该第二弹性件42套设于所述定位柱41的限位部412外部。

值得说明的是，本实施例中的限位座311的边缘部分位于所述第二定位空间13及第三定位空间14的上方，一方面便于固定安装，牢固性好；另一方面对第二弹性件42进行限位安装，设计紧凑合理，减少设备整体尺寸。

本发明中定位柱41与导磁棒21的位置设置与接线端子中接线端和接线片的位置相对应，确保定位组件4与焊接组件2动作的一致性。

实施例三

如图6与图9所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例二相应的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例二的区别点，该实施例三与图1所示的实施例二的不同之处在于：本发明还提供了一种焊枪，包括枪体5、驱动该枪体5可上下移动的驱动机构6以及上述技术方案中所述的一种高频焊接感应枪头，所述枪体5包括底部与所述枪头座1可拆卸连接的连接罩51及设置在该连接罩51一侧用于安装控制线路的套管52；如图7所示，所述驱动机构6包括安装于机架7上的电机61、固定连接于该电机61的电机轴上的丝杠螺栓62及丝杠螺母63，该丝杠螺母63固定于所述连接罩51的上部，其与丝杠螺栓62配合连接。

本发明焊枪的运动由驱动机构6控制实现，构成了一个位移可精确控制的直线运动平台，用来响应计算机的控制信号(电机的驱动可通过与主计算机的运动控制单元信号连接的运动控制器来实现)。

其中，本发明枪头座1与枪体5之间采用可拆卸连接，可根据不同型号的蓄电池进行快速更换枪头即可，提高设备通用性，降低生产成本。

此外，本发明中套管52以可拆卸连接方式与所述连接罩51连通设置，利于电磁感应线圈及控制元件10线路的排布，使焊枪整体尺寸及结构更加紧凑、轻便，便于配合安装于机械手、转移机构等自动化设备使用，实现蓄电池接线端子焊接的自动化连续性操作，提高工作效率，减低人工强度。

本实施例中，电磁感应线圈优选为卷绕的铜管，其内部在工作时通入冷却水，确保其正常工作，而电磁感应线圈的引出端穿过所述连接罩5151固定与套管5252内，优化各控制部件安装位置。

本发明中的焊枪可通过夹具安装于自动化设备的机械手臂上，利于实现蓄电池自动化连续生产。

如图9所示，本发明的配套设备由主计算机的主控制器、位置控制模块控制元件及程序系统组成，其中程序系统可由人机交互程序、运动控制程序以及数据处理程序组成。焊接时，首先将焊枪运动的试验参数如焊枪上下移动速度、上下移动高度、压力传感器的压力阈值等参数通过人机交互设备输入，控制元件、主计算机的主控制器通过接收的反馈信号进而去控制焊接过程中各阶段运动过程，实现自动化、连续式焊接。

本发明的焊接方法包括如下步骤：

a.预压送进工序，待焊接蓄电池8依序移动至焊枪设定位置的正下方,驱动机构6带动枪头下移至焊接组件2的导磁棒21前端部抵靠于该蓄电池8上后，继续下移至位于焊接组件2上方的过渡件与压力传感器接触，压力传感器32把压力信号反馈给主控制器，对环设于导磁棒21外部的电磁感应线圈输入设定功率，使得焊接组件2通过高频电磁感应加热方式对蓄电池8上的极柱开始加热；

b.整形工序，枪头继续下移，导磁棒21对同步进行加热软化的所述蓄电池8上的极柱进行同步下压至其与接线端子的接线片接触后，使得极柱高于接线片上方的部分完全压平，即完成极柱端部的整平；

c.焊接工序，完成所述步骤b后，导磁棒21与接线端子的接线片接触后，此时，压力传感器32应力发生变化，把压力信号反馈给主控制器，驱动机构6带动枪头上移至初始位置过程中，导磁棒21与极柱脱离，完成极柱表面熔焊，即完成该蓄电池8接线端子的焊接，依次往复循环。

当压力传感器32应力发生变化时，增大电磁感应线圈输入功率，过渡件312与压力传感器32脱离之前，产生的涡流对极柱端部加热至350～400℃，使极柱表面及压覆于接线片上的铅熔化成铅液完成焊接，此时导磁棒21与极柱之间的高度为0.5～3mm。

本发明对极柱进行熔焊时，使得导磁棒21前端部与极柱脱离不接触熔焊，防止融化的铅液粘附于导磁棒21上，一方面避免导磁棒21上因粘附铅液导致温度过高损坏；另一方面确保焊接质量，避免焊接面出现凹凸不平情况。

本实施例中，所述步骤c中焊接组件2与极柱脱离开始至其完成复位的时间总和为0.3～1s。

进一步地，所述步骤b枪头继续下移过程中，焊接组件2与控制单元31均通过第一弹性件313的弹性作用分别与对应的极柱和压力传感器32始终相抵靠。

本实施例中第一弹性件313的设置，一方面实现双向联动作用，利用其弹性作用使得枪头下移，导磁棒21对极柱下压同时其后端部同步带动过渡件312上移与压力传感器32接触控制，同步性好，控制精度高；另一方面针对极柱熔焊高度不同的蓄电池8，其整形工序过程中起到余量调节作用，扩大本发明焊枪对蓄电池8焊接类型范围。

而且，所述步骤b中蓄电池8上的极柱加热软化量与枪头下移行程保持同步，且该过程中极柱端部温度加热至300～340℃，使得极柱实现软化，利于导磁棒21对其进行下压整形。

本实施例中，所述步骤a和步骤b中的焊接组件2对极柱进行预压送进及整形的时间总和为1～2s。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。