一种焊接工具及使用该工具的无夹具焊接技术方法
【专利摘要】本发明提供一种焊接工具及使用该工具的无夹具焊接技术方法，焊接工具包括焊枪本体，所述焊枪本体上设有焊接头，所述焊枪本体一侧设有敲打装置，所述敲打装置通过高度调节机构固定在焊枪本体上，敲打装置上设有锤头，锤头可在电机的驱动下完成往复锤击过程。本发明在焊接过程中通过时刻敲打焊接区域，去除大部分焊接应力，因此可以实现在无夹具焊接的情况下仍能保证焊接件的精度。
【专利说明】
一种焊接工具及使用该工具的无夹具焊接技术方法
技术领域
[0001]本发明主要涉及制造业，具体是涉及结构件焊接加工中的焊接应力消除技术，特别是一种焊接工具及使用该工具的无夹具焊接技术方法。
【背景技术】
[0002]焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时，焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。
[0003]现有的结构件焊接不可避免地会产生焊接应力导致零件变形，而要消除焊接应力对生产的影响，通常需要制作工装夹具来防止零件变形，或在焊接加工后校正来消除变形。传统的做法需投入较大的人力物力、制作工装夹具，工装夹具的设计是能够使焊接件迅速而准确的安装于夹具的加工位置，利用夹具的准确定位和可靠夹紧，保证零件的加工质量，减少废品率，提高生产效率。如果所加工的零件为薄板件，由于薄板焊接件质量轻、易活动以及很难将其固定，使得焊接工装夹具的设计难度大、投入大，校正难度更大。
【发明内容】
[0004]本解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种焊接工具及使用该焊接工具的无夹具焊接技术方法，采用本焊接工具及方法进行焊接无需制作工装夹具，只需按照既定的焊接群点、焊接顺序和焊接工作时的电流、电压调整，来实现零件焊接时各部位产生的应力的相互消除，达到零件焊接无变形的效果。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0006]—种焊接工具，包括焊枪本体，所述焊枪本体上设有焊接头，所述焊枪本体一侧设有敲打装置，所述敲打装置通过高度调节机构固定在焊枪本体上，所述高度调节机构包括连接耳、连接杆、固定杆和固定螺母，所述连接耳为两个，且均固定在焊枪本体上，连接耳上设有长条孔，所述连接杆设置在两个连接耳之间，连接杆上设有连接孔，固定杆设置在连接孔内，固定杆两端分别由两个连接耳上的长条孔伸出，在伸出长条孔的固定杆端部设有固定螺母，敲打机构包括连接座、锤头和电机，所述连接座内设有锤头容纳腔，锤头容纳腔内设有弹簧，所述锤头一端设置在锤头容纳腔外与焊接头配合使用，锤头另一端设置在锤头容纳腔内且通过受力板与弹簧抵接，所述受力板与锤头形成一 T形结构，在锤头容纳腔底部设有防止锤头脱出锤头容纳腔的限位板，所述电机固定在连接座一侧，电机下方设有减速器，所述减速器的输出轴上连接凸轮，由电机驱动凸轮做旋转运动，所述凸轮伸入到锤头容纳腔内与受力板配合，凸轮旋转过程中与受力板接触时可驱动受力板带动锤头向锤头容纳腔内部运动压缩弹簧，凸轮旋转过程中与受力板脱离时，锤头在弹簧的作用下由锤头容纳腔内弹出，所述锤头上用于敲打的一端为球形。
[0007]—种使用上述焊接工具的无夹具焊接技术方法，包括以下步骤:
[0008](I)首先焊接主结构框架，通过同时焊接主结构的四个角使之形成一个框架结构，再焊接中间部分形成一个完整的主结构框架，主结构框架焊接过程中，打开焊接工具中的电机，使焊接工具中的锤头敲打焊缝周围区域的每个点使金属展开消除焊接应力产生的变形；
[0009](2)主结构框架焊接完成后待焊缝金属完全冷却后再焊接其它构成零部件，其它零部件的焊接按照先里后外、先短后长、先纵后横的顺序进行焊接；
[0010](3)焊接时要根据焊接母材厚度、焊缝高度大小来确定电流电压的调整，使满足焊接要求的同时防止焊接热量过热而使零件变形；
[0011](4)焊接完成后对焊接件的平面度和对角度进行检测，如果平面度或对角度超差，则将零件平放在校验平台上，用直尺测量出存在变形的区域，在变形的范围内均分三个点，采用火焰枪烧红三点进行校正，烘烤火候以变形量大小而定，烘烤后待冷却后再次测量，直至合格。
[0012]在焊接其它构成零部件时，当同一部位有两条或多条焊缝时，焊接方向应为一正一反，使应力和扭力能相互消除。
[0013]在焊缝两端接头焊接时先预留一段20mm的翼缘角焊缝不焊，以便焊接收缩产生的应力能从此处释放，最后才将翼缘角焊缝焊完，让翼缘角焊缝承受内应力。
[0014]焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹，如果焊缝较长，采用逐步退焊法和跳焊法，使温度均匀分布，减少焊接应力和变形。
[0015]在进行主结构框架焊接时，需按照主结构框架的具体结构，采用多人同时焊接的方法，使框架结构能够一次性焊接完成。
[0016]对平面度的检测包括纵横方向的检测，采用直尺靠平零件表面，用间隙尺测量平面度误差;对对角度的检测采用两条纱线对角拉紧，靠平零件平面，用间隙尺测量平面有缝隙部分，读数最大与最小处的误差即为对角度误差。
[0017]本发明的有益效果:将锤头与焊头结合在一起，使焊接过程中锤头可时刻自动敲击焊过的焊缝，及时消除大部分的焊接应力，采用本焊接工具的焊接方法替代传统制作工装夹具消除焊接应力的方法，节省制造成本，节约人力投入，降低成本，缩短生产研发周期，避免焊接后变形过大无法校正的风险。通过计算焊接群点、设计零件在焊接过程中以各部位的应力的相互消除，实现零件无变形的效果，节省制作工装夹具的人力物力投入。
【附图说明】
[0018]附图1为本发明的焊接工具结构主视图；
[0019]附图2为本发明的焊接工具结构俯视图；
[0020]附图3是本发明应用于压缩机地盘结构的示意图；
[0021]附图4为本发明的工作原理图；
[0022]附图5为本发明中平面度误差检测方法示意图；
[0023]附图6为本发明中对角扭角检测方法示意图。
【具体实施方式】
[0024]结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0025]—种焊接工具，包括焊枪本体2，所述焊枪本体2上设有焊接头I，所述焊枪本体2—侧设有敲打装置，所述敲打装置通过高度调节机构固定在焊枪本体2上，所述高度调节机构包括连接耳3、连接杆5、固定杆16和固定螺母14，所述连接耳3为两个均固定在焊枪本体2上，连接耳3上设有长条孔4，所述连接杆5设置在两个连接耳3之间，连接杆5上设有连接孔15，固定杆16设置在连接孔15内，固定杆16两端分别由两个连接耳3上的长条孔4伸出，在伸出长条孔4的固定杆16端部设有固定螺母14，敲打机构包括连接座6、锤头13和电机8，所述连接座6内设有锤头容纳腔7，锤头容纳腔7内设有弹簧17，所述锤头13—端设置在锤头容纳腔7外与焊接头I配合使用，锤头13另一端设置在锤头容纳腔7内且通过受力板9与弹簧17抵接，所述受力板9与锤头13形成一 T形结构，在锤头容纳腔7底部设有防止锤头13脱出锤头容纳腔7的限位板12，所述电机8固定在连接座6—侧，电机8下方设有减速器10，所述减速器10的输出轴上连接凸轮11，由电机8驱动凸轮11做旋转运动，所述凸轮11伸入到锤头容纳腔7内与受力板9配合，凸轮11旋转过程中与受力板9接触时可驱动受力板9带动锤头13向锤头容纳腔7内部运动压缩弹簧17，凸轮11旋转过程中与受力板9脱离时，锤头13在弹簧17的作用下由锤头容纳腔7内弹出，所述锤头13上用于敲打的一端为球形。
[0026]本发明的焊枪本体2可为手持式焊枪也可为自动焊接设备上端焊枪，焊枪本体2—侧设有敲打装置，敲打装置上的锤头13主要是起到在焊接过程中及时敲打焊接头I焊接过的区域，以消除焊接应力，敲打装置的工作原理如下:
[0027]电机8启动后将动力传递给减速器1，减速器1连接凸轮11，驱动凸轮11做旋转运动，由于凸轮11自身的结构，其凸起部在旋转过程中会有一段时间与受力板9接触，当凸轮11与受力板9接触时，会抬起受力板9，受力板9压缩弹簧17且带动锤头13缩回，当凸轮11继续转动时，凸轮11会与受力板9突然分离，此时弹簧17的弹性会将锤头13瞬间顶出，实现锤头13的敲击功能，锤头13的敲击位置与焊接头I的焊接位置相对应。本发明的高度调节机构可调整锤头13的位置，调整过程中只需松开固定螺母14，调整固定杆16在长条孔4内的位置即可。本发明将自动敲击的锤头13设置在焊接头I的一侧，在焊接过程中，启动电机8，使锤头13时刻敲击焊接过的位置，其操作简单，可一次性完成两项工作，且敲击过程中可消除大部分的焊接应力，保证焊接零件的尺寸精度。
[0028]使用本发明中的焊接工具的无夹具焊接技术方法，包括以下步骤:
[0029](I)首先焊接主结构框架，通过同时焊接主结构的四个角使之形成一个框架结构，再焊接中间部分形成一个完整的主结构框架，主结构框架焊接过程中，打开焊接工具中的电机，使焊接工具中的锤头敲打焊缝周围区域的每个点使金属展开消除焊接应力产生的变形；由于主结构框架受力较大，易发生变形，焊接过程中现焊接主结构框架再焊接中间部分可以使焊接应力能够较均匀地分布于主结构的各零部件上，防止应力不均而造成零件的变形，焊接完成待焊缝金属冷却的过程中，由于焊缝收缩时受阻力而产生拉应力，趁着焊缝和堆焊层在赤热的状态下，用锤轻敲焊缝区能使金属展开，使金属展开以消除焊接应力产生的横向收缩和纵向收缩，抵消焊缝区金属在冷却收缩时产生的拉应力，焊缝扩展可减少焊缝的收缩，焊接应力可减少1/2?1/4。
[0030](2)主结构框架焊接完成后待焊缝金属完全冷却后再焊接其它构成零部件，其它零部件的焊接按照先里后外、先短后长、先纵后横的顺序进行焊接；同一部位有两条或多条焊缝的，焊接方向应为一正一反，使应力和扭力能相互消除，焊缝两端接头焊接时先预留一段20mm左右的翼缘角焊缝不焊，以便焊接收缩产生的应力能从此处释放，最后才将翼缘角焊缝焊完，让翼缘角焊缝承受内应力。
[0031]焊接工艺中选择合理的适当的焊接顺序，是为尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹，如果焊缝较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。
[0032](3)焊接时要根据焊接母材厚度、焊缝高度大小来确定电流电压的调整，使满足焊接要求的同时防止焊接热量过热而使零件变形;焊接电流种类和极性影响电弧输入焊件热量的大小，因此能影响焊缝成形，同时还能影响熔滴过渡过程和对母材表面氧化膜的去除。焊接电流的大小对焊接质量和焊接生产率的影响很大，电流过小，电弧不稳定，熔深小，易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低；电流过大，则焊缝容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时引起飞溅。因此，焊接电流必须选得适当，一般可根据焊条直径按经验公式进行选择，再根据焊缝位置、接头形式、焊接层次、焊件厚度等进行适当的调整。电弧电压是由弧长决定的，电弧长，电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。电弧电压的大小主要影响焊缝的熔宽，焊接过程中电弧不宜过长，否则，电弧燃烧不稳定，增加金属的飞溅，而且还会由于空气的侵入，使焊缝产生气孔。因此，焊接时电流的选择要根据焊接时的母材厚度、焊缝高度、接头形式等因素来调整，以此来保证焊接件的外部形状与表面质量，提高产品的生产率。
[0033]焊接完成后对焊接件的平面度和对角度进行检测，如果平面度或对角度超差，则将零件平放在校验平台上，用直尺测量出存在变形的区域，在变形的范围内均分三个点，采用火焰枪烧红三点进行校正，烘烤火候以变形量大小而定，烘烤后待冷却后再次测量，直至合格。对平面度的检测包括纵横方向的检测，采用直尺靠平零件表面，用间隙尺测量平面度误差;对对角度的检测采用两条纱线对角拉紧，靠平零件平面，用间隙尺测量平面有缝隙部分，读数最大与最小处的误差即为对角度误差。本发明只能够对平面度和对角度即对角扭角的测定方法简单快捷，通过该方法达到对焊接件的调整，进一步调整焊接后工件的变形。
[0034]下面结合附图，对本发明在实际应用中(压缩机底盘机构)的焊接方法作进一说明:
[0035]附图1中，压缩机底盘主要由主结构部件18和次要结构部件19组成，主结构部件18受力较大，主结构部件18是由附图2中所示的A、B、C、D焊接组成的矩形框架结构，次要结构部件19包括E、F、G、H，其中E、F、G、H焊接在主要结构部件I上，附图中标识的①、②、③、④、⑤、⑥为焊接顺序，尖头标识为焊接方向，附图3中是对零件20进行的平面度检测方法，主要使用的工具是直尺21和间隙尺22，附图4中是对零件20进行的对角扭角的检测方法，主要使用的工具是间隙尺22和纱线23，在对本压缩机底盘进行焊接时，其步骤如下:
[0036]1、准备工作:现场需要有一块钢板做为焊接垫板，面积要能放进空压机底盘为准，焊接垫板的平面度误差不能超过3_，将零件平整放置在垫板上，焊接人员4名，水平相当。
[0037]2、先按图示顺序四人同时焊接主结构部分A、B、C、D，再焊E、F、G、H，焊接电流280A、电压27V，焊完主结构部分后，用小锤敲打焊缝周围区域一遍，敲打应保持均匀适度，避免敲打过分，以防止产生裂缝，每个点都要敲到，敲打使焊缝得到延展，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接所产生的横向和纵向收缩变形，从而减小焊接应力和变形。
[0038]3、待主结构焊缝冷却后，再按标注顺序①、②、③、④、⑤、⑥焊接，此处焊接电流240A、电压24V，焊接按先里后外、先短后长、先纵后横顺序加工，同一部位有两条或多条焊缝的，焊接方向应为一正一反，如图标注①、②处箭头方向所示，其余部位均要按此原则进行焊接，保证应力和扭力的相互消除，焊接工艺中选择合理的适当的焊接顺序，是为尽量使焊缝自由收缩，使温度分布较均匀，减少焊接应力和变形。
[0039]4、焊接完成后检测:上平面的平面度误差、扭角< 3mm。
[0040]检测方法:纵横方向的平面度检测:用直尺21靠平零件I平面，用间隙尺22测量平面度误差。
[0041 ]对角扭角检测:用两条纱线23对角拉紧，靠平零件I平面，用间隙尺22测量平面有缝隙部分，读数最大与最小处的误差即为扭角误差。
[0042]5、如平面度或对角度超差，则将零件20平放在校正平台上，用直尺21测量哪一段存在变形，在变形的范围内均分三个点，用火焰枪烧红三点校正。烘烧火候以变形量大小定，烘烧后待冷却再测量，直至合格。
[0043]采用如上所述方法对压缩机底盘进行焊接，无需使用工装夹具，且可以避免焊接后变形过大无法校正的风险，节约了人力投入降低了成本。
【主权项】
1.一种焊接工具，包括焊枪本体(2)，所述焊枪本体(2)上设有焊接头(I)，其特征在于:所述焊枪本体(2)—侧设有敲打装置，所述敲打装置通过高度调节机构固定在焊枪本体(2)上，所述高度调节机构包括连接耳(3)、连接杆(5)、固定杆(16)和固定螺母(14)，所述连接耳(3)为两个，且均固定在焊枪本体(2)上，连接耳(3)上设有长条孔(4)，所述连接杆(5)设置在两个连接耳(3)之间，连接杆(5)上设有连接孔(15)，固定杆(16)设置在连接孔(15)内，固定杆(16)两端分别由两个连接耳(3)上的长条孔(4)伸出，在伸出长条孔(4)的固定杆(16)端部设有固定螺母(14)，敲打机构包括连接座(6)、锤头(I3)和电机(8)，所述连接座(6)内设有锤头容纳腔(7)，锤头容纳腔(7)内设有弹簧(17)，所述锤头(13)—端设置在锤头容纳腔(7)外与焊接头(I)配合使用，锤头(13)另一端设置在锤头容纳腔(7)内且通过受力板(9)与弹簧(17)抵接，所述受力板(9)与锤头(13)形成一 T形结构，在锤头容纳腔(7)底部设有防止锤头(13)脱出锤头容纳腔(7)的限位板(12)，所述电机(8)固定在连接座(6)—侧，电机(8)下方设有减速器(10)，所述减速器(10)的输出轴上连接凸轮(11)，由电机(8)驱动凸轮(11)做旋转运动，所述凸轮(11)伸入到锤头容纳腔(7)内与受力板(9)配合，凸轮(11)旋转过程中与受力板(9)接触时可驱动受力板(9)带动锤头(13)向锤头容纳腔(7)内部运动压缩弹簧(17)，凸轮(11)旋转过程中与受力板(9)脱离时，锤头(13)在弹簧(17)的作用下由锤头容纳腔(7)内弹出，所述锤头(13)上用于敲打的一端为球形。2.—种使用权利要求1所述的焊接工具的无夹具焊接技术方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)首先焊接主结构框架，通过同时焊接主结构的四个角使之形成一个框架结构，再焊接中间部分形成一个完整的主结构框架，主结构框架焊接过程中，打开焊接工具中的电机，使焊接工具中的锤头敲打焊缝周围区域的每个点使金属展开消除焊接应力产生的变形； (2)主结构框架焊接完成后待焊缝金属完全冷却后再焊接其它构成零部件，其它零部件的焊接按照先里后外、先短后长、先纵后横的顺序进行焊接； (3)焊接时要根据焊接母材厚度、焊缝高度大小来确定电流电压的调整，使满足焊接要求的同时防止焊接热量过热而使零件变形； (4)焊接完成后对焊接件的平面度和对角度进行检测，如果平面度或对角度超差，则将零件平放在校验平台上，用直尺测量出存在变形的区域，在变形的范围内均分三个点，采用火焰枪烧红三点进行校正，烘烤火候以变形量大小而定，烘烤后待冷却后再次测量，直至合格。3.如权利要求2所述的一种无夹具焊接技术方法，其特征在于:在焊接其它构成零部件时，当同一部位有两条或多条焊缝时，焊接方向应为一正一反，使应力和扭力能相互消除。4.如权利要求3所述的一种无夹具焊接技术方法，其特征在于:在焊缝两端接头焊接时先预留一段20mm的翼缘角焊缝不焊，以便焊接收缩产生的应力能从此处释放，最后才将翼缘角焊缝焊完，让翼缘角焊缝承受内应力。5.如权利要求4所述的一种无夹具焊接技术方法，其特征在于:焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹，如果焊缝较长，采用逐步退焊法和跳焊法，使温度均匀分布，减少焊接应力和变形。6.如权利要求2所述的一种无夹具焊接技术方法，其特征在于:在进行主结构框架焊接时，需按照主结构框架的具体结构，采用多人同时焊接的方法，使框架结构能够一次性焊接完成。7.如权利要求2所述的一种无夹具焊接技术方法，其特征在于:对平面度的检测包括纵横方向的检测，采用直尺靠平零件表面，用间隙尺测量平面度误差;对对角度的检测采用两条纱线对角拉紧，靠平零件平面，用间隙尺测量平面有缝隙部分，读数最大与最小处的误差即为对角度误差。
【文档编号】B23K9/32GK105834564SQ201610272237
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】黄佩尤, 韦筠寰, 文运来, 李伟
【申请人】柳州煜华科技有限公司