專利名稱：大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置及其方法
技術領域：
本發(fā)明屬于在大型鍛件表面熔敷堆焊金屬的特種焊接裝置及其焊接方法，特別是一 種大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置及其方法。
背景技術：
電弧堆焊技術是采用熔化極電弧、埋弧、TIG電弧、等離子弧等加熱熔化金屬絲、 金屬帶、金屬粉等，熔化的金屬熔敷在基體表面，凝固后形成堆焊層。常規(guī)的堆焊方法 如熔化極和埋弧堆焊，焊絲自動送進，電弧產生于焊絲和基體金屬之間，電弧熔化焊絲 形成熔滴，經自由、短路或渣壁過渡在基體表面熔敷，形成堆焊層，效率較高，基體熔 化多；TIG堆焊和等離子堆焊電弧產生于鎢電極和工件之間，焊絲送入電弧爍亮區(qū)下方 獲得加熱并熔化滴入基體表面，凝固后形成堆焊層。
大型鍛件一般重約數十至數百公斤，補焊面積一般較小，總體熱輸入不大，堆焊的 快速加熱和快速冷卻易使鍛件焊接接頭產生冷裂紋，大型鍛件體積大、熱容量大，散熱 快，采用常規(guī)的堆焊工藝方法，鍛件易產生未熔合缺陷，因而避免出現裂紋和未熔合缺 陷是大型鍛件補焊的主要難點之一。目前對于大型鍛件沒有自動壓縮電弧+感應復合熱 源預制預置補焊材料的熔敷焊工藝方法的研究報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型鍛件自動壓縮電弧加感應復合熱源預制預置補焊 材料的熔敷焊裝置及其方法。
實現本發(fā)明目的的技術解決方案為 一種大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝 置，包括六軸機器人，可上下、前后運動的操作架，工作臺，焊槍；所述的操作架上設 置六軸機器人，該機器人上設置感應器和悍槍，感應器旁設置溫度傳感器，焊槍可產生 壓縮電弧。
大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置的補焊方法，包括以下步驟
步驟l、根據大型鍛件的材質成分，制備補焊用保護劑；按照補焊區(qū)域的大小和形態(tài) 制備補焊用熔敷金屬；
步驟2、對機器人控制器程序和壓縮電弧參數進行預設；預設的控制程序包括感應 加熱程序、感應器運行的軌跡、電弧運行的軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接工藝程序；
步驟3、將保護劑放置在補焊區(qū)域；步驟4、對補焊區(qū)域進行感應加熱；通過六軸機器人控制感應器，使其按照預設的感 應加熱程序和運行的軌跡對補焊區(qū)域進行感應加熱；
步驟5、采集補焊區(qū)溫度，并判斷補焊區(qū)域的溫度是否達到預設值，如果達到則執(zhí)行 步驟6，否則繼續(xù)加熱；
步驟6、移走感應器，將補焊熔敷金屬預置在補焊區(qū)域，并將焊槍運動到補焊熔敷金 屬的位置，根據步驟2預設的壓縮電弧參數和焊接工藝參數引燃壓縮電弧，然后按照步
驟2預設的電弧運行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；
步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過程的電流、電壓值，通過存儲在控
制器中的焊接工藝程序進行焊接參數測控，遞減電流收弧，結束焊槍運動程序，并移走
焊槍；
步驟8、對補焊區(qū)域進行感應加熱，遞減感應熱源功率，移走感應器； 歩驟9、對補焯后的鍛件進行擠壓成形改性，結束補焊。
本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點1)、采用了復合熱源，在堆補焊前改善了鍛 件的溫度場，實現了補焊前的預熱；2)、能根據需補焊區(qū)域的形態(tài)大小和鍛件成分，采 用粉末預壓的方法預制熔敷金屬，保證形態(tài)尺寸和成分，成分和性能調整非常容易；3)、 采用壓縮電弧，可根據補焊材料材質、形態(tài)大小，改變壓縮電弧的能量密度，獲得優(yōu)質 的接頭；4)、采用復合熱源，可在焊后進行后熱處理，調整冷卻速度，獲得要求的組織； 5)、補焊接頭強度大于熔敷金屬自身的強度。


圖1是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置的結構示意圖。 圖2是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法的流程圖。 圖3是本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置的壓縮電弧噴嘴結構示 意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
結合圖1，本發(fā)明的一種大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置包括六軸機器 人l，焊槍2,可上下、前后運動的操作架5，焊接系統(tǒng)6，機器人控制器7，工作臺8， 溫度傳感器9;所述的操作架5上設置六軸機器人1，該機器人上設置感應器2-2和焊 槍2，感應器2-2旁設置溫度傳感器9，焊槍2內設置鎢極2-3和噴嘴2-4，鎢極2-3和
5噴嘴2-4可產生壓縮電弧2-l。
補焊前按照大型鍛件3材質和大小設計制造補焊熔敷金屬4和保護劑4-1，調整壓縮電弧2-l的參數，設計壓縮電弧運動軌跡和焊槍姿態(tài)程序，設計復合感應熱源運動程序，并將相關數據存儲于機器人控制器7中。補焊時先將保護劑4-l放置在補焊區(qū)域，通過六軸機器人1控制的感應器2-2按照預設的軌跡對補焊區(qū)域進行感應加熱，溫度傳感器9工作，檢測溫度達到要求值時，6軸機器人l運動，移走感應器2-2;同時預置補焊熔敷金屬4，鎢極2-3和噴嘴2-4之間產生壓縮電弧2-l，焊槍2帶動壓縮電弧2-l隨6軸機器人1和操作架5運動，將焊槍2運動到補焊熔敷金屬4的位置，開始焊接；焊槍運動結束后，熄弧并通過6軸機器人1移走焊槍，然后將感應器2-2移入補悍區(qū)域，進行加熱移動，并逐步遞減加熱功率，移走感應器2。
結合圖2，本發(fā)明的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法包括以下步驟
步驟l、根據大型鍛件的材質成分，制備補焊用保護劑；按照補焊區(qū)域的大小和形態(tài)制備補焊用熔敷金屬；
步驟2、對機器人控制器程序和壓縮電弧參數進行預設；預設的內容包括感應加熱程序、感應器運行的軌跡、電弧運行的軌跡、焊槍姿態(tài)、焊接工藝程序；壓縮電弧參數可以設為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角ai為100°，第二壓縮角a2為卯°，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長度h值為2mm,第二噴嘴孔道長度h,值為1.5mm，第三噴嘴孔道長度h2值為1.5mm。
步驟3、將保護劑放置在補焊區(qū)域；
步驟4、對補焊區(qū)域進行感應加熱；通過六軸機器人控制感應器，使其按照預設的感應加熱程序和運行的軌跡對補焊區(qū)域進行感應加熱；
步驟5、采集補焯區(qū)溫度，并判斷補焊區(qū)域的溫度是否達到預設值，如果達到則執(zhí)行步驟6，否則繼續(xù)加熱；
步驟6、移走感應器，將補焊熔敷金屬預置在補焊區(qū)域，并將焊槍運動到補焊熔敷金屬的位置，根據步驟2預設的壓縮電弧參數和焊接工藝參數引燃壓縮電弧，然后按照步驟2預設的電弧運行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；在焊接過程中，焊槍帶動壓縮電弧運動到距大型鍛件邊緣0.3-0.8mm處，停留0.2-2秒。
步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過程的電流、電壓值，通過存儲在控制器中的焊接工藝程序進行焊接參數測控，遞減電流收弧，結束焊槍運動程序，并移走
6焊槍；
步驟8、對補焊區(qū)域進行感應加熱，遞減感應熱源功率，移走感應器；
步驟9、對補焊后的鍛件進行擠壓成形改性，結束補焊。
上述步驟l中的保護劑顆粒度為60-180目。保護劑可保護感應加熱過程大型鍛件不被氧化，同時可保護補焊熔敷金屬熔化產生的熔池不被氧化，熔敷金屬采用粉末預壓的方法制備，其合金成分與大型鍛件大致相同，碳含量比大型鍛件低10-40%，碳當量低20-50%。壓縮電弧參數，可根據補焊材料材質、形態(tài)大小、厚度以及鍛件的大小等，改變等離子孔道直徑和長度，調整壓縮電弧的能量密度，獲得優(yōu)質的鍛件補焊接頭。下面結合實施例，對本發(fā)明做進一步的描述。 '
以1500mm直徑40Cr圓盤形端面補焊O60mm深3mm鍛件為例。根據補焊區(qū)域060mm深3mm的形態(tài)尺寸和40Cr材料，采用鐵粉、Cr粉形成中碳含Cr補焊熔敷金屬，碳含量控制在0.25-0.3%，并壓制成059.8mm高3.3mm的未燒結的粉末冶金塊，選用能去除Cr、 Fe、 Si、 Mn元素的保護劑(J05-2)，目數120。
將保護劑(J05-2) 20g放入待補焊區(qū)域，設定了圓形感應器O40mm，作圓形運動，軌跡直徑0)54mm，設定了焊槍2補焊運動為沿玄運動的軌跡，分成12條直線運動，擺動幅度為2mm，數據存儲于系統(tǒng)控制器7中。
設計壓縮電弧2-l參數，結合圖3，本發(fā)明的電弧參數可以為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角on為100。，第二壓縮角(X2角度為90。，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長度h值為2mm，第二噴嘴孔道長度hj直為L5mm，第三噴嘴孔道長度&值為1.5mm。
采用本專利裝置6軸機器人1控制的感應器2-2按照(D59.8mm大小和圓形形態(tài)，作軌跡直徑(D54mm的圓形運動，溫度檢測器9檢測到鍛件3補焊區(qū)域溫度達到180-200^時，停止感應加熱；引燃焊槍2鎢極2-3與噴嘴2-4之間的壓縮電弧2-l，焊槍2帶動壓縮電弧2-1隨6軸機器人1和操作架5運動，將焊槍2運動到補焊熔敷金屬4的圓心位置，開始焊接，電弧隨操作架5和六軸機器人1運動、其軌跡和姿態(tài)根據補焊區(qū)域和補焊熔敷金屬4的大小、形態(tài)及位置事先確定，即按照12條直線運動，擺動幅度為2mm，焊槍運動到補焊圓邊時保持焊槍與邊緣距離0.5mm，停留0.3s，焊接電流220-230A，弧壓23-23.5V，焊速15cm/min，焊接結束，移走焊槍2，啟動感應加熱，感應器2-2在六軸機器人1的帶動下再作①54mm的圓周運動，其最大功率為預熱功率的2/3，感應加熱30秒后，逐步降低復合感應加熱功率，30秒后關閉復合感應加熱電源。
權利要求
1、一種大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置，包括六軸機器人[1]，可上下、前后運動的操作架[5]，工作臺[8]，焊槍[2]；其特征在于所述的操作架[5]上設置六軸機器人[1]，該機器人上設置感應器[2-2]和焊槍[2]，感應器[2-2]旁設置溫度傳感器[9]，焊槍[2]可產生壓縮電弧[2-1]。
2、 一種基于權利要求1所述的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置的補焊方 法，其特征在于，包括以下步驟步驟l、根據大型鍛件的材質成分，制備補焊用保護劑；按照補焊區(qū)域的大小和形態(tài) 制備補焊用熔敷金屬；步驟2、對機器人控制器程序和壓縮電弧參數進行預設； 步驟3、將保護劑放置在補焊區(qū)域；步驟4、對補焊區(qū)域進行感應加熱；通過六軸機器人控制感應器，使其按照預設的感 應加熱程序和運行的軌跡對補焊區(qū)域進行感應加熱；步驟5、采集補焊區(qū)溫度，并判斷補焊區(qū)域的溫度是否達到預設值，如果達到則執(zhí)行 歩驟6，否則繼續(xù)加熱；步驟6、移走感應器，將補焊熔敷金屬預置在補焊區(qū)域，并將焊槍運動到補焊熔敷金 屬的位置，根據步驟2預設的壓縮電弧參數和焊接工藝參數引燃壓縮電弧，然后按照步 驟2預設的電弧運行的軌跡以及焊槍姿態(tài)開始焊接；步驟7、利用電流傳感器、電壓傳感器采集焊接過程的電流、電壓值，通過存儲在控 制器中的焊接工藝程序進行焊接參數測控，遞減電流收弧，結束焊槍運動程序，并移走焊槍；步驟8、對補焊區(qū)域進行感應加熱，遞減感應熱源功率，移走感應器； 步驟9、對補焊后的鍛件進行擠壓成形改性，結束補焊。
3、 根據權利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法，其特征在于， 步驟1中保護劑的顆粒度為60-180目。
4、 根據權利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法，其特征在于， 步驟l中的熔敷金屬采用粉末預壓的方法制備，其合金成分與大型鍛件大致相同，碳含量比大型鍛件低10-40%，碳當量低20-50%。
5、 根據權利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法，其特征在于， 步驟2中設定的壓縮電弧參數為噴嘴孔徑2mm，第一壓縮角ai為100°，第二壓縮角a2 為90°，半徑R為25mm，第一噴嘴孔道長度h值為2mm，第二噴嘴孔道長度ln值為 1.5mm，第三噴嘴孔道長度h2值為1.5mm。
6、 根據權利要求2所述的大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊方法，其特征在于， 步驟6的焊接過程中，焊槍帶動壓縮電弧運動到距大型鍛件邊緣0.3-0.8mm處，停留0.2-2 秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型鍛件壓縮電弧加感應復合熱源補焊裝置及其方法，補焊裝置，包括六軸機器人，可上下、前后運動的操作架，工作臺，焊槍；所述的操作架上設置六軸機器人，該機器人上設置感應器和焊槍，感應器旁設置溫度傳感器，焊槍可產生壓縮電弧。本發(fā)明的補焊方法，包括以下步驟首先根據大型鍛件的材質成分，制備補焊用保護劑和熔敷金屬；然后對程序和相關參數進行預設；接著將保護劑放置在補焊區(qū)域并對補焊區(qū)域進行感應加熱；采集補焊區(qū)溫度，并判斷是否達到預設值，如果沒有達到則繼續(xù)加熱；加熱完后移走感應器，引燃壓縮電弧開始焊接；焊接結束后再進行感應加熱。本發(fā)明實現了補焊前的預熱，補焊接頭強度大于熔敷金屬自身的強度。
文檔編號B23K9/04GK101491856SQ20091002564
公開日2009年7月29日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權日2009年3月5日
發(fā)明者琦 周, 王克鴻, 葛艷明, 顧民樂, 俊 黃 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司;南京理工大學