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CN102066032A - 用于自动维护焊炬头的方法、设备和水基分散液的用途 - Google Patents

用于自动维护焊炬头的方法、设备和水基分散液的用途 Download PDF

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CN102066032A CN2009801225279A CN200980122527A CN102066032A CN 102066032 A CN102066032 A CN 102066032A CN 2009801225279 A CN2009801225279 A CN 2009801225279A CN 200980122527 A CN200980122527 A CN 200980122527A CN 102066032 A CN102066032 A CN 102066032A
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G·施伦普
D·M.·科克
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Abstract

本发明涉及一种用于自动维护炬头(12)的方法和设备(10),所述炬头(12)包括至少一个导电嘴(20)、和环绕着所述至少一个导电嘴(20)的喷嘴(26)。在第一维护装置(32)中,在所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的组装状态下非接触式地清洁炬头(12)。第二维护装置(34)用于在所述炬头(12)转动时沿大致水平的方向向所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的表面的至少一部分施加炬头处理剂(42)。在炬头(12)已被转移到相应的维护位置之后,通过控制单元(50)分别启动第一维护装置(32)和第二维护装置(34)的操作。作为用于维护焊炬头的炬头处理剂,所述炬头处理剂可包括重量百分比在大约5到大约50之间的氮化硼。

Description

用于自动维护焊炬头的方法、设备和水基分散液的用途
技术领域
本发明总体上涉及气体金属弧焊的、例如MIG/MAG焊接(金属惰性气体/金属活性气体焊接)的技术领域,特别地涉及一种用于自动维护该技术领域中所用的焊炬的炬头的方法和设备。
背景技术
通常,用于气体金属弧焊的焊炬在它们的远端包括炬头,所述炬头包括至少一个导电嘴和环绕着所述至少一个导电嘴的喷嘴。焊条通过每个导电嘴的中心通道供给且经由喷嘴的开口伸出所述炬头。气体被供给通过所述至少一个导电嘴与喷嘴之间的空间,且通过喷嘴开口排出。高的电压施加给导电嘴和焊条。当焊条借接近待焊接的工件、例如要通过焊接接合的工件的两个部分时,通过形成在焊条和工件之间的电弧形成闭合电路。该电弧携带电流,所述电流使得焊条和工件的一部分熔化且工件的两部分之间通过焊接接合。因此,焊条在焊接过程中被消耗,且必须随着焊接操作的进行而通过导电嘴的通道前送。
由于焊条和金属工件非常快速地被加热到它们的各自熔点以上的温度,因此熔化的焊条或工件的熔化部分可溅落和附着到炬头的喷嘴或所述至少一个导电嘴。溅落的材料对焊接的质量、特别是焊缝的质量可具有多种有害影响。一方面,溅落材料可影响导电嘴和金属工件之间的电弧的电场,另一方面,溅落材料可降低通过喷嘴的气体流量。因此,必须时常维护炬头,特别是清洁炬头上的附着的溅落材料。在较早的时候,该维护操作通过维护人员手动执行。
近来,WO-A-2005/092554已经提出了一种用于自动维护焊炬的方法和设备。该文献中公开的自动维护需要拆卸炬头,特别是去除喷嘴,以及例如通过磨削以机械方式清洁炬头的构件。这样,该现有的自动维护操作由于需要拆卸和再组装的步骤而非常耗时。而且,炬头的电弧形成特性可受机械清洁的不利影响,这是因为存在炬头构件的形状变化的危险。
发明内容
因此,本发明的目的是改善焊炬的炬头的自动维护,以便需要耗费更少的时间,以及使得即使在多次维护操作之后电弧特性仍具有较高的重复性。
为此,根据本发明的一个方面,提供了一种用于自动维护炬头的方法,所述炬头包括至少一个导电嘴和环绕着所述至少一个导电嘴的喷嘴,所述方法包括以下步骤:在所述至少一个导电嘴和所述喷嘴的组装状态下非接触式地清洁所述炬头,向所述至少一个导电嘴和所述喷嘴的表面的至少一部分施加炬头处理剂。
根据本发明,由于焊炬头的所述至少一个导电嘴和喷嘴在组装状态下被清洁,因此避免耗时的拆卸和再组装步骤。而且,焊炬头被非接触式地清洁,使得可避免不利地影响炬头的电弧形成特性的炬头构件的形状的任何有害变化。
对于炬头的非接触清洁步骤,可使用磁清洁装置、压缩空气式清洁装置和超声清洁装置中的至少一个。例如,溅落材料可通过压缩空气式清洁装置和/或超声清洁装置松动,且可通过磁清洁装置去除。可选地,溅落材料也可仅使用磁清洁装置松动和去除。磁清洁装置可包括至少一个电磁单元,使得磁力仅在清洁过程中产生。而且,通过改变供给到所述至少一个电磁单元和/或超声清洁装置的电流强度和/或通过改变由压缩空气式清洁装置逐出的空气喷射强度,溅落材料可经受便于从炬头构件松动溅落材料的振动。
为了避免可能损害焊缝的质量的炬头处理剂在焊条上的任何沉积,为了焊接而通过所述至少一个导电嘴的通道被前送的焊条可在所述炬头处理剂施加之前缩回到所述通道中。
为了使炬头处理剂明显均匀地沉积在炬头构件上,炬头处理剂可喷射到所述至少一个导电嘴和所述喷嘴。
为了防止堵塞喷嘴的气体入口和/或防止炬头处理剂绕着喷嘴开口集聚,所述炬头处理剂可以沿大致水平的方向喷射到所述至少一个导电嘴和所述喷嘴上。
为了提高炬头处理剂在炬头构件上沉积的均匀性,炬头可在喷射操作过程中转动。
为了便于喷射操作,由压缩空气雾化的分散液可用作炬头处理剂。通常,分散液可以是溶剂基分散液或水基分散液。然而,由于溶剂基炬头处理剂可例如通过点燃或蒸发对操作人员的健康造成危害,因此优选地,所述炬头处理剂是水基分散液。炬头处理剂例如可包括重量百分比在大约5到大约50之间、优选重量百分比在大约15到大约20之间的氮化硼。氮化硼颗粒的尺寸可在大约0.5μm到大约10μm之间,且具有大约4μm的平均尺寸。
在较早的时候,溶剂基炬头处理剂的使用是优选的,因为炬头的温度通常仅达到大约30-40℃,所述温度对于水基炬头处理剂的水的快速蒸发来说不足够高。然而为了确保炬头处理剂层可靠地形成在炬头构件上,建议所述喷射操作包括至少一个第一时段和至少一个第二时段,在第一时段过程中,炬头处理剂施加到炬头,在所述第二时段中,已被施加的炬头处理剂优选通过使用压缩空气、例如加热的压缩空气被干燥。第一时段可为大约1秒,而第二时段可为大约30秒。而且,可逐步地即一个子层接着一个子层地在炬头构件上形成炬头处理剂层。为此,喷射操作可包括交替进行的第一和第二时段的多次循环,例如保持3-5次循环。
为了确保喷射装置的正确操作,喷射喷嘴可时常地、例如一天至少一次、例如在系统关断之前的晚上被清洁。喷射喷嘴的清洁例如可通过将炬头处理剂的喷射切换到水的喷射执行。而且,炬头处理剂可时常搅动,以防止分散液的离析和氮化硼的沉淀。例如,该搅动可例如每两个小时大约5分钟地在循环管路中从炬头处理剂蓄存器泵送炬头处理剂和向炬头处理剂蓄存器泵送炬头处理剂执行。
为了避免炬头处理剂的超范围喷射污染焊接设备,仅炬头的喷嘴和所述至少一个导电嘴可在喷射操作过程中经受炬头处理剂喷射,而护罩保护炬头的其余部分免受超范围喷射。
如果机器人装置用于移动炬头,则上述清洁操作可被实施在机器人装置的运动控制中。
可不必在炬头的每次清洁操作之后都施加炬头处理剂。相反,可在包括非接触清洁和施加炬头处理剂的自动维护的两个相继的操作之间,所述炬头被非接触式地清洁至少一次。
根据另一方面,本发明提供了一种优选通过使用上述方法自动维护炬头的设备,所述炬头包括至少一个导电嘴和环绕着所述至少一个导电嘴的喷嘴,所述设备包括:第一维护装置,所述第一维护装置用于在所述至少一个导电嘴和所述喷嘴的组装状态下非接触式地清洁炬头;第二维护装置,所述第二维护装置用于向所述至少一个导电嘴和所述喷嘴的表面的至少一部分施加炬头处理剂;以及控制单元,所述控制单元用于在炬头已被转移到相应的维护位置之后分别启动第一维护装置和第二维护装置的操作。
根据又一方面,本发明还涉及这种液体作为用于维护焊炬头的炬头处理剂的用途,所述液体优选为包括重量百分比在大约5到大约50之间、优选重量百分比在大约15到大约20之间的氮化硼的水基分散液。
附图说明
下面,将参看附图更详细地描述本发明的优选实施例,附图包括:
图1是根据本发明的用于炬头的自动维护的设备的示意性侧视图,
图2是炬头处理剂施加装置的侧剖视图,
图3是用于显示出喷射装置的操作的时间控制的图,以及
图4是磁清洁装置的示意性侧视图。
具体实施方式
图1示出了用于焊炬14的炬头12的自动维护的设备10的示意性侧视图。焊炬14位于机器人18的臂16的自由端处,所述机器人具有图1中以相应的箭头示出的多个运动自由度。因此,焊炬14可由机器人18从焊接位置(未示出)移动到多个工作位置。
如图2中更详细地所示,炬头12具有导电嘴20,在所述导电嘴20中,中心通道22被提供用于从焊条供给装置(未示出)前送焊条24。导电嘴20由喷嘴26环绕,所述喷嘴26具有喷嘴开口26a,气体(惰性气体或活性气体)可从气源(未示出)被供给通过形成在导电嘴20与喷嘴26之间的环形空间28,且可通过喷嘴开口26a排放。在焊炬14的焊接操作过程中,焊条24也可通过喷嘴开口26a伸出,且接触待焊接的工件。通过这种方式,电路被闭合,且在焊条24与工件之间激发出电弧。由于该电弧的高的温度,焊条和工件的表面的一部分被熔化,且当焊条24通过通道22连续地前送时,可在工件上形成焊缝,例如通过焊缝将工件的两个部分接合起来。
由于焊条和工件快速地被加热到各自的熔点以上的温度,因此,熔化的材料可特别是绕着喷嘴26的喷嘴开口26a溅落和附着到喷嘴26、以及溅落和附着到炬头12的导电嘴20,如图4所示,在图4中,溅落材料通过附图标记30表示。不言自明,溅落材料30对焊缝的质量可能具有负面影响,因为它会影响形成在导电嘴20与工件之间的电弧的磁场。因此,时常清洁炬头12是重要的。
为此,根据本发明的设备10具有两个维护站,即清洁站32和喷射站34(参看图1)。
如图4所示,清洁站32可例如包括磁清洁装置36,所述磁清洁装置36包括电磁线圈38和壳体40。炬头12可通过机器人18导入到电磁线圈38的开口38a中,且电流可供给到线圈38,从而产生吸引溅落材料30的磁场、从导电嘴20和喷嘴26松动溅落材料30、并使得溅落材料30落到壳体40的底部40a,在所述底部40a处,去除的滴落材料以附图标记30’表示。
应当理解,磁清洁装置36仅是清洁站32的一个可能的实施例。为了相同的清洁目的,也可使用其他类型的清洁装置,例如超声清洁装置、压缩空气式清洁装置等。
在炬头12在清洁站32处已被清洁之后,它可通过机器人18移动到喷射站34,在所述喷射站处,炬头处理剂42喷射到导电嘴20和喷嘴26,以便使得溅落材料30更难以附着在导电嘴20和喷嘴26处。根据本发明,包含重量百分比为大约15-大约20的氮化硼的水基分散液用作炬头处理剂42,且借助于双组分喷射喷嘴44、例如从DE-A 195 11 272公知的双组分喷射喷嘴喷射到炬头12上,在所述喷射喷嘴中,液体炬头处理剂42通过压缩空气被雾化。
炬头处理剂42在喷嘴26和导电嘴20上形成保护膜46。为了形成大致均匀的膜46,炬头12可在喷射操作过程中绕着其轴线A转动,炬头12的轴线A在喷射操作过程中优选沿水平方向延伸。利用朝上指向的喷嘴开口26a将炬头处理剂42喷射到炬头12上可引起喷嘴26的气体供给开口(未示出)的堵塞问题。利用朝下指向的喷嘴开口26a将炬头处理剂42喷射到炬头12上可引起绕着喷嘴开口26形成小滴的问题。
为了避免喷射站34的周围的任何污染,设有护罩48,所述护罩48具有开口48a,炬头12通过所述开口48a导入,以被炬头处理剂42喷射。护罩48可绕着喷射喷嘴44和炬头12形成壳体,这防止超范围喷射,而且可用于收集喷射到护罩48上的炬头处理剂42。
为了避免在随后的焊接操作中对焊缝的质量产生任何有害的影响,焊条24可在喷射操作过程中缩回到通道22中,以防止焊条24也覆盖有炬头处理剂42。
由于水基炬头处理剂42比先前使用的熔剂基炬头处理剂具有低很多的蒸发温度,以及由于炬头14的温度仅处于大约30-40℃的范围内,因此存在以下问题:炬头处理剂42在导电嘴20和喷嘴26上不能足够快速地干燥,从而使得在导电嘴20和喷嘴26上更难以获得足够厚而可有效地防止炬头12附着溅落材料30的均匀膜46。为了获得足够厚的膜46,本发明提出了以下喷射过程:
炬头处理剂42多次循环地施加到炬头12,每个循环包括第一时段T1和第二时段T2,如图3所示。在持续时间为t1且可达到大约1秒的第一时段T1中,炬头处理剂42通过喷射喷嘴44被雾化且喷射到炬头12上。在持续时间为t2且可例如达到大约30秒的随后的时段T2中,喷射喷嘴44仅喷射压缩空气例如加热的压缩空气,以干燥在第一时段T1过程中形成在炬头12上的膜46。包括第一喷射时段T1和第二干燥时段T2的该循环可以重复进行,例如重复3-5次,直到膜46已变到足够的厚度。
应当指出,尽管在根据图1的实施例中,清洁站32和喷射站34位于不同的维护位置处,但它们也可以组合在仅具有一个维护位置的单个维护站中。为此,例如,磁清洁装置36的线圈38可用作喷射装置的护罩48的一部分,且附加的磁体可绕着双组分喷射喷嘴44提供,以便通过由电磁线圈38产生的磁力吸引和收集从导电嘴20和喷嘴26松脱的溅落材料30’。
如前面对清洁和喷射操作所作的描述,炬头14的维护可在机器人的控制单元50的控制下通过机器人18的相应的运动实现。此外,控制单元50也可操作性地连接到第一维护站32和第二维护站34,以控制、即启动和停止它们的相应的维护操作。
最后,应当指出,可在不脱离权利要求的范围的情况下对上述特定的实施例进行许多修改和改变。

Claims (11)

1.一种用于自动维护炬头(12)的方法,所述炬头包括至少一个导电嘴(20)和环绕着所述至少一个导电嘴(20)的喷嘴(26),所述方法包括以下步骤:
-在所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的组装状态下非接触式地清洁所述炬头(12),
-向所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的表面的至少一部分施加炬头处理剂(42);
其特征在于,所述炬头处理剂(42)沿大致水平方向喷射到所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26);
所述炬头(12)在喷射操作过程中转动。
2.如权利要求1所述的方法,
其特征在于,磁清洁装置(36)、压缩空气式清洁装置和超声清洁装置中的至少一个用于非接触式地清洁所述炬头(12)。
3.如权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,为了焊接而通过所述至少一个导电嘴(20)的通道(22)被前送的焊条(24)在所述炬头处理剂(42)施加之前缩回到所述通道(22)中。
4.如权利要求1-3中任一所述的方法,
其特征在于,所述炬头处理剂(42)是被压缩空气雾化的分散液。
5.如权利要求4所述的方法,
其特征在于,所述炬头处理剂(42)包括重量百分比在大约5到大约50之间、优选重量百分比在大约15到大约20之间的氮化硼。
6.如权利要求1-5中任一所述的方法,
其特征在于,所述喷射操作包括至少一个第一时段(T1)和至少一个第二时段(T2),在所述第一时段中,炬头处理剂(42)施加到炬头(12),在所述第二时段中,被施加的炬头处理剂(42)优选通过使用压缩空气被干燥。
7.如权利要求6所述的方法,
其特征在于,所述喷射操作包括第一和第二时段(T1,T2)的多次循环。
8.如权利要求1-7中任一所述的方法,
其特征在于,仅炬头(12)的喷嘴(26)和所述至少一个导电嘴(20)在喷射操作过程中经受炬头处理剂(42)喷射,而护罩(48)防止炬头(12)的其余部分被超范围喷射。
9.如权利要求1-8中任一所述的方法,
其特征在于,机器人装置(18)用于移动炬头(12)。
10.如权利要求1-9中任一所述的方法,其特征在于,
在包括非接触清洁和施加炬头处理剂(42)的自动维护的两个相继的操作之间,所述炬头(12)被非接触式地清洁至少一次。
11.一种优选通过使用权利要求1-10中任一所述的方法自动维护炬头(12)的设备(10),所述炬头(12)包括至少一个导电嘴(20)和环绕着所述至少一个导电嘴(20)的喷嘴(26),所述设备(10)包括:
-第一维护装置(32),所述第一维护装置(32)用于在所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的组装状态下非接触式地清洁炬头(12),
-第二维护装置(34),所述第二维护装置(34)用于在所述炬头(12)转动时沿大致水平方向向所述至少一个导电嘴(20)和所述喷嘴(26)的表面的至少一部分施加炬头处理剂(42),以及
-控制单元(50),所述控制单元(50)用于在炬头(12)已被转移到相应的维护位置之后分别启动第一维护装置(32)和第二维护装置(34)的操作。
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