微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機的製作方法

2023-06-14 03:40:26

專利名稱：微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種針對已經熱處理的精密機械零件的表面缺陷進行修補的維修設備，確切地說，涉及一種微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，屬於用熔融的金屬復層材料進行電弧堆焊的設備的技術領域。
金屬工模具，作為一種已經熱處理的精密機械零件，通常要求其表面有很高的硬度和粗糙度，對幾何形狀、尺寸的精度要求也很高，而且成品模具的工作表面有針眼大小的缺陷也是絕不允許的。但在生產、使用過程中，不可避免地會出現因自然磨損或其他原因而造成的各種各樣面積小而淺的表面缺陷，這種缺陷如不能很好解決之就會使造價昂貴的模具報廢，經濟損失相當可觀。
目前通常採用堆焊進行工模具的表面修補，現在的堆焊技術主要問題是對模具局部修補要輸入很大熱量，造成熱應力大，容易產生裂紋，或者造成堆焊後的工件整體有退火現象，使之硬度下降，縮短使用壽命。此外，現在對模具類精密機械零件的表面缺陷在修補後通常還要再經磨床磨削加工和重新熱處理，以恢復其原有尺寸、形狀、表面的精度和硬度，才能重新使用。整個修補工藝非常費工費時，經濟效益很低。
本實用新型的目的是提供一種對精密機械零件表面缺陷進行修補的新型設備一微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，該裝置可直接用於修補裝模具的表面局部缺陷，且一般不需熱處理等後續工藝，提高工效，縮短加工時間，經濟效益好。
本實用新型是這樣實現的包括有電源裝置、供氣裝置和旋轉電極式焊槍，其中供氣裝置是由順序串接的惰性氣體瓶、一次壓儀表、調壓閥、二次壓儀表、流量計和輸氣管路所組成；其特徵在於其中電源裝置為矩形箱體，機殼內的控制電路包括有順序連接的自耦變壓器調壓裝置、整流濾波電路、充電輸入控制電路、電感與電容諧振式儲能升壓電路、放電輸出控制電路、脈衝輸出電路以及分別用於控制充電輸入、放電輸出的可控矽晶閘管觸發脈衝的工作頻率設置及邏輯控制電路；旋轉電極式焊槍則由槍式外殼以及安裝在殼體內後部的調速電機、位於殼體中部的惰性氣體的氣室，以及與該調速電機轉軸相連接的小型卡盤和夾在卡盤中間的可熔性電極所組成。
其中儲能升壓電路的電容可以是三個，其容量分別為33μF、60μF及100μF。
其中工作頻率設置電路由時基電路構成，其工作頻率範圍為10-1000HZ。
其中旋轉電極式焊槍前端非金屬材料的氣室殼壁通過螺紋與焊槍外殼連接，該殼壁中央通孔的直徑應大於可熔性電極的直徑；焊槍外殼上的脈衝電源正極輸入接點經彈簧、碳刷、導電環、卡盤與可熔性電極構成電氣通路，使可熔性電極與電源裝置輸出的脈衝電壓正極相連通。
其中電源裝置還設有旋轉電極式焊槍的調速電機的轉速調整控制電路。
其中集氣罩是用1-2毫米厚的非金屬板材製成，其中間開設有與堆焊層相應大小的孔洞。
本實用新型是一種針對已經熱處理的精密機械零件的表面缺損進行修補而研製的維修設備，該裝置由電源部分、惰性氣體供氣部分和可調速旋轉電極式焊槍所組成。本實用新型利用其電源裝置提供的中低頻脈衝電流在旋轉著的可熔化電極和工件之間產生的電弧以及該旋轉電極與工件瞬間接觸時的電火花共同供給施焊過程中所需要的熱源，將可熔性電極的下表層熔融，連續不斷地堆焊到工件表面形成冶金結合的接頭而進行修補加工。本實用新型作為一種電弧堆焊設備，在施焊過程中配有惰性氣體保護(簡稱MIG)，再輔以集氣罩，可有效防止焊區金屬氧化和火花飛濺；而且與利用恆定的直流進行普通MIG弧焊法不同，其工作的電流是一種佔空比非常小(約1/15-1/50)的微脈衝電壓序列，使得輸出端的工作電流呈斷續狀態，即在每個脈衝期間都存在「引弧、燃弧、熄弧」三個過程，從而使工件基材在每次受熱後有足夠的冷卻時間，也即平均焊接能量相當低，對工件基體的熱輸入量很少，使受焊工件基本不產生熱變形，所以修補後，工件毋需再進行熱處理，可以簡單、快速、經濟地修復工件。
本實用新型可用於修補成型模具、熱鍛壓模具、壓鑄模具、冷作模具和各種塑料模具以及某些刀具、工具、用具等，對上述器具的小面積均勻磨損、剝落損傷、稜角崩損、劃溝、冶金缺陷等都可用本實用新型進行修補。該裝置還可兼作脈衝電火花表面強化設備，可將金屬陶瓷材料均勻沉積到機械零件的表面，強化工件表面，對於處在磨損、高溫和腐蝕狀態下工作的機器零部件、鍛模、鑄模和工具，在表面沉積一層金屬陶瓷，可延長其使用壽命。本實用新型採用旋轉電極的強化塗層均勻性及塗層速度均優於傳統設備。總之，本實用新型作為電弧堆焊設備，結構簡單，操作方便；其可消耗性電極為旋轉式，沉積效率高；採用氬氣保護，塗層質量好，其修補層與母材結合牢固；且採用微脈衝電流引弧，對母材基本不產生熱變形，不需後續熱處理，是一項頗具推廣應用前景的精密零件表面缺陷的維修設備。


圖1是本實用新型的電源裝置操作面板的示意圖；圖2是本實用新型的電源裝置電氣原理方框圖；圖3是本實用新型的電源裝置電氣線路圖4是本實用新型的電源裝置主控電路主要波形示意圖；圖5是本實用新型供氣裝置連接示意圖；圖6是本實用新型旋轉電極式焊槍的結構示意圖；參見
圖1-圖3，本實用新型包括有電源裝置1、供氣裝置4和旋轉電極式焊槍5，其中供氣裝置4是由順序串接的惰性氣體鋼瓶41、一次壓儀表42、調壓閥43、二次壓儀表44、流量計45和輸氣管路46所組成，其中電源裝置1為矩形箱體，機殼10內的控制電路是由調壓裝置、整流濾波電路、充電輸入控制電路、儲能升壓電路、放電輸出控制電路、脈衝輸出電路以及分別用於控制充電輸入、放電輸出的觸發脈衝的工作頻率設置及邏輯控制電路所組成(參見圖2)；電源裝置裡還設有旋轉電極式焊槍5的調速電機52的轉速調整控制電路。
參見圖3，本實用新型控制電路中的自耦變壓器T1為調壓裝置用於控制輸出能量大小。整流橋BD和C1為整流濾波電路。可控矽晶閘管SCR1是為電容C2充電儲能進行輸入控制。電感L1、電容C2、C1構成諧振式儲能升壓電路，該電路節能效果好，其中L1、C1構成振蕩電路，具有自動關斷SCR1的作用。SCR2為電容C2放電輸出控制電路，與SCR1同樣，皆由主控電路頻率輸出的邏輯控制電路來控制其工作。本實用新型應該在輸入控制脈衝觸發SCR1的a極，完成升壓儲能及SCR1自行關斷後，在允許的間隔時間(大於20倍充電時間)之後，邏輯控制電路才開啟放電控制脈衝而觸發SCR2的b極，從而完成輸出一個脈衝電流用於引弧焊接。變壓器T2及二極體D1、D2、D3構成脈衝輸出迴路，主控電路採用555時基電路構成可調式頻率發生器，用D觸發器(型號為4013)構成頻率整形電路，再經微分電路、放大電路、隔離輸出電路而分別接至SCR1和SCR2的a、b極。其中整形電路的輸出Q、Q的相對位差為180°，可保證SCR1和SCR2不會同時導通。微分電路的作用是用整形電路輸出脈衝的上升沿作為觸發SCR1和SCR2的信號。
主控電路上的各電路波形參見圖4所示。從圖4可知，本實用新型的電極工作脈衝是佔空比相當小(約1/15-1/50)的微脈衝序列。
圖1所示的操作面板上安設有電壓表11、可熔化電極轉速表12、數字頻率表13、流量表14、接焊槍的插座15、氬氣出氣孔16、輸出電壓接線柱17、儲能電容調節柱18、頻率調節鈕19、電極轉速調節鈕20、電壓調節鈕21、電源開關22和電源指示燈23。機殼10後板還安設有氬氣進氣口、保險絲及電源插座等。
參見圖6，本實用新型的旋轉電極式焊槍5是由槍式外殼51、安裝在殼體51內的調速電機52、惰性氣體的氣室53、小型卡盤54和夾在卡盤54中間的可熔性電極55，以及安裝在外殼59上的脈衝電源正極輸入接點56、惰性氣體輸入塞孔57和電機啟動開關58所組成。其中焊槍5前端非金屬材料的氣室殼壁59通過螺紋與焊槍外殼51相連接，該殼壁59中央通孔的直徑要略大於可熔性電極55的直徑，從輸入塞孔57進入氣室53的惰性氣體就從兩者之間的間隙噴出而形成焊接時的氣體保護。電源裝置1上的輸出電壓接線柱17的正極(+)與焊槍外殼51上的脈衝電源正極輸入接點56相連接，再經彈簧和碳刷60、導電環61、卡盤54與可熔性電極焊條55相連通，使可熔性電極55與電源裝置1輸出的脈衝電壓正極相連通。而電源裝置的輸出電壓接線柱17的負極(-)與待焊工件相連接。
本實用新型的基本操作方法是首先正確連接氣路(參見圖5)。先將惰性氣體(氬氣)從鋼瓶41經一次壓儀表42、調壓閥43、二次壓儀表44、流量計45和輸氣管路46接到旋轉電極式焊槍5的氣路進氣口57。氣路連接好後，應調整好二次氣壓和流量，還要連接好電路。即將電源輸入線接220伏工頻電源，機殼10接地，機殼10右側三芯插座15是與旋轉電極式焊槍5的連接座，輸出脈衝電壓接線柱17則應將正極連線接電極式焊槍5的電極55，負極則連線接工件。然後按照工藝需要選擇不同補材的電極並固定在焊槍5上，在進行表面清洗處理後，選擇合適的儲能電容量、工作頻率、電極轉速、工作電壓後就可以施焊進行修補焊接作業了。修補時，可以在工件的施焊表面放置一個用非金屬板材製成的集氣罩，該集氣罩的中間設有大小與工件表面缺陷相當的孔洞，焊接在該孔中進行。該集氣罩既可以增加惰性氣體的保護作用，還可以減少焊接時對工件其他非加工表面的金屬飛濺汙染和便於焊接操作。
本實用新型已經試製出樣機，經採用不同補材和多種工藝參數進行補焊作業，對模具的修補達到了預期的發明目的。
權利要求1.一種微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，包括有電源裝置、供氣裝置和旋轉電極式焊槍，其中供氣裝置是由順序串接的惰性氣體瓶、一次壓儀表、調壓閥、二次壓儀表、流量計和輸氣管路所組成；其特徵在於其中電源裝置為矩形體，機殼內的控制電路包括有順序連接的自耦變壓器調壓裝置、整流濾波電路、充電輸入控制電路、電感與電容諧振式儲能升壓電路、放電輸出控制電路、脈衝輸出電路以及分別用於控制充電輸入、放電輸出的可控矽晶閘管觸發脈衝的工作頻率設置及邏輯控制電路；旋轉電極式焊槍則由槍式外殼以及安裝在殼體內後部的調速電機、位於殼體中部的惰性氣體的氣室，以及與該調速電機轉軸相連接的小型卡盤和夾在卡盤中間的可熔性電極所組成。
2.如權利要求1所述的微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，其特徵在於其中儲能升壓電路的電容可以是三個，其容量分別為33μF、60μF及100μF。
3.如權利要求1所述的微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，其特徵在於其中工作頻率設置電路由時基電路構成，其工作頻率範圍為10-1000HZ。
4.如權利要求1所述的微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，其特徵在於其中旋轉電極式焊槍的前端非金屬材料的氣室殼壁通過螺紋與焊槍外殼連接，該殼壁中央通孔的直徑應大於可熔性電極的直徑；外殼上的脈衝電源正極經彈簧、碳刷、導電環、卡盤與可熔性電極構成電氣通路，使可熔性電極與電源裝置輸出的脈衝電壓正極相連通。
5.如權利要求1所述的微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機，其特徵在於其中電源裝置還設有旋轉電極式焊槍的調速電機的轉速調整控制電路。
專利摘要一種微脈衝旋轉熔化極的惰性氣體保護焊模具修補機,由電源裝置、供氣裝置和旋轉電極式焊槍所組成。其中電源裝置的控制電路包括有調壓裝置、整流濾波電路、充電輸入控制電路、儲能升壓電路、放電輸出控制電路、脈衝輸出迴路以及控制充、放電輸入、輸出觸發脈衝的工作頻率設置及邏輯控制電路。該裝置利用微脈衝電流在可熔化電極與工件間產生的電弧及電火花修補工模具的表面局部缺陷,設備構造簡單,操作容易,工效高,效益好。
文檔編號B23K9/173GK2314882SQ97227978
公開日1999年4月21日 申請日期1997年9月30日 優先權日1997年9月30日
發明者胡仲翔, 張甲英, 李慶田, 朱茂坤, 李強, 朱潤秀 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院