振動焊接技術的製作方法

2023-06-21 05:58:06

專利名稱：振動焊接技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及焊接技術，進一步是指改進的振動焊接技術。
背景技術：
振動焊接，是指對鋼件實施焊接的過程中，採用對工件邊焊邊振的焊接方法。該方法可消除焊層內應力及焊接過程中產生的焊接變形、裂紋(隱裂)，減少渣孔、氣孔，增加焊縫溶池中更多、更健康的有效結晶核，細化晶粒、防止跳焊、提高焊接質量及材料機械性能和疲勞壽命。
但是，在現有技術的振動焊接工藝中，振幅大小是通過調節頻率來控制的，當激振器質量一定時，對大型焊接構件而言，很難通過調節頻率得到預定的振幅；再則，該工藝採用多隻傳感器並逐一轉換進行拾振，這不僅會增加設備成本和傳感器維護工作量，在實際操作中還存在這樣的困難，即對於焊縫縱橫交錯的構件，其焊縫有的分布在構件外表面，有的分布在內表面，施焊操作人時而站立，時而蹬在構件上部，有時又需要進入構件內腔，使得操作人必須頻繁來往於遠離構件的控制面板(去撥動傳感器轉換開關)和構件之間，不僅影響施焊進度，還因操作人員過多地在構件上跳上跳下、鑽出又鑽進而增加了勞動強度，還極不方便。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，提出一種振動焊接技術，它通過調整激振器的激振力來控制振幅的大小，採用一個加速度傳感器拾振，在共振區內進行焊接及配合其它相關工藝，使施焊操作方便、焊接效果更好。
本發明的技術方案是，所述振動焊接技術為(1)將激振器剛性連接在被焊接件上或固定在置有被焊接件的振動臺上；在共振狀態下，通過調整激振器的激振力而使被焊接件獲得所需大小的振幅；(2)保持被焊接件在焊接過程中處於共振狀態並控制振幅的穩定，被焊接件振動時的加速度值控制在0.2m/s2-20m/s2範圍，其精度穩定在±0.1m/s2；(3)、在共振狀態下的頻率區間內選擇一個較低的頻率作為工作頻率，該工作頻率為不大於共振振幅峰值的三分之一的振幅值所對應的頻率；(4)採用一個加速度傳感器拾振，並將該傳感器固定在距焊縫10cm-15cm處，所述傳感器沿焊縫增加的方向隨施焊者移動，直至焊接完畢。
以下對本發明做出進一步說明。
本發明工藝中，激振器可剛性連接在被焊接件上(參見圖1)或固定在置有被焊接件的振動臺上(參見圖2)。
本發明工藝中，可採用兩臺或兩臺以上的多臺激振器同步同幅激振。對於中大型構件，特別是特大型焊接構件(如船舶、橋梁及大型壓力容器等)，採用多人同時在不同地方進行焊接作業，使用一臺激振器就難以將構件激振起來，在激振器附近的振幅可能滿足焊接要求，遠離激振器的地方振幅小，不能滿足焊接要求，也就達不到振動焊接的效果；因此可視構件大小採用變頻器控制兩臺或兩臺以上的激振器同步激振(如圖1所示)，即一拖二，或一拖三、四等，以保證構件各處均為同頻同幅振動。
本發明工藝中，激振器的激振力調整，可通過調整激振器兩端的內、外偏心塊的夾角，或是調整激振器內、外偏心輪之間的偏心距來實現。
圖3是兩端分別裝有內、外偏心塊的激振器結構示意圖，即電動機12右側的電機軸13上裝有內偏心塊14和外偏心塊15(外裝防護罩)，電動機12左側的防護罩11中的左側電機軸上同樣裝有內偏心塊14和外偏心塊15；當內、外偏心塊14、15重合時(如圖3所示)，激振器的振動力最大，而當所述內、外偏心塊14、15為圖4所示狀態時，可以在理論上認為其振動力最小；調整內、外偏心塊14、15的夾角θ(參見圖4)，即可調整激振器激振力的大小。
圖5是激振器所安裝的內偏心輪22和外偏心輪21的結構示意圖，調整該兩偏心輪的偏心距e，即可改變激振器的激振力大小；當所述偏心距e為最大時(如圖5所示)，激振力為最大，而當偏心距e為零時，激振力亦會為最小。
本發明工藝中，焊接時應始終控制振幅的穩定，即其振動狀態為圖6所示，t為時間，被焊接件振動加速度a與振幅值成正比。為達到此目的，可將加速度傳感器測量信號轉換成電壓或電流信號，輸入振動焊接裝置控制器或單片機作為目標值，調節好控制器或單片機的PID，系統將按設定的目標值自動跟蹤運行；由此也就保證了焊接的正常施工。
本發明工藝中，為適應振動焊接的技術要求，應選擇振幅偏低的頻率f作為工作頻率(a為加速度)，即圖7中B點與C點之間的頻率，該區間仍屬共振區。為保證振動焊接效果，不得在非共振區內焊接。
本發明工藝中，所選擇振動加速度a範圍對應的調頻範圍是0-80Hz。
本發明選擇調頻範圍0-80Hz是基於以下原因系統(焊件)的固有頻率是系統(焊件)的固有特性，它決定系統本身的性質。從簡式f=12km]]>可以看出，系統固有頻率f與剛度k的平方根成正比，與質量的平方根成反比。焊件幾何尺寸越大，質量越大、剛性差，它的固有頻率低；反之，焊件體積小、質量小、剛性大、則固有頻率高，實際上所有焊接構件85％以上，其固有頻率都在80Hz以下。那些小型焊件雖然固有頻率高，均超過80Hz，超出了0-80Hz調頻範圍，但可通過降頻方法使之符合這個調頻範圍，簡易而有效方法是使多個焊件剛性連接在振動臺上，將整個振動臺(含所有焊件)視為一個系統，固有頻率降下來後使之符合0-80Hz調頻範圍內的，所以這個調頻範圍能覆蓋所有焊接構件。並配以軟起動，系統從零開始逐步緩慢升速直至工作頻率，免除了突然升速至20Hz，這種硬啟動易損壞電機，並帶來電壓波動，施焊人員與被振焊件接觸時，不應使人身感到有不舒適感，這是國家標準規定的振動頻率最高不能超過80Hz。
本發明的振動振幅是以加速度a來描述的，根據振動理論，對固有振型工件上的各點用相對位移來描述就可以了，而不必用絕對位移來表示。用a來表示從測量到轉換、顯示都較為簡單方便。
用調整激振力，即調整激振器偏心塊夾角大小(或偏心軸的檔位)來調整振幅比用調頻來提高振幅的優越性在於不改變工作頻率下，可獲得較大振幅，如圖8所示，工作頻率選擇共振峰的點1/3處的頻率是f1，f1對應的振幅為a1，欲提高振幅時，只要改變激振器偏心塊的夾角大小(或偏心軸的檔位)，a-f曲線將平行上移。此時共振峰A點及工作頻率B點將移至A′、B′，B′點對應的工作頻率仍為f1，此時所對應的振幅為a3。若通過調頻來調整振幅，若將頻率調整至f2，它對應的振幅為a2，要同樣達到振幅為a3，此時頻率要提高到f3，這已超出了A點1/3處的共振區，此頻率接近共振峰。頻率越高，噪聲則越大，同時還會影響電機壽命。同時，越接近共振峰點時，振幅越難穩定。
本發明工藝中，在不影響焊接的前提下，應儘量增大振動加速度。由於有時施焊者需要蹬在工件上施焊，其加速度值應符合國家標準GB/T 13442-92規定的人體全身振動暴露的舒適性降低界線和評價準則。
本發明工藝中，為了防止施焊過程中的漏振或不振，及保證振動焊接的效果，配備了跟蹤監控系統，接收加速度傳感器的工作信號監控整個焊接過程中振動參數的變化；同時配置有焊件編號、生產日期、起止時間和繪製加速度——時間曲線(a-t曲線)等功能；焊接完工後，通過專用振動焊接裝置內的印表機將上述參數及a-t曲線列印出來，為檢測部門提供原始記錄和日後備查。
本發明工藝中，採用一個加速度傳感器拾振，它相對已有振動焊接工藝採用多個傳感器的好處是，一個傳感器隨人而動，人到哪裡，就跟隨到哪裡，極為方便，既不影響生產進度，操作人無需上下、裡外跳來跳去；降低設備成本一項新的技術讓人接受，價格也是用戶考慮的一個主要問題，傳感器屬精密元件，體積小，價格高，採用多個傳感器並配轉換開關，勢必增加設備的成本。
由以上可知，本發明為一種振動焊接技術，它使施焊操作方便、焊接效果更好，焊接時可採用較大電流，以提高焊接速度及效率；它適用各類機械、機器、工具機、航空、航天、船舶、起重運輸、汽車、機車、橋梁、壓力容器等領域內的碳鋼、各類合金鋼、不鏽鋼、鑄件(焊補)、鋁合金、銅合金的手工電弧焊、自動焊、汽體保護焊、埋伏焊、氫弧焊的諸多大量焊接構件。


圖1是本發明工藝的一種實施例示意圖；圖2是本發明工藝的另一種實施例示意圖；圖3是兩端裝有內、外偏心塊的激振器結構示意圖(右端的防護罩未畫出)；圖4是表示圖3中兩偏心塊相對位置(夾角)關係的示意圖；圖5是表示激振器上安裝內、外偏心輪及其偏心距示意圖；圖6是激振器及被焊工件加速度a-時間t關係圖；圖7是激振器及被焊工件加速度a-頻率f曲線圖；圖8是不同激振力條件下的加速度a-頻率f關係曲線圖。
在圖中1-激振器， 2-加速度傳感器， 3-被焊接件，4-電氣控制櫃， 5-振動臺， 11-防護罩，12-電動機，13-電機軸， 14-內偏心塊，15-外偏心塊， 21-外偏心輪，22-內偏心輪。
具體實施例方式
1、將焊接構件按焊接工藝組焊成型後，用橡膠或木頭支撐平穩，支撐方式按不同類型構件而不同。
a、梁型構件，支撐位置在距焊件兩端2/9L處(L為焊件長度)，激振器固定在中央或中央一側或端部。
b、對圓形工件，以四點或三點支撐，激振器則固定在兩點之間。
c、對於板形工件，支撐沿長度方向布置，支點距端部1/3L或2/3L處，激振器裝夾中間位置。
d、對於長、寬、高比例接近1的焊接構件，與三個方向中選擇剛性低的地方支撐四點，支點距端部1/3L或2/3L處，激振器固定在兩側或對角線上。
e、焊件幾何尺寸不大，或有色金屬件可剛性固定在振動臺上或焊接胎具上，激振器固定在中間一側，或端部、胎具也可固定在振動臺上。
2、採用一隻加速度傳感器固定在焊縫附近10-15cm處，可沿焊縫長度方向移動。
3、控制振幅的穩定，振幅控制在0.2m/s2-20m/s2範圍內，同時保持焊件始終處於共振狀態。
4、可採用多臺激振器同步激振。
5、一切準備就緒即可施焊，施焊時必須嚴格按照焊接工藝進行。
6、振動焊接完工後，無需再進行其它時效處理。
權利要求
1.一種振動焊接技術，其特徵是，該技術為(1)將激振器剛性連接在被焊接件上或固定在置有被焊接件的振動臺上；在共振狀態下，通過調整激振器的激振力而使被焊接件獲得所需大小的振幅；(2)保持被焊接件在焊接過程中處於共振狀態並控制振幅的穩定，被焊接件振動時的加速度值控制在0.2m/s2-20m/s2範圍，其精度穩定在±0.1m/s2；(3)、在共振狀態下的頻率區間內選擇一個較低的頻率作為工作頻率，該工作頻率為不大於共振振幅峰值的三分之一的振幅值所對應的頻率；(4)採用一個加速度傳感器拾振，並將該傳感器固定在距焊縫10cm-15cm處，所述傳感器沿焊縫增加的方向隨施焊者移動，直至焊接完畢。
2.根據權利要求1所述振動焊接技術，其特徵是，利用跟蹤監控系統，接收加速度傳感器的工作信號監控整個焊接過程中振動參數的變化；所述系統配置焊件編號、生產日期、起止時間和繪製加速度——時間曲線的功能；焊接完工後，通過專用振動焊接裝置內的印表機將上述參數及a-t曲線列印出來，為檢測部門提供原始記錄和日後備查。
3.根據權利要求1所述振動焊接技術，其特徵是，所述激振力的調整是通過調整激振器兩端的內、外偏心塊的夾角，或是調整激振器兩端內、外偏心輪的偏心距來實現。
4.根據權利要求1所述振動焊接技術，其特徵是，採用兩臺或兩臺以上的多臺激振器同步同幅激振。
全文摘要
本發明技術為a.將激振器剛性連接在被焊接件上或固定在置有被焊接件的振動臺上；在共振狀態下，通過調整激振器的激振力而使焊接件獲得所需振幅；b.保持被焊接件處於共振狀態並控制振幅的穩定，c.在共振狀態下的頻率區間內選擇一個較低的工作頻率，其為不大於共振振幅峰值的三分之一的振幅值所對應的頻率；d.採用一個加速度傳感器拾振，並將該傳感器固定在距焊縫一定距離處，所述傳感器沿焊縫增加的方向隨施焊者移動；利跟蹤監控系統監控振動參數的變化；其配置有焊件編號、生產日期、起止時間和繪製加速度—時間曲線；本技術使施焊操作方便、焊接效果更好，焊接時可採用較大電流，以提高焊接速度及效率；它適用各類焊接構件。
文檔編號B23K9/32GK1943968SQ20061003247
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年10月27日
發明者黎凡七 申請人:黎凡七