專利名稱：炮彈銅合金導(dǎo)帶tig自動堆焊工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體說就是炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊 工藝及裝置。
(二)
背景技術(shù)：
鋼基體表面堆敷銅合金層可以改善鋼材的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和表面 硬度，這種技術(shù)廣泛用于航空航天領(lǐng)域和兵器制造業(yè)領(lǐng)域。例如炮彈 彈帶的裝配，傳統(tǒng)工藝釆用機械方式在鋼基體上嵌合銅合金環(huán)，這種 方式增加了應(yīng)力集中，削弱了彈體強度，環(huán)槽處的壁厚會使該處彈體 內(nèi)孔孔徑縮小，從而增加了加工彈體的工藝難度，減少了裝藥量，降 低爆炸威力。同時，在彈體上加工環(huán)槽費工時、刀具，增加生產(chǎn)成本。
當(dāng)今世界炮彈的發(fā)展趨勢為大口徑、薄彈壁、多彈頭、 一彈多能， 開發(fā)智能炮彈。提高彈丸戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵技術(shù)是彈帶裝配技術(shù)，多年來 一直是困擾我國炮彈設(shè)計制造的技術(shù)瓶頸，釆用機械嵌合方式的彈帶 裝配已經(jīng)不能適應(yīng)未來炮彈的發(fā)展趨勢。
鑒于釆用焊接工藝進行彈帶裝配的顯著優(yōu)點，國內(nèi)外對彈帶焊 接技術(shù)展開了廣泛的研究，涉及的焊接方法包括擴散焊彈帶耦合技 術(shù)、激光焊技術(shù)、火焰噴焊技術(shù)、電子?xùn)|軸向焊接技術(shù)等，這些方 法均有一定的難度和局限性，并沒有應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。由于堆焊 是以基體作為一個電極，且電弧加熱溫度和熱量不均勻，并且基體 極易熔化。常規(guī)堆焊稀釋率往往大于10%，即便是帶極堆焊也有相 當(dāng)大的稀釋率，滲鐵成了堆焊工藝的技術(shù)難點與影響焊接性能的重 要因素。由于鐵與銅合金有較大的物理性能差異，當(dāng)過量的鐵進入 銅合金層時，會在銅合金層內(nèi)造成極大的應(yīng)力集中及嚴重的滲透裂 紋缺陷。同時，過量的鐵還會使銅合金層的硬度急劇升高，使銅合 金層的摩擦磨損性能發(fā)生極大改變。在航空航天和兵器制造業(yè)的產(chǎn)
品制造中，往往要求極低的稀釋率甚至要求零稀釋率即無熔深。而 目前國內(nèi)的堆焊大多釆用手工電弧堆焊工藝，不僅焊接效率低，而
且焊接質(zhì)量差、堆焊層稀釋率低。因而，研究高質(zhì)量、高效率、超薄熔深的焊接工藝及相應(yīng)的炮彈自動焊接裝置，對提高炮彈生產(chǎn)效 率及我國國防事業(yè)的發(fā)展，具有重要的理論意義和實際意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以保證優(yōu)質(zhì)的彈帶焊接工藝、釆 用熱絲、冷絲雙絲送絲系統(tǒng)、提高焊接效率、降低堆焊層的稀釋率、
釆用PLC控制系統(tǒng)的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊工藝及裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它是由焊接系統(tǒng)21、焊接系統(tǒng)運 ^調(diào)節(jié)機構(gòu)22和彈體運動機構(gòu)23組成的，焊接系統(tǒng)21連接焊接系 統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)22，焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)22連接彈體運動機構(gòu)23。 本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置還有以下技術(shù)特征
(1)所述的焊接系統(tǒng)21包括冷絲送絲機1、熱絲送絲機2、熱 絲電源3、 TIG堆焊焊接電源4、焊槍5、冷絲送絲嘴6、熱絲送絲 嘴7、彈體背部水淋管8和水箱9，冷絲送絲機1連接熱絲送絲機2， 熱絲送絲機2連接熱絲電源3， TIG堆焊焊接電源4設(shè)置在裝置的右 側(cè)，焊槍5連接冷絲送絲嘴6和熱絲送絲嘴7，彈體背部水淋管8設(shè) 置在冷絲送絲嘴6和熱絲送絲嘴7的下方，水箱9設(shè)置在TIG堆焊 焊接電源4的右側(cè)。
(2 )所述的焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)22是由焊接機頭縱向運動驅(qū) 動電機IO、焊接機頭對中調(diào)節(jié)旋鈕ll、焊接機頭縱向運動系統(tǒng)12、 焊接機頭橫向擺動系統(tǒng)13和焊接機頭橫向擺動驅(qū)動電機14組成的， 焊接機頭縱向運動驅(qū)動電機10連接焊接機頭對中調(diào)節(jié)旋鈕11和焊接 機頭縱向運動系統(tǒng)12，焊接機頭橫向擺動系統(tǒng)13連接焊接機頭橫向 擺動驅(qū)動電機14。
(3)所述的彈體運動機構(gòu)23包括氣壓缸15、頂緊座16、托架 17和彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)18,氣壓缸15連接頂紫座16，托架17設(shè)置在裝置 中部，彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)18設(shè)置在托架17左側(cè)。
本發(fā)明一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊工藝，焊接工藝過程 如下
步驟一通過PLC人機控制界面，控制焊接機頭與焊接工件運 動，對中焊槍與工件的相對位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、 彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進兩種模式，堆焊較窄彈帶時彈體釆用勻速轉(zhuǎn)動模式，堆焊彈帶較寬時釆用步進轉(zhuǎn)動模式，冷絲、 熱絲送絲速度、焊接機頭擺動幅度與速度、提弧時間與電流等參數(shù), 可實時觀察與調(diào)節(jié)； '
步驟二焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移 動到位，引燃熱絲電弧、焊接主電弧，同時熱絲、冷絲送進； 步驟三堆焊起弧后，釆用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm;
而后釆用滿足彈帶成形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周 至堆焊起始位置時，提升電弧高度，同時降低焊接速度，提升焊接 電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減，
.電弧熄滅，送絲停止，完成一個彈帶的焊接；
步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源；停氣、停水后由下料裝置 移下工件，同時上料機構(gòu)固定下一炮彈彈體，進行下一個彈帶的堆 焊過程。
本發(fā)明簡化加工工藝，降低生產(chǎn)成本，減少了傳統(tǒng)工藝的加工工 序，減少生產(chǎn)時間和工作量，提高了生產(chǎn)率，降低材料消耗，節(jié)省成 本。提高了連接可靠性，焊接工藝重復(fù)性好、易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 優(yōu)化彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化了藥室結(jié)構(gòu)，有利于解決帶槽強度差、安全 裕度小的問題。本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊工藝及裝置，是 一種高效、自動、低稀釋率的炮彈導(dǎo)帶焊接裝置，可以提供優(yōu)質(zhì)的彈 帶焊接工藝，釆用熱絲、冷絲雙絲送絲系統(tǒng)，提高焊接效率、降低堆 焊層的稀釋率，同時釆用PLC控制系統(tǒng)，精確控制焊接過程參數(shù)與工 裝定位，尤其是焊接電流波形、送絲速度的嚴格控制，保證了堆焊彈 帶層特別是搭接處的美觀焊縫成型。' '

圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明熱絲系統(tǒng)原理圖3為本發(fā)明彈體自動堆焊系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)框圖4為焊接電流與彈體轉(zhuǎn)動、送絲速度曲線；
圖5為彈帶自動堆焊流程圖。 ' 具體實施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進一步說明。
6實施例1,結(jié)合圖1，本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置，
它是由焊接系統(tǒng)(21)、焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)和彈體運動機 構(gòu)(23)組成的，焊接系統(tǒng)(21)連接焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)， 焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)連接彈體運動機構(gòu)(23)。
所述的焊接系統(tǒng)(21)包括冷絲送絲機(1)、熱絲送絲機(2)、 熱絲電源(3)、 TIG堆焊焊接電源(4)、焊槍(5)、冷絲送絲嘴(6)、 熱絲送絲嘴(7 )、彈體背部水淋管(8 )和水箱(9 ),冷絲送絲機(1) 連接熱絲送絲機(2)，熱絲送絲機(2)連接熱絲電源(3)， TIG堆 焊焊接電源(4)設(shè)置在裝置的右側(cè)，焊槍(5)連接冷絲送絲嘴(6) 和熱絲送絲嘴(7 ),彈體背部水淋管(8 )設(shè)置在冷絲送絲嘴(6 )和 熱絲送絲嘴(7)的下方，水箱(9)設(shè)置在TIG堆焊焊接電源(4) 的右側(cè)。
所述的焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22 )是由焊接機頭縱向運動驅(qū)動 電機(IO)、焊接機頭對中調(diào)節(jié)旋鈕(11)、焊接機頭縱向運動系統(tǒng) (12)、焊接機頭橫向擺動系統(tǒng)(13)和焊接機頭橫向擺動驅(qū)動電機 (14)組成的，焊接機頭縱向運動驅(qū)動電機(10)連接焊接機頭對 中調(diào)節(jié)旋鈕(11)和焊接機頭縱向運動系統(tǒng)(12)，焊接機頭橫向擺 動系統(tǒng)(13)連接焊接機頭橫向擺動驅(qū)動電機(14)。
所述的彈體運動機構(gòu)(23)包括氣壓缸(15)、頂緊座(16)、托 架U7)和彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)(18)，氣壓缸(l5)連接頂緊座(16)，托架 (17)設(shè)置在裝置中部，彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)(18)設(shè)置在托架(17)左側(cè)。 圖1中，(19)為控制面板，(20)為堆焊彈體。 實施例2，結(jié)合圖1，圖2，本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG *動堆
焊工藝，焊接工藝過程如下
步驟一通過PLC人機控制界面，控制焊接機頭與焊接工件運 動，對中焊槍與工件的相對位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、
彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進兩種模式，堆焊較窄彈帶時 彈體釆用勻速轉(zhuǎn)動模式，堆焊彈帶較寬時采用步進轉(zhuǎn)動模式，冷絲、
熱絲送絲速度、焊接機頭擺動幅度與速度、提弧時間與電流等參數(shù)， 可實時觀察與調(diào)節(jié)；步驟二焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移
動到位，引燃熱絲電弧、焊接主電弧，同時熱絲、冷絲送進；
步驟三堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm; 而后采用滿足彈帶成形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周 至堆焊起始位置時，提升電弧高度，同時降低焊接速度，提升焊接 電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減， 電弧熄滅，送絲停止，完成一個彈帶的焊接；
步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源，停氣、停水后由下料裝置 移下工件，同時上料機構(gòu)固定下一炮彈彈體，進行下一個彈帶的堆 焊過程。
實施例3,結(jié)合圖l,本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置， 具有自動上料及裝夾機構(gòu)，焊接機頭可按要求的彈帶寬度進行自動 擺動，焊接機頭可以實現(xiàn)X-Y二維方向的自由運動，同時可以實現(xiàn)
Z方向的調(diào)節(jié)實現(xiàn)焊槍與堆焊彈體的對中；彈體在彈體旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系 統(tǒng)作用下可進行勻速和步進旋轉(zhuǎn)兩種轉(zhuǎn)動模式，其中勻速旋轉(zhuǎn)適合 于較窄彈帶焊接，步進轉(zhuǎn)動適合于較寬彈帶焊接。所有焊接參數(shù)均 可以由控制面板預(yù)先設(shè)定并可以進行焊接實時控制和調(diào)節(jié)。工件運 動方式是通過頂緊座、托架氣動裝置固定待堆焊彈體，焊接機頭 通過電機驅(qū)動可沿運動絲杠進行X-Y方向的二維自由運動；同時也 可以在對中調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)下進行Z方向?qū)χ姓{(diào)節(jié)運動；堆焊彈體可 在電機驅(qū)動下進行勻速和步進轉(zhuǎn)動，完成圓周彈帶的焊接；焊接過
程中，可以通過焊接機頭的橫向擺幅來控制堆焊彈帶的寬度；釆用
兩套獨立送絲機構(gòu)，分別控制冷絲與熱絲的送進速度。
本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置，釆用冷絲、熱絲雙
絲送絲系統(tǒng)，提高堆焊效率和美觀彈帶成形；釆用彈體背部水冷系
統(tǒng)，降低鋼基體中Fe元素向堆焊銅合金層中的擴散，同時減小薄
彈壁基體的變形；釆用PLC為主控制器，完成焊接過程各個執(zhí)行動
作的控制、焊接參數(shù)控制以及位置信號與焊接參數(shù)的檢測等功能。 為了保證彈帶堆焊過程的自動化及控制彈帶的成形，堆焊起弧后，
釆用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm;而后釆用滿足彈帶成形尺寸 要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周至堆焊起始位置時，提升電弧高度，同時降低焊接速度，提升焊接電流，完成起始起始處5-10mm 長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減，電弧熄滅，送絲停止，完 成一個彈帶的焊接。
實施例4，結(jié)合圖4、圖5,本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆
焊工藝及裝置，具有以下技術(shù)特征
釆用兩套獨立送絲機構(gòu)，同時熔化不同材質(zhì)的冷絲與熱絲、提 高焊接效率、優(yōu)化彈帶成形與性能；釆用背部水冷方式，降低彈體 熔化量及對堆焊層的稀釋率；
釆用兩部主驅(qū)動電機，分別驅(qū)動焊槍自動擺動及焊接過程中彈 體的自動轉(zhuǎn)動；本發(fā)明炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置，包括兩 套焊接電源，分別用于預(yù)熱焊絲與熔化焊絲完成堆焊過程；釆用自 動上料、下料機構(gòu)，實現(xiàn)流水線式自動化生產(chǎn)；通過保護屏和控制 臺，可實現(xiàn)對焊接過程的實時監(jiān)測與控制；
釆用PLC控制系統(tǒng)控制整個焊接過程中焊接移動裝置及焊接工
件的固定與移動、焊接參數(shù)的設(shè)定與實時控制；
釆用圖4所示的變化電流、變化彈體轉(zhuǎn)速和變速送絲速度來保
證彈帶搭接處的成形，整個彈帶的焊接流程圖如圖5所示。
權(quán)利要求
1. 一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝置，它是由焊接系統(tǒng)(21)、焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)和彈體運動機構(gòu)(23)組成的，其特征在于焊接系統(tǒng)(21)連接焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)，焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)連接彈體運動機構(gòu)(23)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝 置，所述的焊接系統(tǒng)(21)包括冷絲送絲機(1)、熱絲送絲機(2)、 熱絲電源(3)、 TIG堆焊焊接電源(4)、焊槍(5)、冷絲送絲嘴(6)、 熱絲送絲嘴(7)、彈體背部水淋管(8)和水箱(9)，其特征在于 冷絲送絲機(1)連接熱絲送絲機(2),熱絲送絲機(2)連接熱絲電 源(3)， TIG堆焊焊接電源(4)設(shè)置在裝置的右側(cè)，焊槍(5)連接 冷絲送絲嘴(6)和熱絲送絲嘴(7)，彈體背部水淋管(8)設(shè)置在冷 絲送絲嘴(6)和熱絲送絲嘴(7)的下方，水箱(9)設(shè)置在TIG 堆焊焊接電源(4)的右側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝 置，所述的焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)(22)是由焊接機頭縱向運動驅(qū)動 電機(10)、焊接機頭對中調(diào)節(jié)旋鈕(11)、焊接機頭縱向運動系統(tǒng)(12)、焊接機頭橫向擺動系統(tǒng)(13)和焊接機頭橫向擺動驅(qū)動電機 (14)組成的，其特征在于焊接機頭縱向運動驅(qū)動電機(10)連接 焊接機頭對中調(diào)節(jié)旋鈕(11)和焊接機頭縱向運動系統(tǒng)(12)，焊接 機頭橫向擺動系統(tǒng)(13)連接焊接機頭橫向擺動驅(qū)動電機(14)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊裝 置，所述的彈體運動機構(gòu)(23)包括氣壓缸(15)、頂緊座(16)、托 架(17)和彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)(18)，其特征在于氣壓缸(15)連接頂緊 座(16)，托架(17)設(shè)置在裝置中部，彈體轉(zhuǎn)動驅(qū)(18)設(shè)置在托 架(17)左側(cè)。
5. —種炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊工藝，其特征在于焊接 工藝過程如下步驟一通過PLC人機控制界面，控制焊接機頭與焊接工件運 動，對中焊槍與工件的相對位置以后，通過PLC預(yù)設(shè)定焊接電流、 彈體旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)模式，勻速與步進兩種模式，堆焊較窄彈帶時彈體采用勻速轉(zhuǎn)動模式，堆焊彈帶較寬時采用步進轉(zhuǎn)動模式，冷絲、 熱絲送絲速度、焊接機頭擺動幅度與速度、提弧時間與電流等參數(shù)， 可實時觀察與調(diào)節(jié)；步驟二焊接電弧引燃前通冷卻水，冷卻焊槍與彈體；焊槍移 動到位，引燃熱絲電弧、焊接主電弧，同時熱絲、冷絲送進；步驟三堆焊起弧后，采用小電流、低送絲速度堆焊5-10mm; 而后采用滿足彈帶成形尺寸要求的送絲速度與焊接電流；堆焊一周 至堆焊起始位置時，提升電弧高度，同時降低焊接速度，提升焊接 電流，完成起始處5-10mm長度的彈帶搭接，搭接完成后電流衰減， 電弧熄滅，送絲停止，完成一個彈帶的焊接；步驟四焊接結(jié)束后關(guān)閉焊接電源，停氣、停水后由下料裝置 移下工件，同時上料機構(gòu)固定下一炮彈彈體，進行下一個彈帶的堆 焊過程。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種可以保證優(yōu)質(zhì)的彈帶焊接工藝、采用熱絲、冷絲雙絲送絲系統(tǒng)、提高、焊接效率、降低、堆焊層的稀釋率、采用PLC控制系統(tǒng)的炮彈銅合金導(dǎo)帶TIG自動堆焊工藝及裝置。它是由焊接系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)和彈體運動機構(gòu)組成的；焊接系統(tǒng)連接焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)，焊接系統(tǒng)運動調(diào)節(jié)機構(gòu)連接彈體運動機構(gòu)。本發(fā)明簡化加工工藝，降低生產(chǎn)成本。減少了傳統(tǒng)工藝的加工工序，減少生產(chǎn)時間和工作量，提高了生產(chǎn)率，降低材料消耗，節(jié)省成本。提高了連接可靠性。焊接工藝重復(fù)性好、易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。優(yōu)化彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡化了藥室結(jié)構(gòu)，有利于解決帶槽強度差、安全裕度小的問題。
文檔編號B23K9/04GK101508049SQ20091007163
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者呂世雄, 杰 曲, 濤 楊, 楊士勤, 陳基明, 黃永憲 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)