用于在電極與焊接區之間保持恒定距離的情況下執行SMAW或MIG焊接的焊接工具的制作方法

本發明的主題涉及一種焊接工具和電弧焊接套件，即，用于執行手工電弧焊接操作的一組工具。

背景技術：

已知的電弧焊接套件包括焊接面罩和焊接工具。所述焊接工具包括電極。在焊接操作中，電極與焊接區域中會產生電弧。

在第一種類型和第二種類型的電弧焊接即smaw(自動保護金屬極電弧焊)和mig(金屬惰性氣體)中，電極本身會由于電弧所產生的熱量而熔化，從而成為焊接中的填充材料。

在第三種類型的電弧焊接即tig(鎢極隋性氣體)中，電極是固態的，并且單獨提供填充材料。

具體來說，所述套件包括一組傳感器，所述傳感器可檢測焊接工藝的主要操作參數，即，電壓(v)、電流(a)、焊接速度(w)及其組合，以計算熱輸入。所述焊接面罩可配備顯示裝置，以便可以向焊工顯示這些參數，從而為所述焊工提供實時更正焊接的可能性。此焊接面罩的實例如us6242711b1文件中所示。

已知焊接套件的缺點在于，只能向焊工提供焊接參數。但是，這無法保證焊工能夠調整并且糾正目前正在不當執行的焊接。換言之，焊接操作本身仍然嚴重依賴于焊工的操作技能。這對于焊接電壓而言尤其如此，因為焊接電壓主要取決于電極與焊接區域之間的距離，因此取決于電極與工件之間的距離。

技術實現要素：

因此，本發明的第一實施例涉及一種焊接工具。所述焊接工具包括主體。手柄附接到所述主體，并且配置成由焊工握持。還提供了電極，并且確切地說，所述電極插入所述主體中。調整裝置與所述電極關聯，以將其相對于所述主體向前/向后移動。控制裝置連接到所述調整裝置。所述控制裝置配置成作用于所述調整裝置，以維持所述電極與焊接區域之間的大體恒定距離。所述電極是可消耗的，用于執行smaw或mig焊接。

有利的是，所述焊接工具能夠補償所述電極與所述焊接區域之間的距離的改變。因此，即便焊工在一定程度上技能有所欠缺，所述焊接仍然能夠適當地執行，如測試所示。此外，所述系統能夠補償由于手部的生理性顫抖而引起的微小距離變化，補償效果甚至優于熟練的焊工，因而能夠改進焊接的整體質量。

或者，所述電極是不可消耗的，從而使焊工能夠執行tig焊接。換言之，在這種情況下，所述焊接工具是tig焊槍。

本發明的第二實施例涉及一種電弧焊接套件，所述電弧焊接套件包括焊接工具。所述套件還包括焊接面罩。焊接速度傳感器附接在所述焊接面罩上。所述焊接速度傳感器配置成檢測焊接速度，并且發射表示焊接速度值的焊接速度信號。所述控制單元包括處理模塊，所述處理模塊配置成計算所述焊接速度與焊接速度的目標速度值之間的速度差。所述處理模塊還配置成發射表示所述速度差的結果的速度差信號。所述焊接面罩包括目視裝置，所述目視裝置配置成采集所述速度差信號，并且向焊工顯示所述速度差的表示以及附帶性熱輸入差的表示。

有利的是，通過這種方式，焊工還可獲得關于焊接速度的反饋，除了恒定電流和穩定電壓之外，所述焊接速度反饋還可以在遵守目標熱輸入的同時極大地提高焊接的整體質量。

附圖說明

本發明的進一步詳情和具體實施例將參考附圖，其中：

-圖1是根據本發明的一個實施例的電弧焊接套件的示意圖；

-圖2是根據本發明的一個實施例的焊接工具的側視截面圖；

-圖3是圖2中的焊接工具的正視截面圖；

-圖4是根據本發明的進一步實施例的焊接工具的側視截面圖；

-圖5是圖1中套件的部件的側視截面圖；

-圖6是圖5中的部件的俯視截面圖；

-圖6a是圖6中的細節的放大圖；

-圖7是圖5和圖6中的部件的正視截面圖；

-圖8是圖1中套件的進一步部件的正視圖；以及

-圖9是圖1中套件的工作示意圖。

具體實施方式

下文將參考附圖對示例性實施例進行說明。不同附圖中的相同參考數字是指相同或類似的元件。以下詳細說明并非限制本發明。相反，本發明的范圍由附屬權利要求書限定。

整個說明書中“一個實施例”或“實施例”的應用表示結合該實施例所描述的特定特征、結構或者特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，說明書全文中不同地方出現的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”并不一定是指相同的實施例。另外，具體特征、結構或者特性能以任何合適方式組合在一個或多個實施例中。

參考附圖，數字1表示根據本發明一個實施例的電弧焊接套件。

焊接套件1包括焊接工具2，所述焊接工具配置成由焊工握持。

焊接工具2包括電極3。在用于執行smaw(自動保護金屬極電弧焊)和mig(金屬惰性氣體)的第實施例中，如圖2和圖3中所示，電極3是可消耗的。換言之，在本實施例中，電極3成為焊接的填充材料。或者，如圖4中所示，電極3是不可消耗的，因此用于執行tig(鎢極隋性氣體)焊接。

更詳細地說，焊接工具2包括主體20，所述主體配置成支撐電極3。主體20優選地是軸對稱的，并且主要沿縱軸“a”延伸。焊工的手柄21支撐主體20。

主體20具有底座20a，電極3安裝在所述底座中。如圖2和圖4中所示，焊接工具2設有軸承22，所述軸承附接到主體并且位于底座20附近，以便它們能夠支撐電極3并且允許其向前和向后移動。換言之，電極3可以通過在軸承22上滑動而在底座20a內向前和向后移動。

此外，焊接工具2包括與電極3關聯的調整裝置4，以便相對于主體20向前/向后移動電極。調整裝置4包括輪23，所述輪具有中心軸“c”，所述中心軸相對于電極3的縱軸“a”橫向并且優選地垂直設置，所述縱軸“a”平行于主體20的軸。事實上，主體20設有端口25，輪24插入所述端口中。

在操作中，輪23的邊緣與電極3接觸，以便電極3能夠通過輪23沿中心軸“c”的旋轉來沿縱軸“a”移動。調整裝置4還包括電動機24。所述電動機24優選地是電力電動機，更優選地是電磁電動機，并且安裝在輪23上，以便驅動輪23，并且通過它來驅動電極3。

當電極3是可消耗的時，調整裝置4配置成補償由于電極的消耗以及焊工手部的生理性顫抖而導致的電極3與焊接區域之間的距離變化。

此雙常數調整能夠使電極3與焊接區域之間維持大體恒定的距離，從而實現有利的電弧焊接條件并且因此改進焊接質量。

特別參考圖2中的smaw或mig焊接工具2，請注意，在使用期間，由于電極3在焊接期間被消耗，因此輪23會隨時間的推移而前移。因此，電動機24的旋轉速度提供電極的整體向前移動，并且改變旋轉速度以調整電極3尖端的距離，如本說明書中的下文中所述。

或者，在圖4的tig焊接工具2中，電極3在焊接期間不消耗。因此，輪23移動僅調整電極3的距離。

此外，在圖4中的實施例中，存在惰性氣體源(圖紙中未圖示)，以避免電極3的尖端和焊接區域受大氣氧氣的影響。所述惰性氣體源本身是所屬領域中的技術人員已知的，因此不再詳細描述。

套件1包括電壓傳感器5，所述電壓傳感器配置成檢測電極3與焊接區域之間的焊接電壓“vw”，所述焊接電壓是電極中面對工件的一端與工件的焊接區域之間的距離的函數。電壓傳感器5還配置成發射電壓信號“vs”，所述電壓信號表示焊接電壓“vw”的值。所述電壓傳感器5可以是所屬領域中的技術人員已知的任何類型的傳感器，因此不再詳細描述。

套件1還包括控制單元6。在本說明書中的下文部分中，通過將控制單元6分成多個模塊來對其進行描述。所述細分僅用于便于說明，不得以任何方式視作反映控制單元6本身的物理結構。相反，每個模塊可以實施為適當硬件支架上的電子電路，實施為軟件例程、子例程或庫，或實施為兩者。每個模塊可以駐留在本地單元上，或者可以分布在網絡上。此外，所述模塊可以通過適當的有線或無線協議彼此通信。

控制單元6包括數據采集模塊7，所述數據采集模塊配置成采集上述電壓信號“vw”。

控制單元6還包括存儲模塊16，所述存儲模塊配置成存儲目標電壓值“vt”。

控制單元6還包括輸入模塊17，所述輸入模塊配置成在所述存儲模塊16中設置所述目標電壓值“vt”。在本發明的特定實施例中，輸入模塊17可以是qr代碼讀出器。通過這種方式，電壓“vt”以及與焊接工藝相關的其他任何參數可以通過輸入模塊17在適當編碼的qr代碼上讀取。

控制單元6還包括處理模塊8，所述處理模塊配置成輸出至少所述電壓信號“vs”的驅動信號“sa”函數。此外，處理模塊8配置成檢索目標電壓值“vt”并且將其與焊接電壓值“vw”進行比較。因此，所述驅動信號“sa”是至少部分與所述比較結果成正比。更詳細地說，處理模塊8可以使用pid(比例、積分和導數)邏輯進行編程。因此，所述驅動信號“sa”可以是與“vw”與“vt”之差成正比的部分、與所述差的導數成比例的部分以及與所述差的積分成比例的部分的總和。可以使用任何可能的組合，具體取決于所選的控制策略。處理模塊8還可以配置成提供表示“vw”與“vt”之差的結果的電壓差信號“dv”。

控制單元6還包括連接到調整裝置4的驅動模塊14。驅動模塊14配置成根據驅動信號“sa”的指示操作調整裝置4。確切地說，驅動模塊14操作電動機24，所述電動機使輪23旋轉。可任選地，所述焊接套件還包括焊接面罩9。所述焊接面罩9配置成作為標準安全面罩由焊工在焊接工藝期間穿戴。確切地說，焊接面罩9包括深色窗口10，焊工可從所述窗口觀察焊接過程，而不至強光致盲。

此外，焊接面罩9設有焊接速度傳感器11。焊接速度傳感器11配置成檢測焊接速度“wa”，并且發射表示焊接速度值“wa”的焊接速度信號“ws”。

根據本發明的優選實施例，焊接速度傳感器11包括第一光學傳感器12a。所述第一光學傳感器12a特別布置成使其在焊接操作中面對焊接區域。如圖8中所示，第一光學傳感器優選地置于焊接面罩9的外表面上，優選地在深色窗口10之上。焊接速度傳感器11優選地還包括參考系傳感器12b。所述參考系傳感器12b可以是能夠檢測固定參考系內的運動的任何類型的傳感器。例如，參考系傳感器12b可以是位于焊接面罩9的任何點上的慣性傳感器。

更詳細地說，在圖8中所示的實施例中，參考系傳感器12b是第二光學傳感器。因此，參考系傳感器12b優選地布置成面對環境中的固定參考場景，例如，焊接區域的工件部分，并且優選地置于第一光學傳感器12a的旁邊。在本發明的優選實施例中，傳感器12a、12b是成像相機。

更詳細地說，第一光學傳感器12a配置成檢測焊接工具相對于其本身的速度。此外，參考系傳感器12b配置成檢測上述固定參考場景的速度。根據第一實施例，焊接速度傳感器11還包括速度計算模塊13，所述速度計算模塊配置成根據第二傳感器12b與第一光學傳感器12a所檢測的速度之間的差值計算焊接速度“wa”。或者，第一光學傳感器12a和參考系傳感器12b均將對應的速度傳輸到控制單元6，確切地說，傳輸到數據采集模塊14。

處理模塊8還配置成計算焊接速度“wa”與目標速度“wt”值之間的速度差，所述處理單元配置成發射表示所述速度差結果的速度差信號“dw”。

可任選地，焊接面罩9包括目視裝置15。所述目視裝置15布置成便于焊工在焊接過程中輕松地查看。如圖1和圖8所示，目視裝置15優選地設置在焊接面罩9內，優選地設置在深色窗口10的一側上。

更詳細地說，目視裝置15配置成采集上述速度差信號“dw”，從而向焊工顯示速度差的表示。類似地，目視裝置15可以配置成采集上述電壓差信號“dv”，從而向焊工顯示電壓差的表示。

優選地，目視裝置15可以配置成分別顯示焊接過程的操作參數，例如電極與焊接區域之間的電壓(v)、電流(a)、焊接速度(w)，或者其組合。如圖8中所示，目視裝置包括多個led26。這些led優選地布置成十字形，并且配置成以照明方式指示焊工是否應加快或減慢速度，或者是否應當靠近或遠離焊接區域。

特別參見圖5和圖6，套件1還可以包括用于焊條“r”的操縱設備18。操縱設備18包括進料裝置19，所述進料裝置配置成在焊接期間推進所述焊條“r”。

更詳細地說，操縱設備18包括主體27，所述主體配置成支撐焊條“r”。主體27優選地是軸對稱的，并且主要沿縱軸“b”延伸。焊工的手柄28附接到主體27。優選地，手柄28圍繞操縱設備18的主體27。

主體27具有中央底座27a，焊條“r”設置在所述中央底座中。如圖5中所示，操縱設備18設有軸承29，所述軸承附接到主體27并且位于底座27a附近，以便支撐焊條“r”并且允許其向前和向后移動。換言之，焊條“r”可以通過在軸承29上滑動而在底座27a內向前/向后移動。

進料裝置19包括輪30，所述輪具有中心軸“d”，所述中心軸相對于主體27的縱軸“b”橫向并且優選地垂直設置。

在操作中，輪30的邊緣與焊條“r”接觸，以便其能夠通過輪30沿中心軸“d”的旋轉來沿縱軸“b”移動。進料裝置19還包括電動機31。所述電動機31優選地是電力電動機，更有選地，是線性電磁電動機，并且安裝在輪30上，以便驅動焊條“r”。

在附圖中未示出的一個替代實施例中，進料裝置19包括用于焊條“r”而不是輪30和電動機31的電磁驅動裝置。

如果使用操縱設備18，則處理模塊8可以配置成向驅動模塊14發射進料速度信號“sv”。進料速度信號“sv”優選地與進料速度值“fv”成比例。因此，驅動模塊14配置成根據進料速度信號“sv”的指示操作操縱設備18的進料裝置19。

此外，如圖6a中所示，操縱設備18包括與處理模塊8關聯的控制接口32。控制接口32配置成向處理模塊8發射命令信號“cv”，以便焊工能夠提高或減小進料速度信號“sa”。

更詳細地說，控制接口32包括設置在手柄28上的按鈕33。確切地說，按鈕33使所述焊工能夠持續調整進料速度；但是，按鈕33設計成以預定時間間隔提供“單擊”形式的觸覺反饋，以便焊工能夠知曉正在手動提高或降低的進料速度量的特定精度。