一种色选机进料斗的等离子弧焊接定位装置及使用方法与流程

本发明涉及焊接辅助设备，特别是涉及一种用于色选机进料斗钣金等离子弧焊接的定位装置及使用方法。

背景技术：

1、色选机是利用光电检测技术对物料进行分选的一种设备，广泛应用于粮食、矿石、塑料等物料的分选加工领域。色选机的进料斗是物料进入分选区域的通道，通常由多块薄壁钣金件拼焊而成。进料斗钣金的焊缝质量直接关系到料斗的密封性、强度和外观，是进料斗制造过程中的关键工序。

2、进料斗钣金的焊接主要采用等离子弧焊。等离子弧焊热输入集中，焊接过程中焊缝及近缝区金属被剧烈加热，焊后焊缝金属在冷却收缩过程中受到周围已冷却金属的约束，无法自由收缩，从而在焊缝及近缝区产生残余应力。焊接热应力的积累会使薄壁钣金产生明显的焊接变形，如角变形、波浪变形等，严重影响进料斗的尺寸精度和装配质量，导致料斗装配间隙超差甚至无法装配。

3、针对薄壁钣金的焊接变形问题，传统工艺多采用刚性压紧定位方式，即通过刚性夹具或压块将钣金强制压紧约束，以限制焊接过程中的钣金变形。然而，刚性压紧定位方式虽然能在一定程度上约束钣金的宏观变形，但会在焊缝处产生硬性抵紧，阻碍焊接应力的释放，反而容易在焊后产生残余应力和裂纹。焊接应力无法释放，钣金在卸除夹具后仍会发生回弹变形，或在后续使用过程中因残余应力叠加工作应力而提前失效。

4、因此，亟需研发一种能够在焊接过程中对焊缝进行柔性贴合支撑、使焊接应力得以充分释放，从而避免薄壁钣金焊接变形的等离子弧焊接定位装置及使用方法。

技术实现思路

1、为了解决现有色选机进料斗薄壁钣金等离子弧焊接中，焊接应力导致钣金变形，而传统刚性压紧定位方式阻碍应力释放、容易产生残余应力和裂纹的问题，本发明的目的是提供一种色选机进料斗的等离子弧焊接定位装置及使用方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种色选机进料斗的等离子弧焊接定位装置，包括有立轨，立轨上安装若干个电动升降机构，电动升降机构的侧壁安装有第一电动推杆，第一电动推杆侧部的伸缩端安装有可调节角度的吸附组件，立轨的顶部安装有xyz三轴移动模组，xyz三轴移动模组z轴传动端的底部安装有内衬柔性冷却组件，用于贴合焊缝背面进行焊接时的冷却。

3、上述技术方案中，立轨作为装置的支撑基础，多个电动升降机构沿立轨的高度方向可升降布置。每个电动升降机构通过第一电动推杆连接一个吸附组件，吸附组件用于吸附夹持料斗钣金。通过电动升降机构的升降、第一电动推杆的伸缩以及吸附组件的角度调节，可以实现料斗钣金在空间中的多自由度定位，从而精确控制两块料斗钣金的对接角度和贴合间隙。xyz三轴移动模组设置于立轨顶部，能够带动内衬柔性冷却组件在空间三个方向上移动，使内衬柔性冷却组件能够伸入料斗内侧狭小空间，贴合焊缝背面进行焊接时的冷却。内衬柔性冷却组件采用柔性材料贴合焊缝背面，既实现了焊缝的快速冷却散热，又不对焊缝产生硬性抵紧，从而能够充分释放焊接应力，减少钣金变形。

4、优选的，立轨的侧壁开设有齿牙，电动升降机构包括有滑动套接于立轨外壁的u型块，u型块的侧壁安装有第一电机，第一电机的输出端轴接有设置于u型块内部的第一齿轮，第一齿轮与齿牙啮合。该结构中，u型块套设在立轨外壁形成滑动导向，第一电机驱动第一齿轮旋转，第一齿轮与立轨侧壁的齿牙啮合，实现u型块沿立轨的精确升降驱动，升降位置精度高，且具有良好的自锁性能。

5、优选的，吸附组件包括有固定安装于第一电动推杆伸缩端的第二电机，第二电机的输出端轴接有活动块，活动块的端部固定安装有矩形板，矩形板的侧壁开设有若干个安装孔，安装孔的内部固定安装有气缸，气缸的伸缩端固定安装有电动吸盘。该结构中，第二电机驱动活动块旋转，可调节矩形板及其上电动吸盘的吸附角度；多个气缸带动多个电动吸盘伸缩，可适应不同曲率、不同形状的料斗钣金表面，实现多点可靠吸附，吸附力分布均匀，避免钣金在吸附定位过程中产生局部变形。

6、优选的，内衬柔性冷却组件包括有固定安装于xyz三轴移动模组z轴传动端底部的第三电机，第三电机的输出端轴接有第二电动推杆，第二电动推杆的伸缩端固定连接有矩形板，矩形板的侧壁转动穿接有两个转轴，两个转轴的外壁固定套接有相互啮合的两个第二齿轮，两个第二齿轮的外壁固定安装有对称设置的两个支撑杆，矩形板的侧壁固定安装有第四电机，第四电机的输出端与其中一个转轴的端部轴接，两个支撑杆的端部安装有柔性组件。第三电机调节第二电动推杆的角度，使得第二电动推杆的伸缩杆位于两个料斗钣金焊缝对接所形成夹角的中线上；第四电机通过两个第二齿轮调节两个支撑杆的角度，使得两个支撑杆与两个料斗钣金垂直。该结构中，两个第二齿轮相互啮合，第四电机驱动其中一个转轴旋转时，两个支撑杆同步反向对称摆动，从而精确控制两个支撑杆的开合角度，使两个支撑杆分别与两块料斗钣金的内侧壁垂直，保证柔性组件能够完全贴覆压紧在料斗钣金的内侧壁上。

7、优选的，柔性组件包括有固定安装于两个支撑杆端部的两个矩形块，矩形块的内部开设有安装槽，矩形块的底部开设有与安装槽连通的凹槽，安装槽的内壁固定安装有微电机，微电机的输出端轴接有收卷轮，凹槽位于安装槽与凹槽连通处的下方转动安装有支撑辊，位于两个矩形块中的两个收卷轮上共同收卷有石墨烯基柔性薄膜，石墨烯基柔性薄膜穿过安装槽与凹槽连通处支撑在支撑辊的外壁上，石墨烯基柔性薄膜的底部与矩形块的底部平齐。两个支撑杆与两个料斗钣金垂直，进而使得矩形块的底部完全贴覆压紧在料斗钣金的内侧壁上；在调节两个支撑杆的开合角度时，同步驱动微电机，使得两个收卷轮同步释放或收卷石墨烯基柔性薄膜。该结构中，石墨烯基柔性薄膜具有良好的导热性能和柔韧性，能够贴合在焊缝背面上，将焊接产生的热量快速导出，实现焊缝背面的高效冷却。石墨烯基柔性薄膜的底部与矩形块的底部平齐，在矩形块贴覆钣金内壁时，石墨烯基柔性薄膜能够恰好贴合焊缝背面。支撑杆开合角度变化时，收卷轮同步释放或收卷薄膜，使薄膜始终保持适度的张紧状态，避免薄膜松弛或过度张紧。

8、优选的，矩形块靠近石墨烯基柔性薄膜的一侧开设有斜口，斜口朝向石墨烯基柔性薄膜的方向倾斜，矩形块远离斜口一侧的侧壁开设有矩形槽，矩形槽与斜口通过风道连通，其中一个矩形槽的内部安装有冷风机，冷风机的出风口朝向斜口输送冷风，经过斜口的导流，冷风吹向石墨烯基柔性薄膜，然后冷风依次通过另一个矩形块上的斜口和矩形槽。该结构中，冷风机产生的冷风经矩形槽、风道和斜口的导流，吹向石墨烯基柔性薄膜表面，对薄膜进行强制风冷，强化薄膜的散热能力。冷风依次流经两个矩形块的斜口和矩形槽，形成一个完整的冷却风路循环，提高冷却效率。

9、优选的，两个矩形块之间共同固定连接有u型橡胶，u型橡胶的u型端面与矩形块的侧壁密封连接，u型橡胶下方的开口端面与石墨烯基柔性薄膜的顶面为弹性抵紧；石墨烯基柔性薄膜位于u型橡胶内部的中部固定连接有压杆，压杆的两端与u型橡胶的内壁为固定连接，u型橡胶顶部的中心处固定安装有第三电动推杆，第三电动推杆伸缩端的底部与压杆的外壁为固定连接，第三电动推杆伸缩杆的外壁固定穿接有连接杆，连接杆的两端与u型橡胶的内壁为固定连接。第三电动推杆驱动其伸缩杆，使得压杆处的石墨烯基柔性薄膜抵紧在焊接缝背面的缝隙上，u型橡胶的顶部被撑起，压杆两侧的石墨烯基柔性薄膜始终保持与矩形块的侧壁保持垂直，同时所有连接杆和压杆处的u型橡胶的侧壁也保持与矩形块的侧壁垂直，使得u型橡胶下方的开口端面与石墨烯基柔性薄膜的顶面保持良好的弹性抵紧状态，避免大量漏风，甚至不漏风。该结构中，u型橡胶在压杆和连接杆的支撑下形成一个柔性密封罩，罩设在石墨烯基柔性薄膜上方。第三电动推杆驱动压杆将薄膜中部压向焊缝背面的缝隙，使薄膜与焊缝背面充分贴合，同时u型橡胶下方的开口端面始终与薄膜顶面弹性抵紧，保证冷却风道的密封性，避免冷却风从薄膜顶面泄漏，确保冷风集中作用于焊缝区域。

10、一种色选机进料斗的等离子弧焊接定位装置的使用方法，包括有以下步骤：

11、s1、两个电动升降机构的两个吸附组件吸附一块料斗钣金，通过调节两个电动升降机构的升降高度、第一电动推杆伸缩端的长度和吸附组件的角度，进而调节该料斗钣金的空间姿态；

12、s2、另外两个电动升降机构的两个吸附组件吸附另一块料斗钣金，通过调节两个电动升降机构的升降高度、第一电动推杆伸缩端的长度和吸附组件的角度，进而调节该料斗钣金的空间姿态；

13、s3、通过电动升降机构的升降，将两个料斗钣金的焊缝对齐贴合；

14、s4、通过xyz三轴移动模组调节内衬柔性冷却组件的位置，内衬柔性冷却组件贴合焊缝背面；

15、s5、等离子弧焊对两个料斗钣金的焊缝进行焊接，同时内衬柔性冷却组件吸收焊接时热量，使得焊缝快速冷却，由于柔性材料的贴合，使得焊缝没有任何硬性抵紧，可以释放焊接时的应力。

16、与现有技术相比，本发明实现的有益效果：

17、1、本发明采用柔性材料贴合焊缝背面，不同于传统的刚性压紧定位方式，柔性贴合不对焊缝产生硬性抵紧，使焊接应力得以充分释放，从根本上解决了焊接应力导致薄壁钣金变形、以及刚性压紧阻碍应力释放而产生残余应力和裂纹的问题，显著提升进料斗的尺寸精度和装配质量。

18、2、本发明采用内衬柔性冷却组件贴合焊缝背面进行冷却，石墨烯基柔性薄膜具有良好的导热性能，能够将等离子弧焊产生的高热量快速导出，实现焊缝背面的高效散热，有效防止焊缝背面氧化和晶粒粗大，提升焊缝的力学性能。同时冷风机经斜口导流形成的强制风冷进一步强化了冷却效果。

19、3、本发明通过多个电动升降机构、第一电动推杆和吸附组件的协同配合，实现料斗钣金在升降、伸缩、角度等多个自由度的精确调节，两块料斗钣金的对接角度和贴合间隙得以精确控制，从根本上解决了传统人工定位精度差、容易出现错边和翘曲的问题，显著提升焊缝成型质量和一致性。

20、4、本发明通过调节电动升降机构在立轨上的升降位置，使吸附组件的矩形板与柔性组件的矩形块在钣金的两侧对齐，从而使钣金的外侧被矩形板均匀吸附、内侧被矩形块均匀贴合，实现钣金两侧的均匀夹紧，避免钣金因两侧夹持位置不一致而产生倾斜和局部受力不均，进一步提升焊缝的对齐精度和成型质量。

21、5、本发明通过第三电机、第二电动推杆和第四电机的联动调节，使内衬柔性冷却组件能够自适应两块料斗钣金焊缝对接形成的夹角，柔性组件始终与钣金内侧壁保持垂直贴合，适应不同夹角、不同形状的进料斗钣金焊接需求，通用性强。

22、6、本发明通过u型橡胶、压杆、连接杆和第三电动推杆构成的柔性密封结构，使石墨烯基柔性薄膜与焊缝背面充分贴合的同时保持良好的气密性，冷却风集中作用于焊缝区域，避免冷却风泄漏，提高冷却效率，降低能耗。