气幕式旋转电弧传感器结构设计

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机 电技术
２１年６ ０１ 月
气幕式旋转 电弧传感器结构设计
陈海军 张华
（ 昌大学 江西省机器人与焊接 自动化重点实验室 ，江西 南 昌 ３０ ３ ） 南 ３ ０ １ 摘 要：针对水下焊接焊缝质量 差等 问题 ， 设计了一种用于水下局 部干法焊接 的气幕式旋转 电弧传感器来改善水下
的高压气 幕 ， 阻挡 外 面 的水入 侵 ，形成 一 个气 相
区， 电弧在 气相 区 中燃烧 ， 而提 高焊 接 的质 量 。 使 从
速 度快 、焊缝 容 易淬硬 、金 属 的韧 性 降低 ，含氢 量 高 、易 产生 氢裂 ，连 续作 业难 以实现 、 自动化
程 度低 。
本 文 利 用 收 缩 喷 管 原 理 结 合 现 有 的传 感 器 方 案
它们 集成 于传 感器 内部 ， 其结 构更 紧凑 。 使
性强等 特 点 ， 并被越 来越 多地 用 于焊缝 自动 跟踪 。 其基 本原 理是 利用 焊枪 与 工件 之 间距 离 的变 化 引 起 的 焊 接 电流 变 化 来 探 测 焊 枪 高 度 和 左 右 偏 差
口】
。
使用 旋转 电弧传 感 器检 测 坡 １ ，当坡 口高度 ： ３
ｌ 气幕式旋转 电弧传感器的总体结构方案
｝ 基金 项 目：江 西省 科技 攻关 项 目资助 （ ０７ Ｇ ９ ０ ）水下焊 接机 器人 系统 研究 与开 发 ２ ０Ｂ Ｏ １ ０
作者 简介 ：陈 海军 （９９ ） １７一，男 ，硕 士研究 生 ，研究 方 向：水 下机器 人 焊接 自动化 。
２ 气幕式旋转 电弧传感器的结构设计
根据 该 传感 器 的结 构和各 部 分 的功 能 ，本 文 将 传感 器分 为 动力驱 动 与偏 心调 节模 块 、外 壳模 块 和排 水罩 模块 分别加 以论 述 。
接 自动化， 本文设计 了一种用于局部干法焊接 的
气幕 式旋 转 电弧传 感器 。
图 １ 旋转 电 弧传 感 器 结 构
１导 电杆 ；２上 调心球 轴承 ；３光码 盘 ；４ ． ；５空心 电机 ； ． ． ． 、８轴承 ． ６壳体 ；７ 护 气 管道 ；９滑 块 ；１ ． 心球 轴 承 ； １． 缘 盘 ：１ ． ． ． 保 ． ０下调 １ 绝 ２ 喷管 联接 器 ；１ ． 护气 室实 体 ；１ ． 缩喷 管 ；ｌ． 护气 罩 ；１． 衡 ３ 保 ４收 ５ 保 ６平 块 ；１ ． 心轴 ； ｌ． ７空 ８高压进 气道
第 ３期
陈海军 等：气幕式旋转 电弧传感器结构设计
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２１ 动 力驱 动 与偏 心调 节模 块设 计 ． 偏 心调 节模 块 的主 要作 用 是 电机 带动 导 电杆 做 圆锥摆 动 ，实 现对 焊 缝坡 口的扫 描 。 圆锥摆 动 原理 示意 图如 图 ２ 。模 块 结构如 图 ３所示 ，电机 空心转 子 ３固定在 空心 轴 ２上 ，空心 轴下 端连 接 滑 块套 ６中的滑块 ５ （ ，滑块 和 滑块 套为 间 隙配合 ， 滑 块 可在 滑块 套 内滑 动 ，从 而调 节偏 心 量 ，偏 心
压气 管 、保 护气 管嵌 入在 传感 器 外壳 内，从而 将
改善 了焊 接焊 缝 的质量 ；与干 法水 下焊 接相 比，
不需 要大 型而 造价 昂贵 的焊 接 仓 。它综 合 了湿 法
和干 法两 者 的优 点 ，是一种 很 有实 用价 值 的焊接 方法 ［ｏ １ ］
旋 转 电弧传 感 器具 有抗 弧 光 、耐 高温 、实 时
发信 号 。
焊接质量 。传感器采用空心 电机驱动 ，通过偏心机构可进行圆锥摆动；传感器的排水罩采用了收缩 喷管的结构，有 利于
在喷嘴附近获得高速均匀的气流 ； 加工 出了气幕式旋转 电弧传感器实物 ， 经过上 电测试表 明运转情况 良好且能有效采集 到信号 。 关键词 ：气幕式旋转 电弧传感器 ；局部干法焊接；排水罩；焊缝跟踪 中图分类号 ：Ｔ ５ ． Ｔ ２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编 号：１７ — ８ １２ １）３ ０４ ０ Ｇ４ ６５ Ｐ １ ６ ２４ ０ （０ １０ — ５ — ３
随 着 人 们 对 海 底 建 设 的不 断 加 大 ， 量 的海 大
底 工程 建 设对 水下 焊接 技术 提 出 了更 高的要 求 。 水 下湿 法 焊接 焊 区周 围不 是空气 而 是水 ，这 就给 水 下焊 接 带来 一系 列不 利影 响。主 要体 现在 冷 却
气幕 式旋 转 电弧传 感器 的设计 是为 了将 焊接 区域 的水 排 开 ，在焊 接 点周 围形成 一个 挺度 较 高
［］ ３
，
设计 了气幕 式旋 转 电弧传感 器 ，其 结构如 图 ｌ
所 示 。电机定 子 固定在 外壳体 ６上 ，空心 转子 固 定在 空心 轴 １ ， ７上 空心 轴通 过滑 块及 调心 球轴承 与 导 电杆 相 连 ，导 电杆上 部经一 调心球 轴 承与 外
壳 相连 ， 电机驱 动空 心轴 转动 时 ，导 电杆 会做 圆
局 部 干法 水下 焊接 是把 焊接 部位 周 围局 部 区
域 的水 人 为地排 开 ，形成 一个较 小 的局部 气相 区， 使 电弧在 其 中得 以稳 定 的燃 烧 。与湿 法 水下 焊接
相 比， 因为焊 接部 位局 部 区域 的水 被排 除 ，从 而
锥摆 动 。收缩 喷管 通过 联接器 １ ２及绝缘 盘 １ １和 传 感器 外壳 联成 一个 整体 。保 护气 罩通 过 保护 气 室 实体和 绝 缘盘 联接 。焊 丝从 导 电杆 中送 入 ，高
减小 时， 电弧 变短 、焊 接 电流增 大 ；坡 口高度 增 大 时， 电弧 变长 、焊 接 电流减 小 。电弧传 感器通 过对
变化 的焊 接 电流进 行检 测 ，得 到焊 枪距 工件 高度 的偏 差 ，通过 偏差 的调 整来 达 到 自动跟 踪焊 缝 的
目的。
为 了解决 水下 焊接 焊缝 质 量差及 提 高水 下焊