用于磨料堆焊的自动化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于堆焊的电弧焊接系统、设备和方法，包括颗粒供给设备。在一个方面，在焊接过程的至少一部分期间，工件以振荡方式移动，同时保持焊枪和颗粒输送系统静止。焊枪和颗粒输送系统也可以以非振荡方式移动。约18‑30英寸/分钟的处理速度可以通过大于30％的碳化物掺入和均匀分布来获得。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年3月18日提交的美国临时申请第61/955,078号、于2014年11月7日提交的美国临时申请第62,077,142号以及于2014年12月5日提交的美国临时申请第62/088,278号的利益，所有这些申请在此整体并入本文作为参考。
技术介绍
堆焊是通常通过电弧焊接工艺将更硬或更坚韧的材料施加到基底金属的金属加工工艺。用于实现堆焊的一个常用技术是在要堆焊的区域上形成焊池，并且同时将具有有利的磨损和/或研磨特性的颗粒送给到焊池，从而在凝固时有效地形成表面复合物。当前的一些基于机器人的堆焊系统采用固定在给定位置的工件，所述工件具有一起使用以获得所需堆焊的可移动电弧焊接单元和用于颗粒(例如，碳化钨)的同时操作的供给系统。这种供给系统通常包括碳化物的固定的料箱/源、固定在料箱/源下方的振动流量计量装置以及使振动流量计量装置和送出机构相互连接的运送软管。固定料箱和相关的振动流量计量装置通常固定在焊接区上方几英尺的位置处，以便部分地产生通过运送软管的足够流量的碳化物(即，提供足够陡的流动角度，以确保碳化物通过运送软管的运动)，并保持焊接区域的对障碍物的适当清除以最大化工作空间。另一方面，送出机构模仿可移动电弧焊接单元的行进，使得经由送出机构被运送的颗粒可以被运送到由电弧焊接单元形成的电弧焊池的熔化区中。这种行进通常通过将送出机构固定到电弧焊接单元来确保。这种振动碳化物堆焊系统510的一个示意性现有技术变型(其中一个变型可通过兰氏碳化物硬自动化(兰乔库卡蒙加，CA)获得)显示在图1中。该系统510包括振动式供给组件535、内置碳化物料斗或料箱532、运送或掉落软管567、计量漏斗564、计量管514和焊枪512。颗粒进料系统516、摆动臂571、台面580、碳化物收集盘582和控制器585也被示出。振动式供给组件510被设置为例如以70-85cps(每秒周期)振荡，以促进碳化物到焊池的运送。焊枪512在用作自动过程的一部分时能够以约1-5Hz的速率振荡且具有约1-9mm的振幅，从而形成约5/8英寸-1英寸宽(最大1.5英寸宽)的焊珠。该系统被设计成将碳化物瞄准到电弧熔池的后侧中。由于为计量管514形式的送出机构正在移动且料箱532是静止的，因此该组合作为大规模生产的堆焊生产过程的一部分导致运送软管567在一端被固定而在另一端非常快地。运送或掉落软管可以是五英尺量级的长度，而计量管可以是长度为4英寸的量级。与运送软管567的运动及其整个长度相关联的这些动态产生了许多挑战。首先，运送管中的谐波在该运送管中引起晃动效果，这可能会导致运送管514相当快速地磨损。其次，相同的谐波/运动使得更难以控制焊池内的碳化物/磨料的放置，同样地，更难以实现甚至整个成品焊珠的磨料的分布。此外，通常采用至少有4-5英尺的掉落长度，以便确保足够的流量在送出机构的运动的整个范围上通过运送软管567(即，运送管514的角度必须足够接近垂直以避免堵塞)。由于大的掉落长度和碳化物颗粒密度，碳化物/颗粒在撞击焊池时获得的速度和动量可能是很大的，这会促使碳化物和/或焊接金属的飞溅，这两者都不能促进良好的均匀堆焊。最后，因为难以控制将磨料放置在所需位置处，因此不理想的量的磨料可能会结束在地板上和/或以其它方式将浪费。因此，期望提供一种可以克服这些挑战中的一个或多个的系统。
技术实现思路
在各个方面，本专利技术提供用于施加包括碳化物颗粒的堆焊材料的设备、系统以及方法。本专利技术的设备、系统和方法可以允许制造具有良好掺入的含有碳化物的硬化表面并允许将耐磨颗粒分布在硬化表面中。由于焊池内的碳化物/颗粒材料的混合/分布以及减小生成晶核的机会的次生相材料靠近所添加的堆焊材料，这可以在所得到的堆焊微结构内产生令人惊奇的有益效果，因此其中引起焊池的振荡运动的本专利技术的设备、系统和方法的实施例可以提高这种因素。提供的该设备、系统和方法与常规的设备、系统和方法相比还可以减少耐磨供给颗粒的废料。在本公开的一个方面，一种电弧焊接系统包括电弧焊炬、颗粒输送系统和可移动工件保持件。在实施例中，电弧焊炬相对于工件是静止的或者焊炬的末端的移动速度在给定的电弧焊道期间小于工件的移动速度。在本文中示例了在焊接过程期间保持焊炬和颗粒输送系统静止的同时工件的运动与其中工件保持静止而焊枪移动的焊接过程相比可以增加掺入焊池中的颗粒的数量。在一个实施例中，焊接过程期间的工件的振荡运动被选择用以增强混合和/或中断焊池内的实质上会减慢池的冷冻的晶核形成点的形成。因为在所述池变得太粘并最终固化之前具有非常短的时间(例如一秒的若干分之一)用于将颗粒容纳到焊池中，因此本专利技术的方法可以有助于最大化获得所需水平的碳化物浸渍可用的时间。此外，焊接过程期间工件的运动可以降低碳化钨颗粒的界面处的(多个)第二相的溶解和/或形成。在进一步的实施例中，工件的振荡运动在保持焊枪静止或者以相对低的速度移动焊炬的末端的同时允许在焊接过程方向上利用高速度。例如，约10—40英寸/分钟、具体地15—30英寸/分钟甚至20—30英寸/分钟的处理速度可以通过经由移动工件保持件移动工件并通过焊接过程方向上的最终的“前进”运动使用振荡运动而获得。与本专利技术的方法相关联的使碳化物进入焊池中的效率可以产生期望的堆焊，同时允许与通常与使用移动枪/掉落管和固定样本相关联的速度(例如，10—12英寸/分钟或更小)相比更快的处理速度。在本专利技术的另一个方面，相对较高的焊接电流强度和送丝速度与相对高的线性焊接处理速度协同使用。在一个实施例中，相对大量的碳化物颗粒的掺入对焊池具有更大的冷却效果，这允许使用相对高的焊接电流强度和送丝速度。在一个实施例中，本专利技术提供了用于在工件上形成堆焊层的焊接系统，该焊接系统包括：a.电弧焊接头，所述电弧焊接头被定向成以有利于电弧焊接操作的角度基本上向下，电弧焊接头被构造成在电弧焊接的给定电弧焊道期间处于静止和限制到非振荡运动中的至少一者；b.颗粒输送系统，所述颗粒输送系统包括颗粒掉落管和颗粒供给设备，所述颗粒供给设备能够靠近颗粒掉落管定位，以便在电弧焊接头的操作期间在所述颗粒供给设备与所述颗粒掉落管之间保持基本垂直的流体流动路径，颗粒输送系统被构造为在给定的电弧焊道期间经由颗粒掉落管将颗粒流提供到工件的表面，颗粒掉落管限定顶部接收开口和底部输送开口并靠近电弧焊接头固定；和c.可移动工件保持件，所述可移动工件保持件被构造成在电弧焊接头的操作期间自动地移动工件，工件的移动包括以1Hz到10Hz的频率进行的振荡。在一个实施例中，电弧焊接头、颗粒掉落管和颗粒供给设备每一个都被构造成在给定的电弧焊道期间处于静止和限制到非振荡运动中的至少一者。在进一步的实施例中，本专利技术提供一种用于在工件上堆焊层的焊接系统，所述焊接系统包括：a.电弧焊接头，所述电弧焊接头被定向成以有利于电弧焊接操作的角度基本上向下，电弧焊接头被构造成在电弧焊接操作的给定的电弧焊道期间保持静止或者限制到的为非振荡方式的移动或铰接；b.颗粒输送系统，所述颗粒输送系统包括靠近电弧焊接头固定的颗粒掉落管和颗粒供给设备，颗粒供给设备可靠近颗粒掉落管定位，以便在电弧焊接头的操作期间在所述颗粒保持设备与所述颗粒掉落本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在工件上形成堆焊层的焊接系统，所述焊接系统包括：a.电弧焊接头，所述电弧焊接头被定向成以有利于电弧焊接操作的角度基本上向下，所述电弧焊接头被构造成在所述电弧焊接操作的给定电弧焊道期间处于静止和限定到非振荡运动中的至少一者；b.颗粒输送系统，所述颗粒输送系统包括颗粒掉落管和颗粒供给设备，所述颗粒供给设备能够靠近所述颗粒掉落管定位，以便在所述电弧焊接头的操作期间在所述颗粒供给设备与所述颗粒掉落管之间保持基本垂直的流体流动路径，所述颗粒输送系统被构造为在所述给定的电弧焊道期间经由所述颗粒掉落管将颗粒流提供给工件的表面，所述颗粒掉落管限定顶部接收开口和底部输送开口并靠近所述电弧焊接头固定；和c.可移动工件保持件，所述可移动工件保持件被构造成在所述电弧焊接头的操作期间自动地移动工件，工件的移动包括以1Hz到10Hz的频率进行的振荡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 US 61/955,078;2014.11.07 US 62/077,142;1.一种用于在工件上形成堆焊层的焊接系统，所述焊接系统包括：a.电弧焊接头，所述电弧焊接头被定向成以有利于电弧焊接操作的角度基本上向下，所述电弧焊接头被构造成在所述电弧焊接操作的给定电弧焊道期间处于静止和限定到非振荡运动中的至少一者；b.颗粒输送系统，所述颗粒输送系统包括颗粒掉落管和颗粒供给设备，所述颗粒供给设备能够靠近所述颗粒掉落管定位，以便在所述电弧焊接头的操作期间在所述颗粒供给设备与所述颗粒掉落管之间保持基本垂直的流体流动路径，所述颗粒输送系统被构造为在所述给定的电弧焊道期间经由所述颗粒掉落管将颗粒流提供给工件的表面，所述颗粒掉落管限定顶部接收开口和底部输送开口并靠近所述电弧焊接头固定；和c.可移动工件保持件，所述可移动工件保持件被构造成在所述电弧焊接头的操作期间自动地移动工件，工件的移动包括以1Hz到10Hz的频率进行的振荡。2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述电弧焊接头、所述颗粒掉落管和所述颗粒供给设备中每一个都被构造为在给定的电弧焊道期间处于静止和限制到非振荡运动中的至少一者。3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述电弧焊接头、所述颗粒掉落管和所述颗粒供给设备中每一个都被构造成在所述焊接系统的给定的电弧焊道期间保持静止。4.根据权利要求1-3中任一项所述的焊接系统，其中，所述颗粒供给设备还包括：容纳槽，所述容纳槽被定向成基本上水平，所述容纳槽限定开口顶部、第一封闭端、第二开口端和槽长度，所述第二开口端被定位成相邻于所述输送通道；和空气驱动的振动单元，所述空气驱动的振动单元能够操作地相对于所述容纳槽在10-25度的范围内以第一装配固定到所述容纳槽。5.根据权利要求4所述的焊接系统，其中，所述容纳槽的所述第二开口端与所述颗粒掉落管的所述顶部接收开口之间的距离在所述电弧焊接头的操作期间大于零且小于或等于12英寸。6.根据权利要求4或5所述的焊接系统，其中，所述颗粒供给设备还包括颗粒箱，所述颗粒箱固定在所述容纳槽的所述第一封闭端的上方且靠近所述第一封闭端，所述颗粒箱具有开口顶部和下部料箱出料部，所述开口顶部被构造用于接受颗粒到所述第一颗粒箱中的供给，所述料箱出料部被朝向所述容纳槽引导，所述颗粒箱被构造为在所述电弧焊接头的操作期间用作所述颗粒的源。7.根据权利要求6所述的焊接系统，其中，所述颗粒箱包括上部圆柱形部分，所述上部圆柱形部分限定所述开口顶部并通向向下倾斜的锥形部且在终止于所述下部料箱出料部中。8.根据权利要求2-7中任一项所述的焊接系统，其中，所述颗粒输送系统还包括：a.输送元件，所述输送元件垂直地固定在所述容纳槽的所述第二开口端的下方，所述输送元件限定上端和下出口端，所述上端被构造用于从所述容纳槽的所述第二开口端接收所述颗粒流，所述下出口端向下引导所述颗粒流；和b.大致刚性的输送管道，所述输送管道限定第一管道端和第二管道端，所述第一管道端被以流体连通方式连接到所述输送元件的所述下出口端，并且所述第二管道端被构造成与所述颗粒掉落管的所述顶部接收开口垂直对准。9.根据权利要求8所述的焊接系统，其中，所述输送管道的长度大于零且小于或等于10英寸。10.根据权利要求4-9中任一项所述的焊接系统，其中，所述焊接系统还包括铰接保持件，所述铰接保持件被构造成用于承载所述颗粒输送系统且构造成用于至少在以下位置之间排列所述颗粒输送系统的顺序：第一序列位置，在所述第一序列位置，所述容纳槽的所述第二开口端垂直地定位在所述颗粒掉落管的所述顶部接收开口的上方；和第二序列位置，在所述第二序列位置，所述容纳槽的所述第二开口端不再垂直地定位在所述颗粒掉落管的所述顶部接收开口的上方，并且进一步地，在所述第二序列位置，所述颗粒箱位于主颗粒料斗的可操作范围中，所述颗粒箱从而能够从所述主颗粒料斗接收一定量的颗粒。11.一种颗粒输送设备，包括：a.颗粒箱，所述颗粒箱具有上部，所述上部限定通向向内倾斜的下部且终止于出口中的开口端；b.容纳槽，所述容纳槽具有近端和远端，所述容纳槽基本上水平地定位在所述颗粒箱的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·W·比尔里，迈克尔·J·普罗菲特，克林特·A·温伯格，温蒂·穆赫塔尔，戴维·兰登，伯恩·詹森，
申请(专利权)人：维米尔制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US