[发明专利]包括焊接冷却设备的焊接设备

说明书

包括焊接工具和用于强制冷却焊接区域的焊接冷却设备的焊接设备。焊接工具具有带有纵轴线的焊接喷嘴，并且焊接冷却设备包括作为制冷剂的CO₂的源。制冷剂输送导管被设置成与焊接工具一起运动。其具有有纵轴线并且与焊接工具并排地延伸的第一管，以及具有纵轴线且向下并背离焊接工具延伸的第二管。制冷剂喷嘴位于第二管的端部处并且被设置成在焊接区域处喷射制冷剂。制冷剂喷嘴出口与工件间隔开并且被设置成在焊接工具后方将制冷剂射流引导到焊接区域上，且距第一管的纵轴线至少10毫米。

技术领域

本发明涉及焊接设备，更具体地涉及包括焊接工具和焊接冷却设备的焊接设备，其中所述焊接冷却设备用于正由焊接工具焊接的工件中的被加热的焊接区域的强制冷却。

背景技术

在金属工件的热焊接期间，需要高的热输入来生成可接受的焊接。然而，这种高的热输入具有一定缺点，即由焊接过程生成的热应力能够引起正被焊接的工件的显著程度的变形。诸如低碳钢及其合金、合金钢及其合金、铝及其合金、不锈钢及其合金、钛及其合金、镍及其合金的材料易于变形。

公知的是在热连结过程（包括固相焊接，例如摩擦搅拌焊接）期间，特别是弧焊过程期间，向工件的被加热的焊接区域提供强制冷却，以便减少或消除由焊接过程生成的残余应力和/或减少或消除变形和/或改变焊接金属的微结构。

具体地，公知的是通过使用来自喷嘴头的冷冻剂（例如二氧化碳）的射流来提供强制冷却。冷却喷嘴头的需要通常是在焊接弧后方的所需距离处向一个焊点提供足够量的固体、混合相或液体二氧化碳的射流。在焊接弧后方的距离由避免或最小化对焊接熔池和/或焊接弧的干扰使得不损坏焊接品质的要求限制。

特别期望的是，例如通过安装在焊接炬后方的滑架上的喷嘴输送制冷剂来在顶侧/同侧设置上提供强制冷却。这样的设置使得冷却喷嘴和焊枪能够被整合于机器人焊接系统上。然而，尽管例如如JPS 57181791中所描述的这种设置允许同时焊接和冷却简单的二维部件，但是它们不允许机器人臂容易地通达需要焊接的小和/或错综复杂的三维几何构造。因此，不可能保证同时焊接和冷却复杂的或者难以到达的几何构造，从而导致具有这种几何构造的被焊接部件的可能变形。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种焊接设备，其包括焊接工具和用于强制冷却正由焊接工具焊接的工件中的被加热的焊接区域的焊接冷却设备，所述焊接工具具有带有纵轴线的焊接喷嘴，并且焊接冷却设备包括作为制冷剂的CO₂的源；至少一个制冷剂输送导管，其被设置成随焊接工具一起运动，该制冷剂输送导管包括具有纵轴线并且与焊接工具并排地延伸的第一管部分以及具有纵轴线并在使用中向下且背离焊接工具延伸的第二管部分；以及在所述第二管部分的远端处的至少一个制冷剂喷嘴，其具有纵轴线和用于在被加热的焊接区域处喷射低温制冷剂的出口，其中所述第二管部分被设置成使得制冷剂喷嘴出口在使用中与工件间隔开，以便在焊接工具后方将制冷剂的射流引导至焊接区域上，且距第一管部分的纵轴线至少10 mm。

在这种设置的情况下，制冷剂输送导管能够被定位成接近焊接喷嘴以使大小最小化并且允许系统被容易地操纵从而获得对复杂的几何构造的通达且同时仍允许制冷剂喷嘴处于适当位置以便在被加热的焊接区域处引导制冷剂。

如本文所用的术语焊接（“welding”和“weld”）指的是任意热连结方法。本文所用的术语焊接区域指的是至少包括固化的焊接金属的工件的区域。如本文所用的术语管指的是任意合适的通道或者导管，包括但不限于筒形管或者管件，或者通过外壳形成的通道。

在优选实施例中，第一管部分和第二管部分被设置成使得制冷剂喷嘴出口距离第一管部分的纵轴线在10 mm和15 mm之间。

第一管部分可以具有任意合适的横截面形状或者直径。优选地，第一管部分具有小于10 mm的外直径。