机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪

摘要

本发明提供一种机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其电弧摆动模块采用一对同步相向转动的不完整齿轮，按一定的相位与摆动齿轮交替啮合驱动其来回摆动，再通过一对锥齿轮将摆动运动传递至焊枪导电杆，使焊接电弧按预设的频率在窄间隙坡口内高速摆动；焊枪体模块为水冷方式的扁平结构，可伸入至窄间隙焊接坡口底部，为高温焊接熔池提供内层气体保护、焊丝与电能；升降式外气罩模块，可在机器人控制下根据坡口深度自动调节其高度位置，为焊接熔池及附近区域提供外层气体保护。本发明具有更高的电弧摆动频率，更好的气体保护效果和更小的形体尺寸，因而具有更高的焊接效率和更稳定的焊接过程，更适用于机器人的智能化焊接应用。

权利要求

1.一种机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，包括电弧摆动模块、焊枪体模块、升降式外气罩模块、支撑模块、导电模块，其中：所述电弧摆动模块，实现焊接电弧在机器人控制下按预设频率在窄间隙焊接坡口内的摆动；

所述焊枪体模块，为焊接熔池提供内层气体保护、焊丝和电能，同时为所述升降式外气罩模块的升降提供支撑；

所述升降式外气罩模块，根据工件坡口深度在机器人控制下沿所述焊枪体模块自动上下移动，为焊接熔池及附近区域提供外层气体保护；

所述支撑模块，固定所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块和所述导电模块；

所述导电模块，传递所需焊接电流；

所述电弧摆动模块，包括驱动电机、主动齿轮、传动齿轮、不完整齿轮、摆动齿轮、锥齿轮、焊枪导电杆以及导电嘴；

其中，主动齿轮由第一驱动电机驱动，做单向旋转运动，并通过传动齿轮将单向旋转运动传递至不完整齿轮，一对同步相向转动的不完整齿轮，按设定的相位与所述摆动齿轮交替啮合，驱动摆动齿轮来回摆动，摆动运动经由所述锥齿轮传递至所述焊枪导电杆，实现焊接电弧在机器人控制下按预设的频率在窄间隙焊接坡口内摆动；焊枪导电杆与导电嘴连接，将带动导电嘴进行摆动，从而实现电弧的摆动。

2.根据权利要求1所述的机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块、所述升降式外气罩模块、所述支撑模块以及所述导电模块之间为可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，所述焊枪体模块包括焊枪体、齿条、齿条连接块、保护气接头、冷却水接头、接头连接块、空心铜管、陶瓷气罩、陶瓷绝缘套以及绝缘压片；

所述焊枪体在窄间隙焊接坡口中具有水冷保护，同时能把保护气体传送至窄间隙焊接坡口底部，对焊接熔池实现保护；所述陶瓷绝缘套和绝缘压片使所述焊枪体本身不带电，以避免焊枪体与窄间隙坡口侧壁发生短路接触；所述焊枪体两侧的齿条用于所述外气罩模块在机器人控制下自动升降；齿条上部与齿条连接块连接，齿条下部与陶瓷气罩一同紧固连接在焊枪体上；冷却水接头与接头连接块相连，接头连接块固定在焊枪体上，并与空心铜管银钎焊连接；低温冷却水从冷却水接头处流入，经空心铜管进入焊枪体内部的冷却水通道，冷却水到达通道底部后，将沿通道侧壁上升，最终从与冷却水通道连通的冷却水接头处流出，从而完成对该侧枪体的冷却。

4.根据权利要求1所述的机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，所述升降式外气罩模块包括驱动电机、蜗轮、蜗杆、主动齿轮、传动齿轮、输出齿轮、外气罩、保护气接头；

蜗杆由驱动电机驱动，与蜗轮啮合；主动齿轮与蜗轮同轴，并分别通过传动齿轮将旋转运动传递至输出齿轮，输出齿轮与位于焊枪体模块中的齿条啮合，进而将自身的旋转运动转换为升降式外气罩模块沿焊枪体的直线运动，实现升降；

升降式外气罩模块内部设置有校直辊筒，辊筒之间采用弹簧连接，以夹紧焊枪体；外气罩两侧连接有保护气接头，保护气体经接头进入气罩后，经外气罩壁的反射、充分混合，再从所述外气罩下方流出，形成层流层并充满坡口间隙，进而为焊接熔池及坡口金属提供外层气体保护。

5.根据权利要求1所述的机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，所述支撑模块包括焊枪接口安装块、盖板、底板、主支撑板、侧支撑板以及驱动电机安装板；

主支撑板与电弧摆动模块、焊枪体模块螺栓连接，并通过沉头螺钉与侧支撑板连接，侧支撑板与电弧摆动模块螺栓连接；驱动电机安装板通过沉头螺钉与侧支撑板连接，驱动电机通过沉头螺钉固定在驱动电机安装板上，为电弧摆动模块提供动力；焊枪接口安装块固定在盖板上，用以夹紧、固定导电模块。

6.根据权利要求1所述的机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，其特征在于，所述导电模块包括焊枪接口、铜接头连接块、弯状铜接头、条状铜接头以及导电杆连接块；

其中，铜接头连接块与焊枪接口螺纹连接，弯状铜接头固定在铜接头连接块上，导电杆连接块固定在焊枪导电杆上，条状铜接头与导电杆连接块螺栓连接；所述弯状铜接头和条状铜接头之间采用柔性导线连接，焊接电能从所述焊枪接口传送直所述焊枪导电杆末端的导电嘴，同时，所述焊枪导电杆在齿轮的驱动下可自由摆动，带动导电杆末端的导电嘴来回摆动，不受导线连接的限制。

说明书

机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪

技术领域

[0001] 本发明涉及焊接设备，具体地，涉及机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪。尤其是涉及一种适用于尺寸较大的厚板及中厚板焊接的机器人用电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪。

背景技术

[0002] 随着我国造船、核电、压力容器等行业的快速发展，厚板焊接的应用日趋广泛。传统焊接方法焊接厚板时，由于厚板坡口的角度较大，往往采用多层多道焊的方式进行焊接，造成焊接接头的热输入高、热变形较大，热影响区较宽，接头力学性能受到较大的负面影响。而窄间隙焊接作为一种高效的焊接技术，采用小间隙的I型或U型坡口，在焊接厚板时相比传统焊接技术具有生产效率高、焊接热输入低、焊材消耗少、容易实现自动化生产等优点。

[0003] 在窄间隙焊接方法中，窄间隙熔化极气体保护焊(以下简称NG-GMAW)由于具有适用于全位置焊接，熔覆效率较高，焊接成本相对较低，应用技术较成熟等优点，因此应用广泛。目前，国内焊接工作者已研究并开发出多种形式的窄间隙熔化极气体保护焊枪。

[0004] 公告号为CN108340055A的中国发明专利申请公开了一种弯曲型超窄间隙MAG焊焊枪，该枪由焊枪枪座、弧形导丝导电机构、弧形水冷导气结构、导电嘴等组成，整体结构为弧形，能用于狭小空间的超窄间隙MAG焊接。但其导电嘴在焊接过程中时刻处于坡口中间位置，电弧只有部分能量作用在坡口两侧，容易产生侧壁未熔合缺陷。

[0005] 公告号为CN201645011U的中国实用新型专利公开了一种窄间隙气体保护焊用焊枪，该焊枪结构简单，由气体保护焊机的焊枪接口、绝缘板、气管、导电嘴延长杆、导电嘴组成，其送气管分布在电弧的前方和后方，通过侧吹的方式送入保护气。根据相交效应，当前后两侧成夹角的保护气在高温电弧区相交时，容易形成涡流，而涡流往往会卷入空气，导致气体保护效果降低；同时电弧两侧的送气管会遮挡电弧，不利于对电弧、熔滴过渡及焊接熔池的观察。

[0006] 公告号为CN106180994A的中国发明专利申请公开了一种旋摆式窄间隙MAG焊焊枪，该焊枪由导电嘴、旋摆驱动机构、以及控制装置等组成，采用通过步进电机驱动导电嘴的结构设计，能够实现电弧的摆动和旋转两种工作方式，从而增大电弧对坡口侧壁的热输入，有利于解决厚板窄间隙坡口侧壁熔合不良的问题。但该焊枪是通过步进电机的交替正反转实现电弧的往复摆动，而步进电机固有的电磁惯性，使电机轴在每次改变旋转方向时均会受到电磁阻力的作用，从而限制了电机所能达到的最大摆动频率，当焊接速度较快时，容易因电弧摆动频率不足而出现“S型”焊缝，影响接头质量。

发明内容

[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪。

[0008] 根据本发明提供的一种机器人用电弧摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，包括电弧摆动模块、焊枪体模块、升降式外气罩模块、支撑模块、导电模块，其中：

[0009] 所述电弧摆动模块，实现焊接电弧在机器人控制下按预设频率在窄间隙焊接坡口内的摆动；

[0010] 所述焊枪体模块，为焊接熔池提供内层气体保护、焊丝和电能，同时为所述升降式外气罩模块的升降提供支撑；

[0011] 所述升降式外气罩模块，根据工件坡口深度在机器人控制下沿所述焊枪体模块自动上下移动，为焊接熔池及附近区域提供外层气体保护；

[0012] 所述支撑模块，固定所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块和所述导电模块；

[0013] 所述导电模块，传递所需焊接电流。

[0014] 优选地，所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块、所述升降式外气罩模块、所述支撑模块以及所述导电模块之间为可拆卸连接。

[0015] 优选地，所述电弧摆动模块，包括驱动电机、主动齿轮、传动齿轮、不完整齿轮、摆动齿轮、锥齿轮、焊枪导电杆以及导电嘴；

[0016] 其中，主动齿轮由第一驱动电机113驱动，做单向旋转运动，并通过传动齿轮将单向旋转运动传递至不完整齿轮，一对同步相向转动的不完整齿轮，按设定的相位与所述摆动齿轮交替啮合，驱动摆动齿轮来回摆动，摆动运动经由所述锥齿轮传递至所述焊枪导电杆，实现焊接电弧在机器人控制下按预设的频率在窄间隙焊接坡口内摆动；焊枪导电杆与导电嘴连接，将带动导电嘴进行摆动，从而实现电弧的摆动。

[0017] 优选地，所述焊枪体模块包括焊枪体、齿条、齿条连接块、保护气接头、冷却水接头、接头连接块、空心铜管、陶瓷气罩、陶瓷绝缘套以及绝缘压片；

[0018] 所述焊枪体在窄间隙焊接坡口中具有水冷保护，同时能把保护气体传送至窄间隙焊接坡口底部，对焊接熔池实现保护；所述陶瓷绝缘套和绝缘压片使所述焊枪体本身不带电，以避免焊枪体与窄间隙坡口侧壁发生短路接触；所述焊枪体两侧的齿条用于所述外气罩模块在机器人控制下自动升降；齿条上部与齿条连接块连接，齿条下部与陶瓷气罩一同紧固连接在焊枪体上；冷却水接头与接头连接块相连，接头连接块固定在焊枪体上，并与空心铜管银钎焊连接；低温冷却水从冷却水接头处流入，经空心铜管进入焊枪体内部的冷却水通道，冷却水到达通道底部后，将沿通道侧壁上升，最终从与冷却水通道连通的冷却水接头处流出，从而完成对该侧枪体的冷却。

[0019] 优选地，所述升降式外气罩模块包括驱动电机、蜗轮、蜗杆、主动齿轮、传动齿轮、输出齿轮、外气罩、保护气接头；

[0020] 蜗杆由驱动电机驱动，与蜗轮啮合；主动齿轮302与蜗轮301同轴，并分别通过传动齿轮将旋转运动传递至输出齿轮，输出齿轮与位于焊枪体模块中的齿条啮合，进而将自身的旋转运动转换为升降式外气罩模块3沿焊枪体的直线运动，实现升降；

[0021] 升降式外气罩模块内部设置有校直辊筒，辊筒之间采用弹簧连接，以夹紧焊枪体；外气罩两侧连接有保护气接头，保护气体经接头进入气罩后，经外气罩壁的反射、充分混合，再从所述外气罩下方流出，形成层流层并充满坡口间隙，进而为焊接熔池及坡口金属提供外层气体保护。

[0022] 优选地，所述支撑模块包括焊枪接口安装块、盖板、底板、主支撑板、侧支撑板以及驱动电机安装板；

[0023] 主支撑板与电弧摆动模块、焊枪体模块螺栓连接，并通过沉头螺钉与侧支撑板连接，侧支撑板与电弧摆动模块螺栓连接；驱动电机安装板通过沉头螺钉与侧支撑板连接，驱动电机通过沉头螺钉固定在驱动电机安装板上，为电弧摆动模块提供动力；焊枪接口安装块固定在盖板上，用以夹紧、固定导电模块。

[0024] 优选地，所述导电模块包括焊枪接口、铜接头连接块、弯状铜接头、条状铜接头以及导电杆连接块；

[0025] 其中，铜接头连接块与焊枪接口螺纹连接，弯状铜接头固定在铜接头连接块上，导电杆连接块固定在焊枪导电杆上，条状铜接头与导电杆连接块螺栓连接；所述弯状铜接头和条状铜接头之间采用柔性导线连接，焊接电能从所述焊枪接口传送直所述焊枪导电杆末端的导电嘴，同时，所述焊枪导电杆在齿轮的驱动下可自由摆动，带动导电杆末端的导电嘴来回摆动，不受导线连接的限制。

[0026] 更为优选地，所述电弧摆动模块，用于实现焊接电弧按照预设的频率在窄间隙坡口内高速摆动，所述主动齿轮与所述驱动电机输出轴联动，所述主动齿轮的单方向旋转运动经由所述传动齿轮，转换为所述两个不完整齿轮正、反两方向的旋转运动，所述摆动齿轮按一定相位与所述不完整齿轮交替啮合，将摆动运动传递至同轴连接的所述传动锥齿轮，并经由与所述传动锥齿轮啮合的所述输出锥齿轮，传递至固定在所述输出锥齿轮中心的所述焊枪导电杆，所述焊枪导电杆与所述导电嘴螺纹连接，最终实现电弧摆动。由于所述驱动电机以单方向转动，焊接电弧的摆动完全是通过所述两个不完整齿轮与所述摆动齿轮的交替啮合来实现的，其摆动的惯性远比通过所述驱动电机的正反转来实现摆动要小，因此，摆动频率可以更高；另一方面，采用齿轮传动机构把驱动电机的旋转运动转化为导电杆的旋转摆动运动，要比传统的摇杆机构体积更小巧，因而焊枪的整体结构尺寸更紧凑，更适合安装于机器人手臂上，实现自动化柔性焊接。

[0027] 所述焊枪体模块，用于为焊接熔池及附近区域提供“内层”气体保护，对所述焊枪体及焊枪导电杆实现水冷保护，同时实现所述升降式外气罩模块的升降运动。所述焊枪体内设有两路冷却水循环通道，分别位于所述焊枪体的两侧，低温冷却水从所述焊枪体一侧的所述冷却水接头流入后，经所述空心铜管进入枪体内部，流经该侧的循环通道后流出。两侧水循环通道既可串联，也可并联，对所述焊枪体中心的导电杆具有间接冷却作用。所述焊枪体中心内壁与导电杆之间留有间隙，构成保护气通道，该通道与设在所述焊枪体一侧进气口的所述保护气接头连通，当保护气体从所述保护气接头进入，经由所述保护气通道，顺所述焊枪导电杆而下，从径向开有梅花孔的所述陶瓷绝缘套喷出，形成与所述导电杆同轴的轴向保护气层流，并在所述陶瓷气罩的约束下喷出，为窄间隙坡口内的焊接熔池提供“内层”气体保护；同时，所述陶瓷绝缘套隔在所述焊枪体与导电杆之间起电气隔离作用，使所述焊枪体不带电，防止其外侧在焊接过程中与窄间隙坡口侧壁发生触碰打弧，影响焊接过程的稳定性。所述齿条固定在所述焊枪体两侧面，用于实现所述升降式气罩模块的升降。

[0028] 所述升降式外气罩模块，可根据工件坡口深度沿所述焊枪体模块上下移动，为焊接熔池及附近区域提供“外层”气体保护。所述蜗杆与所述驱动电机输出轴连接，所述蜗轮由所述蜗杆传动，所述主动齿轮与所述蜗轮同轴联动，通过所述传动齿轮将旋转运动传递至所述输出齿轮，所述输出齿轮与位于所述焊枪体两侧的齿条啮合，将其自身的旋转运动转换为所述外气罩模块沿所述焊枪体的直线运动，从而实现所述外气罩模块的升降；所述蜗杆和蜗轮传动机构使所述外气罩模块具有位置自锁功能，不会因所述驱动电机掉电而发生相对移动。所述保护气接头位于所述外气罩两侧，保护气体由气体引导管进入所述外气罩后，经气罩内壁反射、混流，再从所述外气罩下方流出，形成具有一定长度层流层，且覆盖面积更大的气流保护层，为焊接熔池及附近区域提供“外层”气体保护。

[0029] 所述支撑模块，用于固定所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块和所述导电模块。所述电弧摆动模块、所述焊枪体模块、所述驱动电机与所述支撑模块的各个板件之间均采用螺纹连接，便于各模块的拆卸和更换，所述支撑模块各板件之间也采用螺纹连接，便于各零部件的加工、安装和调试。所述支撑模块用于固定所述焊枪体模块、电弧摆动模块和导电模块，同时，用于将所述电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪和机器人手臂相连接，并可与普通MIG焊枪的安装具有互换性。

[0030] 所述导电模块中，所述焊枪接口与所述铜接头连接块之间为螺纹连接，并通过所述焊枪接口安装块固定在所述支撑模块上；所述弯状铜接头、所述条状铜接头分别固定于所述铜接头连接块和所述导电杆连接块上，所述铜接头之间采用柔性电缆连接，便于所述导电杆做来回灵活摆转。

[0031] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0032] 1、本发明采用一对同步相向转动的不完整齿轮，按一定相位与摆动齿轮交替啮合，并通过一对啮合的锥齿轮将摆动运动传递至焊枪导电杆，可在驱动电机旋转方向不变的情况下实现电弧摆动，且电弧的摆动频率大幅提高，能够适应焊接速度更快的工况条件，焊接效率更高。

[0033] 2、本发明采用双层气体保护，气体保护效果更好：内层保护气体沿导电杆轴向从陶瓷绝缘套梅花孔喷出，形成层流，以同轴方式从电弧根部喷向熔池，相比于其他NG-GMAW焊枪从扁平枪体前后两侧向熔池吹送保护气体的方式，更有利于电弧的稳定燃烧，并对熔池形成有效保护层；外层保护气罩可根据坡口深度沿焊枪体升降，在坡口深度较浅或盖面焊接时，可提供更大范围的保护，以弥补扁平结构的窄间隙焊枪在移出窄间隙坡口以后，内层保护气覆盖范围偏小的问题，从而在机器人的控制下，不需要更换焊枪就能完成窄间隙坡口盖面焊道的焊接。

[0034] 3、本发明在焊枪体两侧设置有两路冷却水循环通道，对焊枪体本身及焊枪体内的导电杆具有较强的持续冷却作用，同时，焊枪体内的内层同轴保护气流对导电杆也有较好的散热降温作用，可进一步提高焊枪的冷却效果，保证其在高温电弧下工作的结构稳定性。

[0035] 4、本发明在焊枪体与导电杆之间设有陶瓷绝缘套，使焊枪体本身不带电，保证焊接时不会发生枪体外侧与窄间隙坡口侧壁触碰打弧而导致焊接过程的不稳定。

[0036] 5、本发明采用组合式结构，焊枪各模块均可拆卸，维修方便。同时，焊枪整体结构紧凑，适合安装于机器人手臂上，并可由机器人控制电弧的摆动速度和外气罩位置的升降。具有普通GMAW焊枪的标准接口，必要时可在机器人上实现与普通GMAW焊枪的互换。

附图说明

[0037] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0038] 图1为本发明的机器人用电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪的一实施例的外部结构示意图；

[0039] 图2为图1的实施例的内部结构示意图；

[0040] 图3为本发明的电弧摆动模块的外部结构示意图；

[0041] 图4为本发明的电弧摆动模块的内部结构示意图；

[0042] 图5为本发明的焊枪体模块的外部结构示意图

[0043] 图6为本发明的焊枪体模块的剖视图；

[0044] 图7为图6中G区域的局部放大图；

[0045] 图8为图6中N区域的局部放大图；

[0046] 图9为本发明的升降式外气罩模块的外部结构示意图；

[0047] 图10为本发明的升降式外气罩模块的内部结构示意图；

[0048] 图11为本发明的支撑模块的结构示意图；

[0049] 图12为本发明的导电模块的结构示意图；

[0050] 图中示出：

[0051] 1-电弧摆动模块，100-主动齿轮，101--第一传动齿轮，102-第二传动齿轮，103-第三传动齿轮，104-第四传动齿轮，105-第五传动齿轮，106-第一不完整齿轮，107-第二不完整齿轮，108-摆动齿轮，109，110-锥齿轮，111-焊枪导电杆，112-导电嘴，113-第一驱动电机；

[0052] 2-焊枪体模块，200-焊枪体，201-第一冷却水接头，203-第二冷却水接头，2010-第三冷却水接头，2030-第四冷却水接头，202-第一接头连接块，2020-第二接头连接块，204-第一保护气接头，205-绝缘压片，206-齿条连接块，207-第一齿条，2070-第二齿条，208-陶瓷气罩，209-第一空心铜管，2090-第二空心铜管，210-上部陶瓷绝缘套，211-下部陶瓷绝缘套；

[0053] 3-升降式外气罩模块，300-蜗杆，301-蜗轮，302-主动齿轮，303-第一传动齿轮，304-第二传动齿轮，305-第三传动齿轮，306-第一输出齿轮，307-第二输出齿轮，308-校直辊筒，309-外气罩，310-第二保护气接头，311-第二驱动电机；

[0054] 4-支撑模块，400-主支撑板，401-第一侧支撑板，402-第二侧支撑板，403-驱动电机安装板，404-盖板，405-焊枪接口安装块；

[0055] 5-导电模块，500-焊枪接口，501-铜接头连接块，502-弯状铜接头，503-条状铜接头，504-导电杆连接块。

具体实施方式

[0056] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0057] 本发明公开了一种机器人用电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪。该焊枪主要由电弧摆动模块、焊枪体模块、升降式外气罩模块、支撑模块、导电模块等组成，其中，电弧摆动模块采用一对同步相向转动的不完整齿轮，按一定的相位与摆动齿轮交替啮合，驱动其来回摆动，再通过一对锥齿轮将摆动运动传递至焊枪导电杆，使焊接电弧按预设的频率在窄间隙坡口内高速摆动；焊枪体模块为水冷方式的扁平结构，可伸入至窄间隙焊接坡口底部，为高温焊接熔池提供内层气体保护、焊丝与电能；升降式外气罩模块，可在机器人控制下根据坡口深度自动调节其高度位置，为焊接熔池及附近区域提供外层气体保护。与业内现有的窄间隙熔化极气体保护焊枪相比，具有更高的电弧摆动频率，更好的气体保护效果和更小的形体尺寸，因而具有更高的焊接效率和更稳定的焊接过程，更适用于机器人的智能化焊接应用。

[0058] 本实施例的一种机器人用电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪，包括电弧摆动模块1、焊枪体模块2、升降式外气罩模块3、支撑模块4、导电模块5，各模块可分别设计制造，最终通过螺纹连接进行组合装配。

[0059] 如图1、图2所示，电弧摆动模块1和焊枪体模块2通过螺纹连接固定在支撑模块4上，导电模块5通过焊枪接口固定装置固定在支撑模块4上。

[0060] 图3、图4为电弧摆动模块1的结构示意图，在该模块中，主动齿轮100由第一驱动电机113驱动，做单向旋转运动，并分别通过第一传动齿轮101、第四传动齿轮104这一条，以及第二传动齿轮102、第三传动齿轮103、第五传动齿轮105这另一条共两条路径，将单向旋转运动传递至相位相差180°的第一不完整齿轮106和第二不完整齿轮107。根据齿轮啮合规律，第一不完整齿轮106和第二不完整齿轮107旋向相反，将交替与摆动齿轮108啮合，使其旋转方向周期性改变，实现摆动。第一锥齿轮109与摆动齿轮108同轴，摆动运动经第一锥齿轮109、第二锥齿轮110传递至固定在第二锥齿轮110中心的焊枪导电杆111，焊枪导电杆111与导电嘴112螺纹连接，将带动导电嘴112进行摆动，从而实现电弧的摆动。

[0061] 如图6所示，焊枪体模块2中设置有齿条结构，第一齿条207、第二齿条2070上部与齿条连接块206螺纹连接，下部通过螺栓与陶瓷气罩208一同固定在焊枪体200上。升降式外气罩模块3内部设有齿轮结构，通过齿轮和齿条的啮合，实现自身的升降运动。

[0062] 在焊接过程中，存在电弧、熔池的热辐射和电阻热，可能导致焊枪和导电杆因温度过高而损坏。本发明设置了两路串联的冷却水循环通道。如图7、图8所示，第一冷却水接头201与第一接头连接块202螺纹相连，第一接头连接块202螺纹固定在焊枪体200上，并与第一空心铜管209银钎焊连接。如图7、图8中的细箭头所示，低温冷却水从第一冷却水接头201处流入，经第一空心铜管209进入焊枪体200内部的冷却水通道，冷却水到达通道底部后，将沿通道侧壁上升，最终从与冷却水通道连通的第二冷却水接头203处流出，从而完成对该侧枪体的冷却。之后上述流出的冷却水从第三冷却水接头2010处流入，经第二空心铜管2090进入枪体另一侧的冷却水通道，并在达通道底部后，沿通道侧壁上升，直至从第四冷却水接头2030处流出，完成对枪体另一侧的冷却。

[0063] 如图7、图8所示，第二冷却水接头2010与第二接头连接块2020螺纹相连，第二接头连接块2020螺纹固定在焊枪体200上，并与第二空心铜管2090银钎焊连接。如图7、图8中的细箭头所示，低温冷却水从第二冷却水接头2010处流入，经第二空心铜管2090进入焊枪体200内部的冷却水通道，冷却水到达通道底部后，将沿通道侧壁上升，最终从与冷却水通道连通的第四冷却水接头2030处流出，从而完成对该侧枪体的冷却。之后上述流出的冷却水从第一冷却水接头201处流入，经第一空心铜管209进入枪体另一侧的冷却水通道，并在达通道底部后，沿通道侧壁上升，直至从第二冷却水接头203处流出，完成对枪体另一侧的冷却。

[0064] 如图7、图8所示，焊枪体200上开设有焊枪导电杆通道，通道与导电杆同轴，尺寸略大以利于保护气体流通。上部陶瓷绝缘套210安装在通道上部，其内部设置有台阶结构，以支撑焊枪导电杆111；绝缘压片205由第一接头连接块202、第二接头连接块2020压紧和固定，用于绝缘并防止焊枪导电杆111向上窜动；下部陶瓷绝缘套211安装在通道下部，由螺栓压紧，其内部加工有呈梅花状排布的气筛孔，利于保护气形成层流。保护气体经第一保护气接头204进入通道后，沿图7、图8中粗箭头方向向下流动，由于流体的附壁效应，保护气体将沿所述焊枪导电杆通道的内壁向下流动，经过通道壁的反射、混合，再从下部陶瓷绝缘套211中的气筛孔中喷出，形成轴向气流并最终进入陶瓷气罩208，为焊接熔池及坡口金属提供内层气体保护，同时保护气体也可以通过对流的方式对焊枪体进行充分散热冷却。

[0065] 图9、图10为升降式外气罩模块3的结构示意图，在该模块中，蜗杆300由第二驱动电机311驱动，与蜗轮301啮合；主动齿轮302与蜗轮301同轴，并分别通过第二传动齿轮304这一条路，以及第一传动齿轮303、第三传动齿轮305这一条路，共两条路径将旋转运动传递至第一输出齿轮306和第二输出齿轮307，第一输出齿轮306、第二输出齿轮307分别与位于焊枪体模块2中的第二齿条2070、第一齿条207啮合，进而将自身的旋转运动转换为升降式外气罩模块3沿焊枪体的直线运动，实现其升降。本发明中蜗杆300采用较小的展开螺旋角，能够实现自锁，以防止升降式外气罩模块3在第二驱动电机311停机时掉落，提高了装置的可靠性。

[0066] 升降式外气罩模块3内部设置有校直辊筒308，辊筒之间采用弹簧连接，可对两辊筒的距离进行微调，该结构用以夹紧焊枪体200，保证其竖直度；外气罩309两侧连接有第二保护气接头310，保护气体经接头进入气罩后，经外气罩壁的反射、充分混合，再从所述外气罩下方流出，形成具有一定长度的层流层并充满坡口间隙，进而为焊接熔池及坡口金属提供外层气体保护。

[0067] 图11为支撑模块4示意图，主支撑板400与电弧摆动模块1、焊枪体模块2螺栓连接，并通过沉头螺钉与第一侧支撑板401、第二侧支撑板402连接，第一侧支撑板401、第二侧支撑板402与电弧摆动模块1螺栓连接；驱动电机安装板403通过沉头螺钉与第一侧支撑板401、第二侧支撑板402连接，第一驱动电机113通过沉头螺钉固定在驱动电机安装板403上，为电弧摆动模块1提供动力；焊枪接口安装块405固定在盖板404上，用以夹紧、固定导电模块5。所述支撑模块用于固定所述焊枪体模块、电弧摆动模块和导电模块，同时，用于将所述电弧高速摆动窄间隙熔化极双层气体保护自动焊枪和机器人手臂相连接，并可与普通MIG焊枪的安装具有互换性。

[0068] 图12为导电模块5示意图，铜接头连接块501与焊枪接口500螺纹连接，弯状铜接头502固定在铜接头连接块501上，导电杆连接块504固定在焊枪导电杆111上，条状铜接头503与导电杆连接块504螺栓连接，条状铜接头503和弯状铜接头502通过电缆连接。

[0069] 本发明利用多齿轮结构，有效地解决了现有装置存在的电弧摆动频率低、不能匹配较高焊接速度工况的问题；本发明采用升降式外气罩，可根据焊接过程中坡口深度的变化调整气罩位置，适用范围广；本发明采用双层气体保护，能有效避免焊接熔池及坡口金属的氧化，气体保护效果好。

[0070] 本发明适用于对中厚板、大厚板的电弧焊接加工，可应用于造船、核电、压力容器等需求大厚度材料的焊接制造领域，在厚板件焊接方面发挥窄间隙电弧焊接的优势。

[0071] 在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

[0072] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。