气幕式旋转电弧传感器结构设计电动蝶阀

气幕式旋转电弧传感器结构设计

气幕式旋转电弧传感器结构设计 2012年10月10日 随着人们对海底建设的不断加大，大量的海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。 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胁者的优点，是一种很有实用价值的焊接方法。 旋转电弧传感器具有抗弧光、耐高温、实时性强等特点，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。使用旋转电弧传感器检测坡度，当坡度高度减小时，电弧变短、焊接电流增大；坡度高度增大时，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。1 气幕式旋转电弧传感器的总体结构方案 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的高压气幕，阻挡外而的水入侵，形成一个气相区，使电弧在气相区中燃烧，从而提高焊接的质量。本文利用收缩喷管原理结合现有的传感器方案，设计了气幕式旋转电弧传感器，其结构如图1所示。电机定子固定在外壳体6上，空心转了吲定在空心轴l7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。调心球轴承与外壳相连，电机驱动空心轴转动时，导电杆会做圆锥摆动。收缩喷管通过联接器l2及绝缘盘ll和传感器外壳联成一个整体。保护气革通过保护气事实体和绝缘盘联接。焊丝从导电杆中送入，高压气管、保护气管嵌入在传感器外壳内，从而将它们集成于传感器内部，使其结构更紧凑。

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。2．1动力驱动与偏心调节模块设计 偏心调节模块的土要作用是电机带动导电杆做圆锥摆动，实现对焊缝坡度的扫捕。圆锥摆动原理示意图如图2。模块结构如图3所示，电机空心转了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，偏心机构土要由4、5、6组成)，空心轴上端连接光码盘1连接。导电杆7穿过空心轴，分别通过调心轴承上端与传感器外壳连接，下端与滑块套连接。当电机转动时从而会带动导电杆做圆锥摆动，光码盘也会和空心轴一起转动。

为了确定焊枪实时位置及空心轴电机旋转速度，增量式光电码盘的结构如图4a，其外圈铣出1个深矩形槽和64个均匀分布的浅矩形槽，当空心轴电机带动光电码盘运转时，槽和齿的存在会交替阻挡和允许通往光耦二极管发出的光路，从而周期性的开启和火闭光耦三极管工作，集电极输出的周期性的脉冲信号。当光电码盘旋转一周时，对应于深槽的光耦会在集电檄处输出一个接近于方波脉冲，可测定电机转速；而与浅槽对应的光耦在一周内会在集电檄处周期性地产生64个方波脉冲（波形如图 4b)，同时对64个脉冲信号经过整形、滤波再通过光电隔离电路到A／D采集卡，作为开启A／D采集卡采集焊接电流的外部触发信号

2．2 外壳模块结构设计 气幕式旋转电弧传感器外壳设计要求将高压空气管路和保护气管路集成在壳体内，这样不但可以减小传感器的直径，而且可以保证外壳成圆梓形，没有突出的结构，有利于传感器的安装。同时要保证外壳绝缘，避免焊接时传感器电机被烧坏。为了便于拆装办便，同时为了加工与装配，将旋转电弧传感器外壳至上而下分成四部分(如图5所示)。

图中，上绝缘盖材料为胶木，上而有四个圆孔，中问为导电杆出孔，其内侧为安装导电杆的上调心轴承。其余三个中一个为保护气进气孔，胁个为高雎气进气孔。光码盘外壳同时起定位光耦的作用。电机定了通过过孺配合安装在电机外壳中。偏心机构外壳和排水革通过螺栓连接在一起。各外壳之间通过密封垫密封，同时以螺栓的形式连接。2.3 排水罩模块结构设计

为了将焊接区域的水排开，气幕式旋转电弧传感器排水革的设计主要采用了收缩喷管来形成高压气幕将水排开。其结构如图 6所示，绝缘盖、保护气窜及保护气革通过螺纹连接成一体，绝缘盖与联接器、联接器与收缩喷管分别通过螺钉和螺纹连接成一体，高压气体通过两层之间形成气幕(如图7所示)。

3 气幕式旋转电弧传感器装配设计及实物 将传感器分的动力驱动与偏心调节模块、外壳模块和排水革模块进行装配，其装配图如图 8所示。

图 9为所设计的气幕式旋转扫描焊炬实物照片。通过上述设计，该旋转电弧传感器具有如下特点： (1)独特的高压进气管路、保护气管路设计，使高压空气、保护气管集成于传感器内部，减少传感器外形尺寸，达到了传感器小型化、实用化的目的； (2)独特的外形设计，美观、实用． (3)设计了独特的绝缘结构，使得电弧传感器外壳不带电，提高其使用的安全性与可靠性，延长了其使用寿命。

4 结论 设计了一种用于水下局部干法焊接的旋转电弧传感器，该传感器的最大特点是利用收缩喷管的原理设计了用于局部干法焊接的排水革，同时将高压进气管路集成于传感器内部。该传感器经过上电测试表明运转情况良好且能有效采集到信号，满足设计要求。

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