一種90度彎管內表面環向全位置tig自動堆焊設備的製作方法

2023-05-02 23:38:51

專利名稱：一種90度彎管內表面環向全位置tig自動堆焊設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，特別適用於整體90度彎管內壁防腐層的堆焊和相同直徑的直管對接後，接口處和直管的內壁的防腐層堆焊，屬於自動焊設備技術領域。
背景技術：
90度彎管接頭是容器進、出口及石化領域管網中常用的管接頭，其容器上部是一個90度彎管，下部卸料管由90度彎管與直管組成。現有的30度彎管內壁自動堆焊機，是早期研製的。因彎管需要旋轉，直焊頭會與工件內壁幹涉，在滿足工件尺寸變化範圍時，能夠實現彎管不刮碰焊頭的角度最大為30度。通過30度彎管旋轉、變位和焊頭變寬度擺動， 使堆焊位置始終處於水平位置，焊完一周後變位器將彎管變位到下一圈繼續焊接，實現30 度彎管水平位置TIG自動堆焊。設備由PLC控制旋轉速度，擺動寬度，工件提升、傾角和焊頭橫移動作，通過電控方式，完成彎管沿彎管中心轉動的變位，使焊接位置始終處於水平位置。目前只能採用分段堆焊，採用手工焊組焊方法，實現90度彎管內防腐層的堆焊。由於 90度彎管是由3段30度彎管組焊成的。組焊時需要預熱焊接，焊完後需要進行射線探傷， 合格後再預熱，手工進行焊口處內表面首層309L堆焊，探傷合格後進行347L堆焊，合格後進行下一道焊口的組焊，過程與上述相同。另外有一種90度彎管堆焊設備採用的是融化極氣體保護焊，沿彎管內壁縱向進行堆焊，焊接時彎管通過變位器完成焊接軌跡運動。顯然， 以上兩種焊接存在以下問題1、焊接過程由自動堆焊和手工組焊、堆焊實現，不能實現全自動焊接，組焊位置存在出現焊接缺陷返修的隱患；2、組焊處需要進行射線探傷，著色和超聲探傷，需要冷卻後才能進行，焊接時又需要預熱，浪費燃氣，增加生產成本，生產周期長。3、縱向90度彎管堆焊設備，容易出現缺陷的引弧和收弧都集中在管兩端，端頭不易平齊，變位器體積龐大，焊接時彎管與變位器一起轉動，需要完全固定牢靠，焊接過程不能觀察。
發明內容為解決現有技術中存在的問題，本實用新型提出一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，該自動焊設備通過電氣控制六軸聯動，實現焊頭沿彎管內壁環向焊接，焊頭橫向擺動，擺動寬度由程序根據焊頭所在彎管圓周位置計算確定。焊完一周後焊頭沿彎管中心移動到下一條焊道位置，反向旋轉連續進行焊接，一次完成整體90度彎管的內壁防腐層的堆焊任務，減少兩道組焊口的成本和缺陷隱患，從而提高焊接質量和能源消耗， 另外還可完成90度彎管與對接直管的內壁堆焊。本實用新型為解決上述問題所採用的技術方案是一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，它主要包括一個安裝在基座上的變位機構、一個工作檯和一個旋轉焊頭，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉焊頭通過變位機構調節在工作檯上工件的堆焊位置。所述變位機構包含水平行走機構、水平旋轉機構、升降機構和水平伸縮橫梁。所述水平行走機構直接設置在基座上，通過行走驅動電機減速機經齒輪齒條驅動在直線導軌上作水平行走。所述水平旋轉機構經水平旋轉機構立柱設置在水平行走機構的上方，水平旋轉驅動電機減速機通過齒輪傳動驅動水平旋轉架旋轉；在水平旋轉架上設有一個升降架，在升降架內設置所述升降機構，升降機構通過升降驅動電機減速機經螺杆螺母驅動升降滑座沿升降架移動；在升降滑座上固定連接一個伸縮橫梁滑座，所述水平伸縮橫梁設置在伸縮橫梁滑座上，通過水平伸縮驅動電機減速機經螺杆螺母驅動伸縮橫梁滑架在伸縮橫梁滑座上移動。在水平伸縮橫梁的端部通過焊頭連接裝置連接所述旋轉焊頭， 由電氣控制裝置，按旋轉焊頭所處位置，對應擺動寬度，正向一周，反向一周，連續實現90 度整體彎管內壁防腐層的堆焊作業。所述焊頭連接裝置採用第一焊頭連接過渡梁。所述焊頭連接裝置採用手動焊頭旋轉半徑調整橫梁與第二焊頭連接過渡梁的組合結構。所述水平行走機構採用齒輪齒條傳動機構，在所述基座上設置二個方鋼，在方鋼上各固定一個直線導軌，在其中一個直線導軌側面固定一個行走齒條，行走驅動電機減速機驅動與行走齒條嚙合的行走驅動齒輪。所述水平旋轉機構採用齒輪傳動機構，水平旋轉驅動電機減速機經水平旋轉驅動小齒輪驅動水平旋轉驅動大齒輪與水平旋轉架一起旋轉。所述升降機構採用螺杆螺母傳動機構，升降驅動電機減速機經滾珠螺杆驅動與滾珠螺母固定在一起的升降滑座升降。所述水平伸縮橫梁採用螺杆螺母傳動機構，水平伸縮驅動電機減速機經螺杆、與伸縮橫梁滑座固定在一起的螺母驅動伸縮橫梁滑架移動。所述旋轉焊頭採用立向旋轉機構和橫向擺動機構。本實用新型的有益效果是這種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備體積小，工件擺放調整容易，易於觀察和操作，完成90度整體彎管內防腐層的全位置連續自動堆焊。其優點如下1、通過電氣控制裝置的協調控制達到了四軸聯動，通過旋轉焊頭位置控制焊頭橫向擺動寬度和旋轉速度，使焊頭旋轉速度與擺動寬度成反比，實現90度彎管內部一周扇形不等寬等厚度堆焊，通過最小寬度控制，保證旋轉方向搭接量。2、採用90度彎管整體一次成型，減少30度彎管曲型次數，節省工時和燃氣。3、減少由30度彎管組焊成90度彎管需要的兩道焊口，節省了兩道焊口的焊接工時、焊材，探傷工序和工時、材料和預熱燃氣等費用，避免了組焊焊道出現焊接缺陷的隱患。 完全實現了自動焊接，提高了焊材利用率。4、採用正、反兩個旋轉方向各焊一周的方法，避免氣、電水、多路信號連續旋轉傳輸機構體積大的問題，減小焊頭體積。5、有弧壓控制功能，基值、峰值採樣選擇，通過檢測電弧電壓與設定電壓比較，控制電弧電壓波動最小。6、具有耐熱防護裝置，焊頭上的部件和攝像頭可在加熱200°C以下彎管內連續工作，並有超溫報警功能。7、可進行90度彎管與對接直管，對接位置和直管的內壁堆焊；8、體積小於縱向90度彎管堆焊和彎管不需要剛性固定，90度彎管端頭堆焊平齊， 不存在縱向熔化極堆焊，容易出現問題的起弧和收弧點集中在彎管端頭，需要進行處理。

圖1是一種內表面環向全位置TIG自動堆焊設備的結構主視圖。圖2是圖1的結構俯視圖。圖3是圖1的結構側視圖。圖4是圖1中所示旋轉焊頭的結構放大圖。圖5是圖2中所示旋轉焊頭的結構放大圖。圖6是另一種內表面環向全位置TIG自動堆焊設備的結構俯視圖。圖7是手動焊頭旋轉半徑調整橫梁安裝位置示意圖。圖中1、旋轉焊頭，la、立向旋轉機構，lb、橫向擺動機構，lc、擺動機構光槓，Id、擺動機構與AVC滑架聯接件，le、AVC滑架驅動機構，If、AVC滑架背板，lg、槍頭與AVC滑架聯接過渡板，lh、焊頭固定伸縮管，li、絕緣塊，lj、第一送絲導嘴，lk、第二送絲導嘴，In、第一攝像頭，lm、第二攝像頭，2、水平行走機構，2a、直線導軌，2b、方鋼，2c、行走齒條，2d、行走驅動齒輪，加，行走驅動電機減速機，2f，齒條間隙調整機構，3、水平旋轉機構，3a、水平旋轉驅動電機減速機，北、水平旋轉驅動小齒輪，3c、水平旋轉驅動大齒輪，3d、水平旋轉機構立柱， 4、升降機構，4a、下軸承，4b、升降直線導軌，4c、滾珠螺杆，4d、滾珠螺母，4e、上軸承、4f、升降滑座，4g、升降驅動電機減速機，4h、聯軸節，5、水平伸縮橫梁，5a、伸縮橫梁滑座，5b、水平伸縮驅動電機減速機，5c、螺杆，5d、螺母，5e、軸承，6、高度過渡梁，7、手動焊頭旋轉半徑調整橫梁，7a、手動調整手輪，8、第一焊頭連接過渡梁，8a、第二焊頭連接過渡梁，9、第一送絲機，9a、第二送絲機，10、工作檯，10a、位置調整機構，10b、調節螺杆，10c、定位支點，11,90度彎管，12、對接直管，13、水平旋轉架，14、升降架，15、伸縮橫梁滑架。圖1、2、3示出了一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備的結構圖。 圖中，該TIG自動堆焊設備主要包括一個安裝在基座上的變位機構、一個工作檯10和一個旋轉焊頭1，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉焊頭1通過變位機構調節在工作檯10上工件的堆焊位置。工作時，電氣控制裝置由UMAC控制器為核心按預先編制的堆焊軌跡控制程序和操作指令，控制旋轉焊頭1在90度彎管11內橫截面圓上轉動，按焊頭位置對應縱向寬度擺動，正向一周，反向一周。焊頭通過檢測電弧電壓與設定控制電壓比較，自動控制鎢極與管內壁距離，連續實現90度整體彎管內壁防腐層的堆焊作業。上述的變位機構包含水平行走機構2、水平旋轉機構3、升降機構4和水平伸縮橫梁5，水平行走機構2、水平旋轉機構3、升降機構4和水平伸縮橫梁5集成在一起構成TIG 自動堆焊設備的主體結構，主體結構通過水平行走機構2可以作水平移動，下面作分別介紹1.水平行走機構水平行走機構2採用齒輪齒條傳動機構，它直接設置在基座上，基座上固定二個方鋼2b，在方鋼2b上各固定一個直線導軌2a，在其中一個直線導軌加側面固定一個行走齒條2c，行走驅動電機減速機加驅動與行走齒條2c嚙合的行走驅動齒輪2d，使TIG自動堆焊設備的主體結構在直線導軌加上作水平行走。2.水平旋轉機構水平旋轉機構3經水平旋轉機構立柱3d設置在水平行走機構2的上方，水平旋轉機構3採用齒輪傳動機構，因為水平旋轉驅動大齒輪3c與水平旋轉架13固定在一起，所以水平旋轉驅動電機減速機3a經水平旋轉驅動小齒輪: 驅動水平旋轉驅動大齒輪3c與水平旋轉架13—起旋轉。3.升降機構在水平旋轉架13上設有一個升降架14，在升降架14內設置升降機構4，升降機構 4採用螺杆螺母傳動機構，升降驅動電機減速機4g經滾珠螺杆如驅動與滾珠螺母4d固定在一起的升降滑座4f升降。在滾珠螺杆如的下端設有下軸承4a，上端設有上軸承如。4.水平伸縮橫梁 在升降滑座4f上固定連接一個伸縮橫梁滑座fe，水平伸縮橫梁5設置在伸縮橫梁滑座fe上，水平伸縮橫梁5採用設置在伸縮橫梁滑架15內的螺杆螺母傳動機構，水平伸縮驅動電機減速機恥經螺杆5c和螺母5d驅動伸縮橫梁滑架15在伸縮橫梁滑座fe上移動。 在螺杆5c的兩端各設有一個軸承k。在圖1、2所示的工作檯10上擺放著90度彎管11與對接直管12對接焊時的示意圖，工件採用定位支點IOc和位置調整機構10a，用調節螺杆IOb擰緊固定。水平伸縮橫梁 5直接經第一焊頭連接過渡梁8連接旋轉焊頭1。圖4、5示出了旋轉焊頭的結構放大圖。旋轉焊頭1由立向旋轉機構la、橫向擺動機構lb、AVC控制滑架、TIG焊頭、送絲導嘴和攝像頭等組成，橫向擺動機構Ib的擺動機構光槓Ic安裝在立向旋轉機構Ia的端面偏心位置，橫向擺動機構Ia驅動橫向擺動機構Ib 在擺動機構光槓Ic上移動，AVC滑架驅動機構Ie通過AVC滑架驅動機構Id與橫向擺動機構Ib連接，橫向擺動機構Ib帶動AVC滑架驅動機構Ie —起擺動，AVC滑架背板If橫向伸出一個焊頭與AVC滑架聯接過渡板lg，端頭朝向立向旋轉機構la，並裝卡一根焊頭固定伸縮管lh，焊頭固定伸縮管Ih與AVC滑架驅動機構Ie平行，焊頭固定伸縮管Ih可通過鬆開夾持螺釘上下串動，以適應不同內徑彎管需要，大直徑彎管需要通過螺紋連接加長該管，管下端頭由一個夾持聯接器連接一絕緣塊li，TIG焊頭、第一送絲導嘴lj、第二送絲導嘴lk、 第一攝像頭In和第二攝像頭Im通過各自的支架分別與絕緣塊Ii相連，並且互相絕緣，AVC 滑架動作時，TIG焊頭、送絲導嘴、攝像頭一起移動，保持相對位置不變，通過立向旋轉機構 la、橫向擺動機構lb、AVC滑架驅動機構Ie的組合，實現了全位置90度彎管內部變寬度堆焊所需的動作，另外，焊頭上還有水冷裝置，對橫向擺動機構lb、AVC滑架驅動機構le、第一攝像頭In和第二攝像頭Im進行冷卻，焊頭立向旋轉機構Ia和其後部的控制電纜、水氣導管等部件外部包裹耐熱玻纖刮矽膠耐高溫防護布進行高溫防護，還有溫度檢測熱電偶，當焊頭在加熱的彎管內部出現超溫時，聲光報警提示操作者立即退出焊頭，防止過熱損壞旋轉焊頭部件。圖6、7示出了另一種內表面環向全位置TIG自動堆焊設備的結構圖。在工作檯10 上擺放著90度彎管11，90度彎管11採用定位支點IOc和位置調整機構10a，用調節螺杆 IOb擰緊固定。內表面環向全位置TIG自動堆焊設備的主體結與圖1、2、3所示相同，主要區別之處是水平伸縮橫梁5的端部固定連接高度過渡梁6的上端，高度過渡梁6的下端安裝一個手動焊頭旋轉半徑調整橫梁7，手動焊頭旋轉半徑調整橫梁7再經第二焊頭連接過渡梁8a連接旋轉焊頭1。第二焊頭連接過渡梁8a採用適合90度彎管11內壁進行全部堆焊作業的結構，防止旋轉焊頭1水平旋轉時橫梁與90度彎管11空間上的幹涉。堆焊90度彎管11時，使用第二焊頭連接過渡梁8a，使旋轉焊頭1能夠進入90度彎管11內部，通過手動調整手輪7a帶動其內部螺杆，調整旋轉焊頭1水平旋轉半徑。
權利要求1.一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，它主要包括一個安裝在基座上的變位機構、一個工作檯(10)和一個旋轉焊頭(1)，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉焊頭(1)通過變位機構調節在工作檯(10)上工件的堆焊位置，其特徵是所述變位機構包含水平行走機構O)、水平旋轉機構(3)、升降機構(4)和水平伸縮橫梁(5)； 所述水平行走機構( 直接設置在基座上，通過行走驅動電機減速機Oe)經齒輪齒條驅動在直線導軌Oa)上作水平行走；所述水平旋轉機構( 經水平旋轉機構立柱(3d)設置在水平行走機構O)的上方，水平旋轉驅動電機減速機(3a)通過齒輪傳動驅動水平旋轉架 (13)旋轉；在水平旋轉架(1 上設有一個升降架(14)，在升降架(14)內設置所述升降機構G)，升降機構(4)通過升降驅動電機減速機Gg)經螺杆螺母驅動升降滑座Gf)沿升降架(14)移動；在升降滑座Gf)上固定連接一個伸縮橫梁滑座( )，所述水平伸縮橫梁(5) 設置在伸縮橫梁滑座(5a)上，通過水平伸縮驅動電機減速機(5b)經螺杆螺母驅動伸縮橫梁滑架(1 在伸縮橫梁滑座(5a)上移動；在水平伸縮橫梁(5)的端部通過焊頭連接裝置連接所述旋轉焊頭(1)，由電氣控制裝置，按旋轉焊頭(1)所處位置，對應擺動寬度，正向一周，反向一周，連續實現90度整體彎管內壁防腐層的堆焊作業。
2.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述焊頭連接裝置採用第一焊頭連接過渡梁(8)。
3.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述焊頭連接裝置採用手動焊頭旋轉半徑調整橫梁(7)與第二焊頭連接過渡梁(8a) 的組合結構。
4.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述水平行走機構( 採用齒輪齒條傳動機構，在所述基座上設置二個方鋼(2b)，在方鋼Ob)上各固定一個直線導軌( ),在其中一個直線導軌Oa)側面固定一個行走齒條 (2c)，行走驅動電機減速機Qe)驅動與行走齒條Oc)嚙合的行走驅動齒輪Cd)。
5.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述水平旋轉機構C3)採用齒輪傳動機構，水平旋轉驅動電機減速機(3a)經水平旋轉驅動小齒輪(3b)驅動水平旋轉驅動大齒輪(3c)與水平旋轉架(1 一起旋轉。
6.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述升降機構(4)採用螺杆螺母傳動機構，升降驅動電機減速機Gg)經滾珠螺杆Ge) 驅動與滾珠螺母Gd)固定在一起的升降滑座Gf)升降。
7.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述水平伸縮橫梁( 採用螺杆螺母傳動機構，水平伸縮驅動電機減速機(5b)經螺杆 (5c)、與伸縮橫梁滑座(5a)固定在一起的螺母(5d)驅動伸縮橫梁滑架(1 移動。
8.根據權利要求1所述的一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，其特徵是所述旋轉焊頭(1)採用立向旋轉機構(Ia)和橫向擺動機構(lb)。
專利摘要一種90度彎管內表面環向全位置TIG自動堆焊設備，屬於自動焊設備技術領域。該自動焊設備主要包括變位機構、工作檯和旋轉焊頭，旋轉焊頭通過變位機構調節工件的堆焊位置。電氣控制裝置根據焊頭所處圓周位置，按彎管軸心半徑和彎管內徑兩個參數，計算出圓周各角度對應的弧長，並控制焊頭按該角度計算的寬度擺動、旋轉，實現管內壁不等寬全位置焊接。其優點如下減少了早期設計的30度彎管內壁自動堆焊機堆焊的30度彎管，需要通過焊接兩道焊口，探傷，堆焊不鏽層的工序，避免了兩道焊口出現焊接缺陷的可能性，堆焊厚度差和搭接處質量都優於熔化極氣體保護焊，一次彎曲成型減少30度彎管兩次成型工序，另外還可完成90彎管與直管的內壁堆焊焊接。
文檔編號B23K9/133GK202278283SQ20112036482
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者李堅, 谷文 申請人:中國第一重型機械股份公司, 中國第一重型機械集團大連加氫反應器製造有限公司