數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的製作方法
2023-09-21 09:28:55
數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其包括機架、直線行走小車、齒條、旋轉裝置、鋼管夾頭、雷射器、鋼帶輸送裝置、加油裝置和校正裝置；齒條水平設置在所述機架上，直線行走小車活動設置在機架上，且與齒條相嚙合，旋轉裝置固定在直線行走小車上，鋼管夾頭設置在旋轉裝置的輸出軸上，雷射器設置在鋼帶輸送裝置的一側位置。本實用新型提供的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的結構設計合理，巧妙結合雷射成型技術，不改變金屬的金相組織，同時又是冶金結合，大大提升翅片與鋼管之間的結合效果，強度好，不僅保證產品質量，且熱交換效率高，抗腐性高，使用壽命長，而且焊接操作步驟簡單、方便，工作效率高,利於廣泛推廣運用。
【專利說明】數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及螺旋翅片管生產【技術領域】，具體涉及一種數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備。
【背景技術】
[0002]螺旋翅片管作為換熱元件，長期工作於高溫煙氣的工況下，比如鍋爐換熱器用翅片管使用環境惡劣，高溫高壓且處於腐蝕性氣氛，這要求翅片管應具有很高的性能指標。如防腐性能、耐磨性能、低的接觸熱阻、高的穩定性和防積灰能力等。
[0003]傳統的螺旋翅片管生產方法主要有幾下幾種。
[0004]1、套裝翅片:套裝翅片工藝是預先加工出一批單個的翅片，然後用人工或機械方法，按一定的翅距，靠過盈配合把翅片套裝在管子外表面上，該工藝的配合效果差，熱轉換效率低。
[0005]2、內鑲式螺旋翅片:鑲嵌式螺旋翅片管是在鋼管上先加工出一定寬度和深度的螺旋槽，然後在車床上把鋼帶鑲嵌在鋼管上，在纏繞。該工藝複雜，生產效率低，熱轉換效率低。
[0006]3、釺焊螺旋翅片管:釺焊螺旋翅片管的加工分兩步進行。首先，將鋼帶平面垂直於管子軸線按螺旋線方式纏繞在管子外表面上，並把鋼帶兩端焊在鋼管上固定，然後消除鋼帶和鋼管接觸處的間隙，用釺焊的方法將鋼帶和鋼管焊在一起。該工藝效率低，不環保，且產品不抗腐蝕，使用壽命短，熱轉換效率低。
[0007]4、高頻焊螺旋翅片:高頻焊螺旋翅片管是目前應用最為廣泛的螺旋翅片管之一，現廣泛應用於電力、冶金、水泥行業的餘熱回收以及石油化工等行業。高頻焊螺旋翅片管是在鋼帶纏繞鋼管的同時，利用高頻電流的集膚效應和鄰近效應，對鋼帶和鋼管外表面加熱，直至塑性狀態或熔化，在纏繞鋼帶的一定壓力下完成焊接。這種高頻焊實為一種固相焊接。它與鑲嵌、釺焊等方法相比，無論是在產品質量，還是生產率及自動化程度上，較為為先進。但產品不環保，達不到國際環保要求，不抗腐蝕；使用壽命短。
[0008]5、三輥斜軋整體型螺旋翅片管:三輥斜軋整體型螺旋翅片管其生產原理為:在光面管內襯一芯棒，經軋輥刀片的旋轉帶動，無縫鋼管通過軋槽與芯頭組成的孔腔在其外表面上加工出翅片。這種方法生產出的翅片管因基管與外翅片是一個有機的整體，因而不存在接觸熱阻損。採用該工藝製得的產品，其結合強度低，不抗腐蝕，熱轉換效率低。
實用新型內容
[0009]針對上述不足，本實用新型目的在於，提供一種結構設計巧妙、合理，能快速生產出抗腐蝕、結合效果好、熱轉換效率高且使用壽命長的螺旋翅片管的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備。
[0010]為實現上述目的，本實用新型所提供的技術方案是:一種數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其包括機架、直線行走小車、齒條、旋轉裝置、鋼管夾頭、雷射器和鋼帶輸送裝置，所述齒條水平設置在所述機架上，所述直線行走小車活動設置在所述機架上，且與所述齒條相嚙合，所述旋轉裝置固定在所述直線行走小車上，所述鋼管夾頭設置在該旋轉裝置的輸出軸上，且使該鋼管夾頭上所夾持的鋼管的軸線與所述直線行走小車的活動軌跡相平行，所述鋼帶輸送裝置對應鋼管夾頭的一側位置設置在機架上，且設有讓鋼管穿過的配合焊接孔，該配合焊接孔上設置有鋼帶成型翅片模具，所述雷射器設置在鋼帶輸送裝置的一側位置，且使該雷射器所發的雷射束朝向所述鋼帶成型翅片模具。
[0011]作為本實用新型的一種改進，所述鋼帶成型翅片模具包括主模和與該主模相貼合的副模，所述主模的下部設有弧形缺口，所述副模與該主模相貼合的貼合面上設有與該弧形缺口相對應的螺旋面，該螺旋面用來控制螺旋翅片管的翅片節距及螺旋升角。在所述弧形缺口位置處內鑲鎢鋼部件。內鑲有鎢鋼部件，利用鎢鋼部件於高溫高硬度下的高耐磨性，從而滿足高壽命要求，進一步延長使用壽命。所述主模和副模上設有冷卻水道和/或吹氣孔。在焊接及成型的過程必然產生熱量的積累，增加有冷卻水道後和/或吹氣孔，能用水冷方式和/或風冷方式把熱量迅速帶走。所述主模和副模採用DC53材料經真空熱處理製成，硬度達62?63HRC，硬度高，強度好，使用壽命長。
[0012]作為本實用新型的一種改進，所述直線行走小車包括行走電機、驅動輪、車體和設置在該車體底部的車輪，所述驅動輪上設有與所述齒條相嚙合的齒牙，所述行走電機固定在所述車體上，且通過傳動件與所述驅動輪相連接。
[0013]作為本實用新型的一種改進，所述旋轉裝置包括伺服電機和變速齒輪箱，所述伺服電機固定在該變速齒輪箱的頂部，且該伺服電機的驅動軸與所述變速齒輪箱的輸入軸相連接。
[0014]作為本實用新型的一種改進，所述鋼帶輸送裝置包括模架、固定座、支架、鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪，所述模架垂直固定在所述固定座的一側，所述配合焊接孔設置在該模架的上部，所述支架設置在所述固定座的另一側，所述鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪間隔排列在所述支架上。
[0015]作為本實用新型的一種改進，其還包括加油裝置，該加油裝置包括加油槽和與油管相連接的油嘴，所述加油槽位於所述鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪之間的位置處，所述油嘴位於所述加油槽的正上方。
[0016]作為本實用新型的一種改進，其還包括校正裝置，該校正裝置位置於鋼帶成型翅片模具的下方靠近所述鋼管夾頭的一側位置，該校正裝置包括一轉軸及多個間隔設置在該轉軸上的校正輪，相鄰兩校正輪之間的間隔等於或略大於所成型的翅片的厚度，所述校正輪的厚度等於或略中於所成型的翅片的節距。
[0017]本實用新型的有益效果為:本實用新型提供的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的結構設計合理，巧妙結合雷射成型技術，不改變金屬的金相組織，同時又是冶金結合，大大提升翅片與鋼管之間的結合效果，強度好，不僅保證產品質量，且熱交換效率高，抗腐性高，使用壽命長，而且焊接操作步驟簡單、方便，工作效率高。
[0018]下面結合附圖與實施例，對本實用新型進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0020]圖2是本實用新型中直線行走小車的結構示意圖。
[0021]圖3是本實用新型中鋼帶輸送裝置的結構示意圖。
[0022]圖4是本實用新型中主模的結構示意圖。
[0023]圖5是圖4的A-A剖視的結構示意圖。
[0024]圖6是本實用新型中副模的結構示意圖。
[0025]圖7是圖6的仰視的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1至圖7，本實施例提供的一種數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其包括機架1、直線行走小車2、齒條3、旋轉裝置4、鋼管夾頭10、雷射器5和鋼帶輸送裝置7，所述齒條3水平設置在所述機架I上，所述直線行走小車2活動設置在所述機架I上，且與所述齒條3相嚙合，所述旋轉裝置4固定在所述直線行走小車2上，所述鋼管夾頭10設置在該旋轉裝置4的輸出軸上，且使該鋼管夾頭10上所夾持的鋼管11的軸線與所述直線行走小車2的活動軌跡相平行，所述鋼帶輸送裝置7對應鋼管夾頭10的一側位置設置在機架I上，且設有讓鋼管11穿過的配合焊接孔，該配合焊接孔上設置有鋼帶成型翅片模具6，所述雷射器5設置在鋼帶輸送裝置7的一側位置，且使該雷射器5所發的雷射束朝向所述鋼帶成型翅片模具6。即使該雷射器5的雷射頭朝向所述鋼帶成型翅片模具6，以使該雷射頭51所發的雷射束52能對準在所述鋼帶成型翅片模具6上已經進行接合的翅片13與鋼管11的接合處。優選的，所述鋼管夾頭10優選為三爪夾頭，裝夾方便，使用簡單。
[0027]具體的，所述鋼帶成型翅片模具6包括主模61和與該主模61相貼合的副模62，參見圖4，所述主模61的下部設有弧形缺口 611，有效減小起頭阻力，起頭容易，給生產帶來極大的方便。參見圖6和圖7，所述副模62與該主模61相貼合的貼合面上設有與該弧形缺口 611相對應的螺旋面621。該螺旋面621用來控制螺旋管的翅片13節距及螺旋升角。參見圖4和圖6，為提升散熱效果，還在所述主模61和副模62上設有冷卻水道63和吹氣孔64。冷卻水道63與冷卻水箱65相連接，該冷卻水箱65內裝清水，用於冷卻模具。吹氣孔64與氣泵相連接。其它實施例中，可以僅設有冷卻水道63或吹氣孔64。較佳的，還在所述弧形缺口 611位置處內鑲鎢鋼部件612，利用其高溫高硬度下的高耐磨性，從而滿足高壽命要求。
[0028]具體的，參見圖2，所述直線行走小車2包括行走電機21、驅動輪22、車體23和設置在該車體23底部的車輪24，所述驅動輪22上設有與所述齒條3相嚙合的齒牙，所述行走電機21固定在所述車體23上，且通過傳動件25與所述驅動輪22相連接。本實施例中，該傳動件25為皮帶。所述旋轉裝置4包括伺服電機41和變速齒輪箱42，所述伺服電機41固定在該變速齒輪箱42的頂部，且該伺服電機41的驅動軸與所述變速齒輪箱42的輸入軸相連接。
[0029]參見圖3，所述鋼帶輸送裝置7包括模架71、固定座72、支架73、鋼帶張緊調節機構74和鋼帶導向輪75，所述模架71垂直固定在所述固定座72的一側，所述配合焊接孔設置在該模架71的上部，所述支架73設置在所述固定座72的另一側，所述鋼帶張緊調節機構74和鋼帶導向輪75間隔排列在所述支架73上。鋼帶導向輪75用來引導鋼帶12的行走。鋼帶張緊調節機構74用來控制鋼帶12的張緊力。
[0030]本實施例中，本實用新型數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備還包括加油裝置8，用於翅片13拉伸潤滑。該加油裝置8包括加油槽81和與油管相連接的油嘴82，所述加油槽81位於所述鋼帶張緊調節機構74和鋼帶導向輪75之間的位置處，所述油嘴82位於所述加油槽81的正上方。加油槽81用來存儲抗磨潤滑油，提前給拉伸鋼帶12加潤滑油。油嘴82與自動加油機相連接，用來滴油。
[0031]本實施例中，本實用新型數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備還包括校正裝置9，用於校正翅片13的垂直度，進而保證產品質量，該校正裝置9位置於鋼帶成型翅片模具6的下方靠近所述鋼管夾頭10的一側位置，該校正裝置9包括一轉軸91及多個間隔設置在該轉軸91上的校正輪92，相鄰兩校正輪92之間的間隔等於或略大於所成型的翅片13的厚度，所述校正輪92的厚度等於或略中於所成型的翅片13的節距。
[0032]本實用新型提供的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的結構設計合理，巧妙結合雷射成型技術，不改變金屬的金相組織，同時又是冶金結合，大大提升翅片13與鋼管11之間的結合效果，強度好，不僅保證產品質量，且熱交換效率高，抗腐性高，使用壽命長，而且焊接操作步驟簡單、方便，工作效率高。
[0033]一種上述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的焊接成型方法，本實施例中，選用YAG固態雷射器AXL-700AW ;此YAG雷射機集成了 CNC四軸數控系統，與螺旋翅片管各傳動及控制系統集成到一個CNC系統中，實現高智能自動控制。具體實施例中，可以採用其它型號的雷射器。具體的，其包括如下步驟:(I)裝夾:將鋼管11裝夾在鋼管夾頭10上；
(2)剪頭:將鋼帶12的首端剪成尖圓角刀形，類似三角形狀；所述步驟(I)、(2)無先後順序。(3)送料:鋼帶12的首端在鋼帶輸送裝置7的輸送下進入鋼帶成型翅片模具6，該成型翅片模具對所述鋼帶12進行成型形成翅片13，該翅片13緊壓在鋼管11的表面；(4)起頭焊接:啟動雷射器5的第一參數程式(又稱起頭程式，包括電流、脈寬、頻率；因為雷射器是閉環控制,調試好後永遠記憶不需重設；例如目前YAG固態AXL700AW雷射機參數設定為:電流95A、脈寬5.2ms、頻率3HZ進行起頭，該雷射器5所發出的雷射束52射在翅片13與鋼管11的接合處，使得所述翅片13與鋼管11的連接部位與所述鋼管11與翅片13的連接部位相互熔合，實現將翅片13焊接在鋼管11上；隨後，旋轉裝置4和直線行走小車2同時啟動，實現將鋼管11轉動的同時，還向遠離所述鋼帶成型翅片模具6的一側方向移動；當翅片進入至校正裝置9時，即起頭的長度約超過180度或半圈後，起頭焊接步驟完畢；(5)全速焊接:起頭焊接步驟完畢後，雷射器5自動轉入第二參數程式(又稱全速焊接程式，當起頭超過180度即過半圈以後就可全速100%運行，焊接此過程是全自動控制，例如設定長度，何時停止，或中途間隔不焊等，例如正常生產時AXL700AW雷射機設定的一組參數為:電流92A、脈寬4.8ms、頻率21HZ、生產速度為100%)，全速焊接至所需螺旋翅片管的長度，獲得螺旋翅片管制品。
[0034]本實用新型提供的焊接成型方法易於實現，效率高，能快速生產出抗腐蝕、結合效果好、熱轉換效率高且使用壽命長的螺旋翅片管。
[0035]採用雷射成型技術基本不改變金屬的金相組織，同時又是冶金結合，結合強度是其他同類產品強度的1.5倍以上。所以在相同材質下比其它工藝成型的螺旋翅片管都要抗腐蝕。具體的本實用新型具有以下優點:1、抗腐蝕好:傳統採用高頻焊則大範圍的改變了金屬原有的金相組織，即原有不鏽鋼中各種原子的排列結構發生變化故會生鏽，所以不耐腐蝕。而雷射束52高能量的焊接熱影響區非常小，焊接時基材的溫度約為55°C以下，基本不改變金屬的金相組織，所以保留原有材料的抗腐蝕性能，抗腐蝕好，在高溫高腐蝕環境下使用壽命將大大延長。2、強度高:由於雷射束52的高能量使兩基材瞬間熔合，原子密度在焊縫處比基材更密所以強度更高。3、熱轉換效率高:本實用新型製得的螺旋翅片管的翅片間距(最小可做到2.0mm)是傳統高頻焊翅片管(高頻焊螺旋翅片管翅片間距最小為6.5mm)間距的1/3，相同面積是傳統高頻焊螺旋翅片管熱轉換效率的三倍，體積縮小三倍，佔用空間縮小三倍，節約大量的資源。4、節能:生產能耗低，本實用新型數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備的功率為22KW (實際每小時僅10度電左右)；而傳統的高頻焊接功率為110KW?220KW。5、清潔環保:由於焊接時工件溫度極低及內冷卻，工作條件輕鬆，工作環境非常清潔，環保性好。
[0036]根據上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型並不局限於上面揭示和描述的【具體實施方式】，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本實用新型構成任何限制，如本實用新型上述實施例所述，採用與其相同或相似結構而得到的其它成型設備，均在本實用新型保護範圍內。
【權利要求】
1.一種數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於:其包括機架、直線行走小車、齒條、旋轉裝置、鋼管夾頭、雷射器和鋼帶輸送裝置，所述齒條水平設置在所述機架上，所述直線行走小車活動設置在所述機架上，且與所述齒條相嚙合，所述旋轉裝置固定在所述直線行走小車上，所述鋼管夾頭設置在該旋轉裝置的輸出軸上，且使該鋼管夾頭上所夾持的鋼管的軸線與所述直線行走小車的活動軌跡相平行，所述鋼帶輸送裝置對應鋼管夾頭的一側位置設置在機架上，且設有讓鋼管穿過的配合焊接孔，該配合焊接孔上設置有鋼帶成型翅片模具，所述雷射器設置在鋼帶輸送裝置的一側位置，且使該雷射器所發的雷射束朝向所述鋼帶成型翅片模具。
2.根據權利要求1所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述鋼帶成型翅片模具包括主模和與該主模相貼合的副模，所述主模的下部設有弧形缺口，所述副模與該主模相貼合的貼合面上設有與該弧形缺口相對應的螺旋面。
3.根據權利要求2所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述主模和副模上設有冷卻水道和/或吹氣孔。
4.根據權利要求2所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述弧形缺口位置處內鑲鎢鋼部件。
5.根據權利要求1所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述直線行走小車包括行走電機、驅動輪、車體和設置在該車體底部的車輪，所述驅動輪上設有與所述齒條相嚙合的齒牙，所述行走電機固定在所述車體上，且通過傳動件與所述驅動輪相連接。
6.根據權利要求1所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述旋轉裝置包括伺服電機和變速齒輪箱，所述伺服電機固定在該變速齒輪箱的頂部，且該伺服電機的驅動軸與所述變速齒輪箱的輸入軸相連接。
7.根據權利要求1所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述鋼帶輸送裝置包括模架、固定座、支架、鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪，所述模架垂直固定在所述固定座的一側，所述配合焊接孔設置在該模架的上部，所述支架設置在所述固定座的另一側，所述鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪間隔排列在所述支架上。
8.根據權利要求7所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，其還包括加油裝置，該加油裝置包括加油槽和與油管相連接的油嘴，所述加油槽位於所述鋼帶張緊調節機構和鋼帶導向輪之間的位置處，所述油嘴位於所述加油槽的正上方。
9.根據權利要求1或8所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，其還包括校正裝置，該校正裝置位置於鋼帶成型翅片模具的下方靠近所述鋼管夾頭的一側位置，該校正裝置包括一轉軸及多個間隔設置在該轉軸上的校正輪，相鄰兩校正輪之間的間隔等於或略大於所成型的翅片的厚度，所述校正輪的厚度等於或略中於所成型的翅片的節距。
10.根據權利要求1所述的數控螺旋翅片管雷射焊接成型設備，其特徵在於，所述的鋼管夾頭為三爪夾頭。
【文檔編號】B23K37/04GK204171539SQ201420527463
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】王傳禮 申請人:東莞市奧信雷射焊接設備有限公司