專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置及其埋弧自動(dòng)焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置及其埋弧自動(dòng)焊方法屬于非平
面空間焊接連接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置和埋弧自動(dòng)焊方法。
背景技術(shù)：
重型壓力容器主要包括核電機(jī)組中的壓力殼、大型煤制氣成套設(shè)備中煤液化反應(yīng) 器、大型乙烯裝置中的加氫反應(yīng)器、大型火力發(fā)電機(jī)組中的鍋爐汽包。 —臺(tái)壓力容器的筒體需要焊上幾個(gè)甚至幾十個(gè)接口管，焊縫為空間馬鞍形曲線(xiàn)， 但根據(jù)不同的坡口形式，需要多層多道連續(xù)焊接，這些焊縫往往成為產(chǎn)品制造的關(guān)鍵與瓶 頸。 目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠(chǎng)家采用手工焊接，僅少數(shù)廠(chǎng)家采用焊接專(zhuān)用機(jī)，但自動(dòng)化程度 不高，焊槍的馬鞍形運(yùn)動(dòng)靠機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)焊槍的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)偏心輪，通過(guò)偏心輪 轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)焊槍升降運(yùn)動(dòng)，焊接過(guò)程中需要人工調(diào)節(jié)偏心距，效率低，焊接質(zhì)量難以保證，而 且一旦發(fā)生焊接缺陷，由于大厚度、深坡口而非常難以修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)背景技術(shù)中接管與筒體的馬鞍形焊接中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種數(shù)控馬
鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置及其埋弧自動(dòng)焊方法，它能夠高質(zhì)量、高效的完成接管與筒體
馬鞍形窄坡口的焊接。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下 1、一種數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊接裝置，其特征在于，該自動(dòng)焊接裝置包 括 1)旋轉(zhuǎn)電機(jī)3設(shè)置在中心固定軸1 一側(cè)，機(jī)頭升降電機(jī)4固定在中心固定軸1另 一側(cè)，相對(duì)于橫臂5垂直設(shè)置的立柱9的下方固定著焊槍2，橫臂5上設(shè)有橫移電機(jī)7，還有 一焊槍升降電機(jī)8設(shè)置在立柱9上，送絲機(jī)6固定在立柱9的下方； 2)在多層多道連續(xù)焊接時(shí)，為防止設(shè)備與外部連接的輸電線(xiàn)和輸氣管纏繞，設(shè)有
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電、導(dǎo)氣裝置 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電裝置的結(jié)構(gòu)如下 在中心軸2-5上裝有絕緣套2-6，小導(dǎo)電環(huán)2-7固定在絕緣套2_6上，小導(dǎo)電環(huán)2_7 之間裝有絕緣環(huán)2-8，使之相互絕緣，外部進(jìn)來(lái)的控制導(dǎo)線(xiàn)2-9分別與小導(dǎo)電環(huán)2-7連接， 外部進(jìn)來(lái)的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)2-10與大導(dǎo)電環(huán)2-11連接；旋轉(zhuǎn)套2-12上裝有互相絕緣的碳刷 座2-13，小電刷2-14分別安裝在碳刷座2-13中，通過(guò)彈簧2-15壓緊在小導(dǎo)電環(huán)2_7上，引 出控制導(dǎo)線(xiàn)2-16與小碳刷2-14連接；大碳刷2-17也通過(guò)彈簧2-18壓緊在大導(dǎo)電環(huán)2_11 上，引出的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)2-19與大碳刷2-17連接；焊接時(shí)，中心軸2-5和小導(dǎo)電環(huán)2-7、大 導(dǎo)電環(huán)2-11固定不動(dòng)，小碳刷2-14和大碳刷2-17與裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接電流和控制電流 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出；
旋轉(zhuǎn)導(dǎo)氣裝置的結(jié)構(gòu)如下 導(dǎo)氣軸2-20安裝在中心軸2-5上，進(jìn)氣孔2-23設(shè)置在導(dǎo)氣軸2_20上；導(dǎo)氣套 2-21安裝在旋轉(zhuǎn)套2-22上，出氣孔2-24設(shè)置在導(dǎo)氣套2_21上；導(dǎo)氣套2_21加工出環(huán)形 導(dǎo)氣環(huán)2-26，其上下個(gè)有一個(gè)"0"形密封圈2-25，用于防止輸入的壓縮空氣外泄；
當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，中心軸2-5、進(jìn)氣孔2-23不動(dòng)，導(dǎo)氣套2_21和出氣孔2_24旋轉(zhuǎn)，壓 縮空氣旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出，通往控制箱，用于控制箱的空氣冷卻； 3)夾緊固定裝置11包括其上部的轉(zhuǎn)動(dòng)手輪12、一組傘齒輪11-1、絲母11-2、絲桿
11-3，絲桿11-3端頭設(shè)置的拉桿11-4、移動(dòng)環(huán)11-5以及三組連桿機(jī)構(gòu)11-6 ; 4)用于窄間隙單邊深坡口馬鞍形焊接的特殊的焊槍結(jié)構(gòu)，焊槍2截面尺寸為
25X8匪，窄處為8匪；該焊槍2由導(dǎo)電嘴2-1 ，焊槍桿2-2和導(dǎo)絲孔2-4組成，導(dǎo)電嘴2-1通
過(guò)四個(gè)電釘2-3與焊槍桿2-2連接；導(dǎo)電嘴2-1由鉻鋯銅合金制成，它具有良好的耐磨性。 2、利用上述的自動(dòng)焊裝置進(jìn)行數(shù)控馬鞍形窄坡 口埋弧自動(dòng)焊方法，其特征在于，
該自動(dòng)焊方法包括 1)旋轉(zhuǎn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副帶動(dòng)焊槍2圍繞中心固定軸1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a，同 時(shí)機(jī)頭升降電機(jī)4通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng)副帶動(dòng)橫臂5和立柱9做升降運(yùn)動(dòng)b，從而帶動(dòng)焊槍 2也做同樣的升降運(yùn)動(dòng)b; 上述兩種運(yùn)動(dòng)a和b依據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)進(jìn)行合成運(yùn)動(dòng)，該數(shù)學(xué)模型以接管 14的直徑d和筒體13的直徑D為參數(shù)；通過(guò)這種數(shù)控的合成運(yùn)動(dòng)，使焊槍2能準(zhǔn)確的完成 接管14與筒體13的窄坡口馬鞍形軌跡的焊接； 2)通過(guò)裝置控制箱10面板上人機(jī)界面，輸入坡口 15內(nèi)每一層焊接的焊道數(shù)量 (2 5道)、每一焊道的搭接量、焊接層數(shù)以及每一層焊道完成后焊槍(2)的提升高度；自 動(dòng)焊接時(shí)焊槍2首先從馬鞍形焊道的最低點(diǎn)起焊，焊完一周完成搭接后，焊槍2由內(nèi)向外 自動(dòng)平移一個(gè)位移，進(jìn)行同層上第二道焊接當(dāng)一層焊接完成后，焊槍2自動(dòng)提升一焊道高 度，在坡口 15內(nèi)由外向內(nèi)進(jìn)行第二層焊接，依次循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，直到完成規(guī)定的焊接層數(shù)；
3)夾緊定位裝置11用于將設(shè)備夾緊并定位安裝在接管14上，人工搖動(dòng)手輪12， 帶動(dòng)一組傘齒輪11-1轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絲母11-2，絲母11-2驅(qū)動(dòng)絲桿11-3升降，帶動(dòng)三組連 桿機(jī)構(gòu)11-6向外漲緊或向內(nèi)收縮，當(dāng)三組連桿機(jī)構(gòu)11-6漲緊在接管14內(nèi)壁后設(shè)備安裝完 成，并且焊槍2旋轉(zhuǎn)中心定位在接管14的中心上。 3、根據(jù)上述2所述的埋弧自動(dòng)焊方法，當(dāng)被焊的接管14和筒體13制備的尺寸不 準(zhǔn)確時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)或遙控器對(duì)焊槍2的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微調(diào)，橫移電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng) 副使焊槍2實(shí)現(xiàn)在橫臂5上的左右微調(diào)c，焊槍升降電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng)帶實(shí) 現(xiàn)焊槍2的上下微調(diào)d。 4、根據(jù)上述2所述的自動(dòng)焊方法，依據(jù)接管14與筒體13的外馬鞍形、內(nèi)馬鞍形以 及水平環(huán)形焊接不同的三種連接形式，設(shè)計(jì)三種不同的數(shù)控程序供選用，其中第一種和第 二種程序均為旋轉(zhuǎn)與升降運(yùn)動(dòng)合成的馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡，只是焊接的起始點(diǎn)位置不同，相差 90° ，而第三種只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有升降運(yùn)動(dòng)。 采用本發(fā)明提出的數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置及其自動(dòng)焊方法對(duì)接管和 筒體進(jìn)行焊接與背景技術(shù)中手工或自動(dòng)化程度不高的焊接方法相比明顯提高了生產(chǎn)效率， 并且能保證馬鞍形焊接的高質(zhì)量。


圖1本發(fā)明的數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置的示意圖；
圖2圖1的側(cè)視圖; 圖3焊槍的馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡合成示意圖； 圖4馬鞍形窄坡口焊道排列示意圖 圖5被焊的接管和筒體不同的連接形式的示意圖 圖6(a)焊槍旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6(b)焊槍旋轉(zhuǎn)導(dǎo)氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7接管的夾緊定位裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖8用于馬鞍形窄坡口焊接的焊槍的結(jié)構(gòu)圖。 圖l和圖2可以清楚地表示本發(fā)明的數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊裝置。中心固 定軸1的一側(cè)設(shè)置著旋轉(zhuǎn)電機(jī)3，機(jī)頭升降電機(jī)4安裝在中心固定軸1另一側(cè)，相對(duì)于橫臂 5垂直設(shè)置的立柱9的下方固定著焊槍2，橫臂5上設(shè)有橫移電機(jī)7，還有一焊槍升降電機(jī)8 設(shè)置在立柱9上，送絲機(jī)6固定在立柱9的下方。在裝置的下方還有接管14的夾緊定位裝 置11和轉(zhuǎn)動(dòng)手輪12。 再結(jié)合圖3能夠看出焊槍2馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡的圖合成，旋轉(zhuǎn)電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪 副帶動(dòng)焊槍2圍繞中心固定軸1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a，同時(shí)機(jī)頭升降電機(jī)4通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng) 副帶動(dòng)橫臂5和立柱9做升降運(yùn)動(dòng)b，從而帶動(dòng)焊槍2也做同樣的升降運(yùn)動(dòng)b。
上述的兩種運(yùn)動(dòng)，即焊槍2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a和升降運(yùn)動(dòng)b依據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí) 進(jìn)行合成運(yùn)動(dòng)，該數(shù)學(xué)模型以接管14的直徑d和筒體13的直徑D為參數(shù)，這樣通過(guò)數(shù)控使 焊槍2-1能準(zhǔn)確的完成接管14與筒體13間的窄坡口 15的馬鞍形焊接，圖3的曲線(xiàn)16就 表示出合成運(yùn)動(dòng)后焊槍2馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡。 當(dāng)被焊的接管14和筒體13制備的尺寸不準(zhǔn)確時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)或遙控器對(duì)焊槍2的 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微調(diào)，橫移電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)副焊槍2實(shí)現(xiàn)在橫臂5上的左右微調(diào) c，焊槍升降電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng)副實(shí)現(xiàn)焊槍2的上下微調(diào)d。
這樣，由于數(shù)控的焊接槍頭2-1的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)合成運(yùn)動(dòng)，再補(bǔ) 充焊槍頭2-1的上下左右的微調(diào)。其結(jié)果使得焊槍頭2-1能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)窄坡口的馬鞍形 運(yùn)動(dòng)軌跡，完成高質(zhì)量的焊接。 圖4示意的表示了坡口 15內(nèi)焊道排列的狀況。通過(guò)裝置控制箱10面板上人工界 面，輸入坡口 15內(nèi)如下的焊道參數(shù)每一層的焊道數(shù)、搭接量、焊接層數(shù)以及焊槍2每焊完 一層后的提升高度，數(shù)控自動(dòng)焊接時(shí)，上述焊道參數(shù)都可以自動(dòng)控制，焊槍頭2-1首先從馬 鞍形焊道的最低點(diǎn)起焊，焊完一周完成搭接后，焊槍2由內(nèi)向外自動(dòng)平移一個(gè)位移，進(jìn)行同 層上第二道焊接當(dāng)一層焊接完成后，焊槍2自動(dòng)提升一焊道高度，在坡口 15內(nèi)由外向內(nèi)進(jìn) 行第二層焊接，依次循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，直到實(shí)現(xiàn)規(guī)定的焊接層數(shù)，完成接管14與筒體13之間 的馬鞍形焊接。 從以上的說(shuō)明可以看出，本發(fā)明的裝置不僅能數(shù)控馬鞍形焊道的運(yùn)動(dòng)軌跡，而且 還可以數(shù)控坡口 15內(nèi)焊道的排列，實(shí)現(xiàn)多層多道連續(xù)焊接，因此能夠保證高精度、高質(zhì)量 的焊接。
由于接管14與筒體13的連接形式不同，如圖5所示，實(shí)際上兩者可以出現(xiàn)三種連 接方式，即如接管14在筒體13外部的外馬鞍形接頭(圖5 (1))，接管14在筒體13內(nèi)部的 內(nèi)馬鞍形接頭圖5(2)和接管14與筒體13平面部分連接的水平環(huán)形式接頭圖5(3)，對(duì)應(yīng) 不同的接管14與筒體13的接頭形式可以設(shè)計(jì)不同的數(shù)控程序以供選用，其中圖5(1)和圖 5(2)表示的接頭形式采用的數(shù)控程序均為馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡，只是焊接的起始位置不同，相 差90° ，而圖5(3)的數(shù)控程序相對(duì)簡(jiǎn)單，只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無(wú)升降運(yùn)動(dòng)。 為了防止在多層多道連續(xù)焊接時(shí)，設(shè)備與外部連接的輸電線(xiàn)和輸氣管纏繞，設(shè)備 設(shè)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電、導(dǎo)氣裝置。 圖6(a)是焊槍旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在中心軸2-5上裝有絕緣套2_6，小 導(dǎo)電環(huán)2-7固定在絕緣套2-6上，小導(dǎo)電環(huán)2-7之間裝有絕緣環(huán)2-8，使之相互絕緣，外部 進(jìn)來(lái)的控制導(dǎo)線(xiàn)2-9分別與小導(dǎo)電環(huán)2-7連接，外部進(jìn)來(lái)的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)2-10與大導(dǎo)電 環(huán)2-11連接；旋轉(zhuǎn)套2-12上裝有機(jī)電絕緣的碳刷座2-13，小電刷2-14分別安裝在碳刷座 2-13中，通過(guò)彈簧2-15壓緊在小導(dǎo)電環(huán)2-7上，引出控制導(dǎo)線(xiàn)2-16與小碳刷2_14連接； 大碳刷2-17也通過(guò)彈簧2-18壓緊在大導(dǎo)電環(huán)2-11上，引出的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)2-19與大碳 刷2-17連接。 焊接進(jìn)行時(shí)，中心軸2-5和小導(dǎo)電環(huán)2-7、大導(dǎo)電環(huán)2-11固定不動(dòng)，小碳刷2_14和 大碳刷2-17與裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣才能防止裝置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸送控制電流和焊接電流的輸電 線(xiàn)不纏繞。 圖6(b)是焊槍旋轉(zhuǎn)導(dǎo)氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。導(dǎo)氣軸2-20安裝在中心軸2-5上，進(jìn) 氣孔2-23設(shè)置在導(dǎo)氣軸2-20上；導(dǎo)氣套2-21安裝在旋轉(zhuǎn)套2-22上，出氣孔2-24設(shè)置在 導(dǎo)氣套2-21上；導(dǎo)氣套2-21加工出環(huán)形導(dǎo)氣環(huán)2-26，其上下個(gè)有一個(gè)"0"形密封圈2_25， 用于防止輸入的壓縮空氣外泄； 當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，中心軸2-5、進(jìn)氣孔2-23不動(dòng)，導(dǎo)氣套2_21和出氣孔2_24旋轉(zhuǎn)，壓 縮空氣旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出。 這樣輸入壓縮空氣的管線(xiàn)當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)也不會(huì)纏繞。 焊接時(shí)被焊工件要產(chǎn)予熱150°左右，為了防止安裝在裝置上的控制系統(tǒng)過(guò)熱，要 用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)入的壓縮空氣來(lái)冷卻。 圖8表示接管14的夾緊定位裝置的結(jié)構(gòu)圖。人工操縱轉(zhuǎn)動(dòng)手輪12，帶動(dòng)一組傘齒 輪11-1轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絲母11-2，絲母11-2驅(qū)動(dòng)絲桿11-3升降，絲桿11-3端部裝有拉桿 11-4，拉桿11-4推動(dòng)移動(dòng)環(huán)11-5，帶動(dòng)三組連桿機(jī)構(gòu)11-6通過(guò)定位桿11-7向外漲緊或向 內(nèi)收縮，當(dāng)三組連桿機(jī)構(gòu)11-6漲緊在接管14內(nèi)壁后設(shè)備安裝完成，并且焊槍頭2-1旋轉(zhuǎn)中 心定位在接管14的中心上。 圖8(a)表示用于馬鞍形窄坡口焊接的焊槍結(jié)構(gòu)圖。焊槍2為了適應(yīng)馬鞍形窄坡 口焊接，采用一種特殊的結(jié)構(gòu)，焊槍2截面尺寸為25X8匪，窄處為8匪，該焊槍2由導(dǎo)電嘴 2-l、焊槍桿2-2和導(dǎo)絲孔2-4組成，導(dǎo)電嘴2-1通過(guò)螺釘2-3與焊槍桿2_2連接，導(dǎo)電嘴 2-1由鉻鋯銅合金制成，它具有良好的耐磨性能。
圖8(b)為圖8(a)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
將整個(gè)焊接裝置吊運(yùn)到被焊接管14和筒體13的上方，夾緊定位裝置11落入接管 14內(nèi)孔，搖動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪12，夾緊定位裝置11夾緊接管14并將焊槍2的旋轉(zhuǎn)中心定位在接 管14的中心上。通過(guò)裝置控制箱10面板上人機(jī)界面，輸入被焊接的接管14的直徑d和筒 體13的直徑D以及焊接厚度、焊接層數(shù)、搭接量、每層焊道數(shù)等控制參數(shù)，再通過(guò)焊接控制 箱輸入焊接電流、焊接電壓等工藝參數(shù)，完成參數(shù)的設(shè)置環(huán)節(jié)。 按下控制面板10的啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)焊開(kāi)始，焊槍頭2-1由旋轉(zhuǎn)電機(jī)3和機(jī)頭升降 電機(jī)4驅(qū)動(dòng)，完成數(shù)控實(shí)時(shí)合成的馬鞍形焊接運(yùn)動(dòng)軌跡。焊接時(shí)，當(dāng)接管14和筒體13制備 的尺寸不準(zhǔn)確時(shí)，可利用遙控器通過(guò)橫移電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)和焊槍升降電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊槍頭 2-1運(yùn)動(dòng)軌跡上下左右微調(diào)。 在坡口 15內(nèi)，第一層焊道排列由內(nèi)向外，焊槍頭2-1每旋轉(zhuǎn)一周并搭接一段距離 后，向外側(cè)移動(dòng)一個(gè)焊道寬度，進(jìn)行同層上第二道焊接，完成一層焊道焊接后，焊槍頭2-1 自動(dòng)提高一個(gè)焊道厚度，再反方向由外向內(nèi)排列焊道，進(jìn)行第二層焊接，如此循環(huán)往復(fù)，完 成設(shè)定的焊接層數(shù)后，整個(gè)坡口 15的焊接完成。這些焊接程序也是微機(jī)自動(dòng)控制完成。
本申請(qǐng)的裝置及其方法實(shí)現(xiàn)各類(lèi)重型壓力容器接管與筒體馬鞍形焊接的主要技 術(shù)參數(shù)如下 接管的直徑范圍500-2000mm
接管的高度《800mm
筒體厚度《300mm
馬鞍形最大落差量《300mm
焊槍長(zhǎng)度450mm
焊槍最大擺角±4°
焊接電源額定電流1000A
焊接電源額定電壓44V
焊接速度300 500mm/min
焊絲直徑3. 2 4. Omm
坡口底部徑向最小尺寸24mm
燃弧方式短路引弧 本申請(qǐng)的裝置和方法能夠滿(mǎn)足各類(lèi)壓力容器接口管焊接的工藝要求。
權(quán)利要求
一種數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊接裝置，其特征在于，該自動(dòng)焊接裝置包括1)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)設(shè)置在中心固定軸(1)一側(cè)，機(jī)頭升降電機(jī)(4)固定在中心固定軸(1)另一側(cè)，相對(duì)于橫臂(5)垂直設(shè)置的立柱(9)的下方固定著焊槍(2)，橫臂(5)上設(shè)有橫移電機(jī)(7)，還有一焊槍升降電機(jī)(8)也設(shè)置在立柱(9)上，送絲機(jī)(6)固定在立柱(9)的下方；2)為防止在多層多道連續(xù)焊接時(shí)，設(shè)備與外部連接的輸電線(xiàn)和輸氣管纏繞，設(shè)備設(shè)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電、導(dǎo)氣裝置旋轉(zhuǎn)導(dǎo)電裝置的結(jié)構(gòu)如下在中心軸(2-5)上裝有絕緣套(2-6)，小導(dǎo)電環(huán)(2-7)固定在絕緣套(2-6)上，小導(dǎo)電環(huán)(2-7)之間裝有絕緣環(huán)(2-8)，使之相互絕緣，外部進(jìn)來(lái)的控制導(dǎo)線(xiàn)(2-9)分別與小導(dǎo)電環(huán)(2-7)連接，外部進(jìn)來(lái)的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)(2-10)與大導(dǎo)電環(huán)(2-11)連接；旋轉(zhuǎn)套(2-12)上裝有互相絕緣的碳刷座(2-13)，小電刷(2-14)分別安裝在碳刷座(2-13)中，通過(guò)彈簧(2-15)壓緊在小導(dǎo)電環(huán)(2-7)上，引出控制導(dǎo)線(xiàn)(2-16)與小碳刷(2-14)連接；大碳刷(2-17)也通過(guò)彈簧(2-18)壓緊在大導(dǎo)電環(huán)(2-11)上，引出的焊接電流導(dǎo)線(xiàn)(2-19)與大碳刷(2-17)連接；焊接時(shí)，中心軸(2-5)和小導(dǎo)電環(huán)(2-7)、大導(dǎo)電環(huán)(2-11)固定不動(dòng)，小碳刷(2-14)和大碳刷(2-17)與裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，焊接電流和控制電流旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)氣裝置的結(jié)構(gòu)如下導(dǎo)氣軸(2-20)安裝在中心軸(2-5)上，進(jìn)氣孔(2-23)設(shè)置在導(dǎo)氣軸(2-20)上；導(dǎo)氣套(2-21)安裝在旋轉(zhuǎn)套(2-22)上，出氣孔(2-24)設(shè)置在導(dǎo)氣套(2-21)上；導(dǎo)氣套(2-21)加工出環(huán)形導(dǎo)氣環(huán)(2-26)，其上下各有一個(gè)“O”形密封圈(2-25)，用于防止輸入的壓縮空氣外泄；當(dāng)裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，中心軸(2-5)、進(jìn)氣孔(2-23)不動(dòng)，導(dǎo)氣套(2-21)和出氣孔(2-24)旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣旋轉(zhuǎn)導(dǎo)出；3)設(shè)備的夾緊定位裝置(11)包括其上部的轉(zhuǎn)動(dòng)手輪(12)、一組傘齒輪(11-1)、絲母(11-2)、絲桿(11-3)，絲桿(11-3)端頭設(shè)置的拉桿(11-4)、移動(dòng)環(huán)(11-5)以及三組連桿機(jī)構(gòu)(11-6)；4)用于單邊窄坡口馬鞍形埋弧自動(dòng)焊接的特殊焊槍結(jié)構(gòu)，焊槍(2)截面尺寸為25×8MM，窄處為8MM；該焊槍(2)由導(dǎo)電嘴(2-1)、焊槍桿(2-2)和導(dǎo)絲孔(2-4)組成，導(dǎo)電嘴(2-1)通過(guò)四個(gè)螺釘(2-3)與焊槍桿(2-2)連接；導(dǎo)電嘴(2-1)由鉻鋯銅合金制成，它具有良好的耐磨性。
2. 利用權(quán)利要求1所述的自動(dòng)焊裝置進(jìn)行數(shù)控馬鞍形窄坡口埋弧自動(dòng)焊方法，其特征 在于，該自動(dòng)焊方法包括1) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪副帶動(dòng)焊槍(2)圍繞中心固定軸(1)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a， 同時(shí)機(jī)頭升降電機(jī)(4)通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng)副帶動(dòng)橫臂(5)和立柱(9)做升降運(yùn)動(dòng)b，從而 帶動(dòng)焊槍(2)也做同樣的升降運(yùn)動(dòng)b ;上述兩種運(yùn)動(dòng)a和b依據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)進(jìn)行合成運(yùn)動(dòng)，該數(shù)學(xué)模型以接管(14) 的直徑d和筒體(13)的直徑D為參數(shù)；通過(guò)這種數(shù)控的合成運(yùn)動(dòng)，使焊槍(2)能準(zhǔn)確的完 成接管(14)與筒體(13)的窄坡口馬鞍形軌跡的焊接；2) 通過(guò)裝置控制箱(10)面板上人機(jī)界面，輸入坡口 (15)內(nèi)每一層焊接的焊道數(shù)量、每一焊道的搭接量、焊接層數(shù)以及每一層焊道完成后焊槍(2)的提升高度；自動(dòng)焊接時(shí)焊槍 (2)首先從馬鞍形焊道的最低點(diǎn)起焊，焊完一周完成搭接后，焊槍(2)由內(nèi)向外自動(dòng)平移一 個(gè)位移，進(jìn)行同層上第二道焊接當(dāng)一層焊接完成后，焊槍(2)自動(dòng)提升一焊道高度，在坡 口 (15)內(nèi)由外向內(nèi)進(jìn)行第二層焊接，依次循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，直到完成規(guī)定的焊接層數(shù)；3)夾緊定位裝置(11)用于將設(shè)備夾緊并定位安裝在接管(14)上，人工搖動(dòng)手輪 (12)，帶動(dòng)一組傘齒輪(11-1)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絲母(11-2)，絲母(11-2)驅(qū)動(dòng)絲桿(11-3) 升降，帶動(dòng)三組連桿機(jī)構(gòu)(11-6)向外漲緊或向內(nèi)收縮，當(dāng)三組連桿機(jī)構(gòu)(11-6)漲緊在接管 (14)內(nèi)壁后設(shè)備安裝完成，并且焊槍(2)的旋轉(zhuǎn)中心定位在接管(14)的中心上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的埋弧自動(dòng)焊方法，其特征在于，當(dāng)被焊的接管(14)和筒體(13)制備的尺寸不準(zhǔn)確時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)或遙控器對(duì)焊槍(2) 的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微調(diào)，橫移電機(jī)(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)齒輪、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)副焊槍(2)實(shí)現(xiàn)在橫臂(5)上 的左右微調(diào)c，焊槍升降電機(jī)(8)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲桿、絲母?jìng)鲃?dòng)付實(shí)現(xiàn)焊槍(2)的上下微調(diào) d。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的埋弧自動(dòng)焊方法，其特征在于，依據(jù)接管(14)與筒體(13)的外馬鞍形、內(nèi)馬鞍形以及水平環(huán)形焊接不同的三種連接 形式，設(shè)計(jì)三種不同的數(shù)控程序供選用，其中第一種和第二種程序均為旋轉(zhuǎn)與升降運(yùn)動(dòng)合 成的馬鞍形運(yùn)動(dòng)軌跡，只是焊接的起始點(diǎn)位置不同，相差90。，而第三種只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi) 有升降運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提出的數(shù)控馬鞍形埋弧自動(dòng)焊接裝置及其埋弧自動(dòng)焊接方法屬于非平面自動(dòng)焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決背景技術(shù)焊接重型壓力容器中焊接存在生產(chǎn)效率低、焊接質(zhì)量不易保證的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的自動(dòng)焊接裝置及其焊接方法主要包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)焊槍(2)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)a，同時(shí)機(jī)頭升降電機(jī)(4)使焊槍(2)做升降運(yùn)動(dòng)b，上述兩種運(yùn)動(dòng)a和b以一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行合成運(yùn)動(dòng)，通過(guò)該數(shù)控的合成運(yùn)動(dòng)，焊槍頭(2-1)能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)窄坡口馬鞍形軌跡的焊接。同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)窄坡口內(nèi)每一層焊道數(shù)、搭接量、焊接層數(shù)、焊道厚度的數(shù)控。本發(fā)明主要用于重型壓力容器中接管與筒體間的窄坡口馬鞍形焊接。
文檔編號(hào)B23K9/235GK101780590SQ20091007707
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者于丹, 孟兆林, 楊克非, 王景洲, 王鍇 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所