CN100475428C - 大弯头定位装置及其卡板的加工方法 - Google Patents

Abstract

大弯头定位装置及其卡板的加工方法，其中大弯头定位装置，包括底板和若干块卡板，卡板与底板固定连接，卡板包括底部、左翼、右翼，整体呈V字形，左翼与右翼对称，卡板两翼内侧任意对称点之间规定的圆与卡装于此两点的大弯头的横截面重合。卡板的加工方法，采用在钢板上划线、切割的方法生产出卡板。采用该方法生产的卡板具有自动定心和自动对中焊缝的功能，将工件的凹形焊缝焊点的运动轨迹变为轨迹圆，解决了大弯头自动焊接的定位难题。该方法为生产该大弯头定位装置卡板提供了简单易行的生产方法，生产的卡板结构简单，生产成本低。

Description

大弯头定位装置及其卡板的加工方法

技术领域

本发明涉及一种自动焊接设备，特别是一种用于大口径弯头自动焊接设备的定位装置及其卡板的加工方法。

背景技术

目前，我国的大弯头焊缝焊接采用手工焊接。所说的大弯头是应用于输油、输气、输送煤浆等高压管道中的大口径高压钢管连接件，管径在630mm以上，这些管道通常要承受100MPa以上的高压。如图1所示，大弯头由模压成型、上下对称的两个半弯头焊接加工而成，有四条焊缝，分别为纵向拱形焊缝AA’弧、CC’弧和纵向凹形焊缝BB’弧、DD’弧，这四段纵向弧形焊缝是四个同心圆的四段等角度弧线，其圆心为0，通常以角AOA’的角度来命名弯头，如角AOA’为30度，则称该弯头为30度弯头。常见的弯头有30度、45度、60度、90度、120度、150度和180度弯头。

由于大弯头体积大，重量大，焊接质量要求高，现有的手工焊接技术很难达到连续均匀高质量的焊缝要求，而且手工焊接劳动强度大，效率低，尤其是管件内部的焊接劳动环境恶劣，损坏工人的身体健康，因此，采用自动焊接技术加工高压管道中的大弯头成为焊接技术领域迫切需要解决的技术问题，而如何定位大弯头，使其产生的运动轨迹是适合自动焊接的轨迹，是该技术的难点。

在自动焊接技术领域，现有的技术包括平缝自动焊、环缝自动焊等，如中国专利CN2595510“压路机振动轮辐板环焊缝自动焊接系统”，介绍了一种环焊缝的自动焊接技术；中国专利CN2552628“管道预制自动焊接机”，采用管子转动的环焊缝自动焊接技术。此处的环缝，如图2所示，在与钢管轴线垂直的横截面对接形成；本发明所说的凹形焊缝BB’弧、DD’弧，是由模压成型的两个半弯头片件纵向对接形成的，参见图1。两者是不同的焊缝，大弯头的纵向凹形焊缝无法像环缝焊接一样绕工件自身轴线的旋转形成环状的运动轨迹，给自动焊接带来极大的困难。目前尚未发现对大弯头的纵向凹形缝进行自动焊接的定位卡板装置及加工该装置的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种大弯头定位装置及其加工方法。

大弯头定位装置，包括底板和若干块卡板，卡板与底板固定连接，其中卡板包括底部、左翼、右翼，整体呈V字形，左翼与右翼对称，卡板两翼内侧任意对称点之间规定的圆与卡装于此两点的大弯头的横截面重合。

所述的卡板左翼与右翼从靠近底部处往上依次包括小圆弧、两圆的切面、大圆弧和挡部。

所述的小圆弧下部有一个凹槽。

所述的卡板是通过如下方法制作而成的：

(1)如图4所示，取奇数块足够大的钢板，等距离竖直平行摆放，在正中间板上取点O’，使OO’＝3D₁，其中，点O为自动焊接设备主轴的圆心，D₁为设定的最小加工件大弯头的直径长度。以O’为圆心2D₁为半径作圆，与各钢板依次交于点O₀₀、O₀₁、O₀₂……，在各钢板的过O₀₀、O₀₁、O₀₂……各作一条水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂O₀₂’……，将各钢板沿水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……对齐水平叠置，如图5所示；

(2)如图6所示，在上述叠置的钢板水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……上取中点O₀，过O₀作O₀₆O₀₆’的垂线Y O₀，在Y O₀上取点O₁、O₂，使O₀O₁＝r₁；O₂ O₀＝3r₂-a，其中，r₁为设定的最小加工件大弯头的半径长度，r₂为设定的最大加工件大弯头的半径长度，a为主轴轴心到平板上表面的距离；

(3)分别以O₁为圆心、r₁为半径，O₂为圆心、r₂为半径，做出两个圆，在两圆的左侧做它们的外公切线HI，在两圆的右侧做其外公切线H’I’，分别与圆O₁交于H、H’点，与O₂交于I、I’点；

(4)过O₂做YY’的垂线JJ’，与圆O₂交于J、J’，分别过J、J’点做JJ’的垂线JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、J’K’适当的高度；

(5)连接K、K’并延长，在K、K’点外侧分别取点L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’适当的长度；

(6)在底边Y’的两侧，取点M、点M’，使Y’M＝Y’M’，取Y’M、Y’M’适当的长度；

(7)沿上述线段和圆弧线顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对成的多边形卡板，其中HH’为小圆O₁的圆弧、JI和I’J’为大圆O₂的圆弧；

也可以在步骤(7)后继续进行如下步骤：

(8)在圆弧HH’上，在O₁点的正下方开一个小槽NPP’N’；

(9)沿上述步骤划出的线段顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对称的多边形卡板。

将卡板固定到与主轴固定连接的平板上，大弯头定位装置优选的卡板的数量为3到7块。

本发明提供的大弯头定位装置及其卡板加工方法，该卡板可将被加工件大弯头自动定心和自动对中焊缝，使工件大弯头的纵向凹形焊缝焊点的运动轨迹形成轨迹圆，为大弯头的自动焊接提供了合适的定位装置，突破了大弯头纵向焊缝无法自动焊接的难题。而且该卡板结构简单，生产成本低。该方法为生产该卡板提供了简单易行的生产方法。

附图说明

下面结合附图，对本发明作进一步的描述。

图1是大弯头结构示意图

图2是环缝结构示意图

图3是大弯头定位装置结构示意图

图4是卡板位置示意图

图5是钢板叠放结构示意图

图6是钢板划线示意图

图7是卡板的结构示意图

具体实施方式

大弯头定位装置，如图3所示，包括若干块固定在平板14上的卡板20，大弯头定位装置具有自动定心和焊缝对中的功能，卡板结构，如图7所示，包括底部、左翼、右翼，整体呈V字形，左翼与右翼对称，卡板两翼任意对称点之间规定的圆与卡装于此两点的大弯头的横截面重合，如图1所示，大弯头的横截面即圆Q。从靠近底部处往上依次包括小圆弧、两圆的切面、大圆弧和挡部，小圆弧下部有一个凹槽。大弯头定位装置卡板通过如下方法加工而成：

(1)如图4所示，取奇数块足够大的钢板，等距离竖直平行摆放，在正中间板上取点O’，使OO’＝3D₁，其中，点O为自动焊接设备主轴的圆心，D₁为设定的最小加工件大弯头的直径长度，以O’为圆心2D₁为半径作圆，与各钢板依次交于点O₀₀、O₀₁、O₀₂……，在各钢板的过O₀₀、O₀₁、O₀₂……各作一条水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂O₀₂’……，将各钢板沿水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……对齐水平叠置，如图5所示；

(2)如图6所示，在上述叠置的钢板水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……上取中点O₀，过O₀作O₀₆O₀₆’的垂线Y O₀，垂线Y O₀与底边交于Y’点，在Y O₀上取点O₁、O₂，使O₀O₁＝r₁；O₂ O₀＝3r₂-a，其中，r₁为设定的最小加工件大弯头的半径长度，r₂为设定的最大加工件大弯头的半径长度，a为主轴轴心到平板上表面的距离；

如图1所示，大弯头的中心圆弧线QQ’位于大弯头所在圆环的中心线位置，发明人发现，只要保证大弯头的横截面中心Q或Q’绕主轴转动，即可保证纵向凹形焊缝BB’弧、DD’弧上的焊点形成一个轨迹圆，从而将纵向凹形焊缝焊点轨迹变成了圆弧形，只要将焊机头也沿此轨迹圆与焊点等速运动，即可实现纵向凹形焊缝的自动焊接。发明人所说的外凹形焊缝的轨迹圆的直径是大弯头管径的6倍，各种规格弯头轨迹圆不同心，但在同一条直线上，动力装置主轴中心到外凹形焊缝焊点轨迹圆圆心的距离与管径相等；内凹形焊缝的轨迹圆的直径也是大弯头管径的6倍，各种规格弯头轨迹圆不同心，但在同一条直线上，不同的是，动力装置主轴中心到内凹形焊缝焊点轨迹圆圆心的距离是工件管径的两倍。

(3)分别以O₁为圆心、r₁为半径，O₂为圆心、r₂为半径，做出两个圆，在两圆的左侧做它们的外公切线HI，在两圆的右侧做其外公切线H’I’，分别与圆O₁交于H、H’点，与O₂交于I、I’点；

(4)过O₂做Y O₀的垂线JJ’，与圆O₂交于J、J’，分别过J、J’点做JJ’的垂线JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、J’K’适当的高度；

(5)连接K、K’并延长，在K、K’点外侧分别取点L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’适当的长度；

(6)在底边Y’的两侧，取点M、点M’，使Y’M＝Y’M’，取Y’M、Y’M’适当的长度；

(7)沿上述线段和圆弧线顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对成的多边形卡板，其中HH’为小圆O₁的圆弧、JI和I’J’为大圆O₂的圆弧；

也可以在步骤(7)后继续进行如下步骤：

(8)在圆弧HH’上，在O₁点的正下方开一个小槽NPP’N’，用于在大弯头纵缝外加装衬垫，防止焊穿，或者实施背面成形焊；

(9)沿上述步骤划出的线段顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对称的多边形卡板。

将上述方法制作的7块卡板按照图4所示的顺序，等间距排列焊接到主轴上的平板上。

通过这种方法制作出来的定位装置具有自动定心和自动对中焊缝的功能。所谓自动定心是指将大弯头卡装到三块以上卡板上时，保证其横截面中心线在以主轴中心为圆心的圆上，使定位系统转动时纵向凹形焊缝上的焊点转动路线形成轨迹圆，便于操作机头进行焊接。所谓自动对中焊缝是指将大弯头卡装到三块以上卡板上时，由于三个卡板在通一个圆弧位置与大弯头接触，接触的三点在同一各圆弧线上，根据不在同一条直线上的三点确定一个面，故被加工件大弯头被卡住后位置保持不动，焊缝恰好在正中间，保证了焊缝的自动对中。

将工件大弯头卡入定位卡板，将大弯头点焊在卡板上辅助定位后，工件即可被牢牢固定，完成焊接后再磨开。

启动自动焊接设备，主轴转动，大弯头定位卡板转动，大弯头的纵向凹形焊缝焊点绕其轨迹圆运动，从而将凹形焊缝变为了圆弧形焊缝，将焊机同步转动于焊缝之上即可实现凹形焊缝的自动焊接。

Claims (5)

1、大弯头定位装置，其特征在于，包括底板和若干块卡板，卡板与底板固定连接，卡板包括底部、左翼、右翼，整体呈V字形，左翼与右翼对称，卡板两翼内侧任意对称点之间规定的圆与卡装于此两点的大弯头的横截面重合。

2、如权利要求1所述的大弯头定位装置，其特征在于，卡板左翼与右翼从靠近底部处往上依次包括小圆弧、两圆的切面、大圆弧和挡部。

3、如权利要求2所述的大弯头定位装置，其特征在于，卡板小圆弧下部有一个凹槽。

4、生产权利要求1所述的大弯头定位装置的卡板的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)取奇数块足够大的钢板，等距离竖直平行摆放，在正中间板上取点O’，使OO’＝3D₁，其中，点O为自动焊接设备主轴的圆心，D₁为设定的最小加工件大弯头的直径长度，以O’为圆心2D₁为半径作圆，与各钢板依次交于点O₀₀、O₀₁、O₀₂……，在各钢板的过O₀₀、O₀₁、O₀₂……各作一条水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁ O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……，将各钢板沿水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁ O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……对齐水平叠置；

(2)在上述叠置的钢板水平线O₀₀ O₀₀’、O₀₁ O₀₁’、O₀₂ O₀₂’……上取中点O₀，过O₀作O₀₆ O₀₆’的垂线Y O₀，垂线Y O₀与底边交于Y’点，在Y O₀上取点O₁、O₂，使O₀ O₁＝r₁；O₂ O₀＝3r₂-a，其中，r₁为设定的最小加工件大弯头的半径长度，r₂为设定的最大加工件大弯头的半径长度，a为主轴轴心到底板上表面的距离；

(3)分别以O₁为圆心、r₁为半径，O₂为圆心、r₂为半径，做出两个圆，在两圆的左侧做它们的外公切线HI，在两圆的右侧做其外公切线H’I’，分别与圆O₁交于H、H’点，与圆O₂交于I、I’点；

(4)过O₂做Y O₀的垂线JJ’，与圆O₂交于J、J’，分别过J、J’点做JJ’的垂线JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、  J’K’适当的高度；

(5)连接K、K’并延长，在K、K’点外侧分别取点L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’适当的长度；

(6)在底边Y’的两侧，取点M、点M’，使Y’M＝Y’  M’，取Y’M、Y’M’适当的长度；

(7)沿上述线段和圆弧线顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对称的多边形卡板，其中HH’为小圆O₁的圆弧、JI和I’J’为大圆O₂的圆弧。

5、如权利要求4所述的大弯头定位装置的卡板的加工方法，其特征在于，在步骤(7)后增加如下步骤：

(8)在圆弧HH’上，在O₁点的正下方开一个小槽NPP’N’；

(9)沿上述步骤划出的线段顺次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M点组成的左右对称的多边形卡板。

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