CN101780582B - 90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置及其自动堆焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置及其自动堆焊方法属于自动堆焊技术领域。它为解决背景技术中重型压力容器中90°弯管内壁耐蚀层堆焊周期长、堆焊质量不易保证的技术问题。本发明的自动堆焊装置和自动堆焊方法主要包括：通过转角电机(12-3)转动和三维导轨(14)的位移，完成焊枪头(12-1)的转角和位移，翻转电机(5)的转动使90°弯管(1)转动，摆动电机(8)的摆动使焊枪头(12-1)进行一定速度的堆焊，以上各因素使得90°弯管(1)内壁实现高效、高质量堆焊。本发明主要用于工作环境为高温、高压且通过腐蚀介质的重型压力容器中的90°弯管内壁的耐蚀层的堆焊。
Description
技术领域
本发明提出的90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置及其自动堆焊方法，属于自动堆焊技术领域，特别涉及到用于压力容器中的90°弯管内壁耐蚀层的自动堆焊装置及其自动堆焊方法。
背景技术
对于工作环境处于高温、高压且通有腐蚀介质的重型压力容器，如核电机组中的压力壳、乙烯装置中的加氢反应器、大型煤制气装置中的液化炉和汽化炉等，容器的内壁需要堆焊耐蚀层，其中进料管、池料管上的90°弯管内壁的自动堆焊一直是生产制造中的难题。
哈尔滨焊接研究所已开发出30°弯管内壁自动堆焊机，并在生产中应用，这种堆焊采用工件旋转加变位，圆周焊道螺旋排列，这种堆焊不能实现90°弯管内壁整体堆焊，只能将90°分三段，分别对三段管堆焊后，再组焊成90°弯管，这种90°弯管的堆焊方法生产周期长，堆焊和焊接质量不容易保证。
发明内容
为克服上述背景技术中90°弯管内壁耐蚀层堆焊技术的不足，本发明提出一种用于90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置和90°弯管内壁耐蚀层堆焊方法，从而能高质量的完成90°弯管内壁耐蚀层的堆焊，并且明显缩短生产周期。
本发明的技术方案如下：
1、一种90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置，其特征在于：
·底座2上装有左床头箱3和右床头箱4，左床头箱3内设有翻转电机5，横梁6固定在上述左床头箱3与右床头箱4之间，转盘7连接在横梁6上，横梁6上设有摆动电机8；
·三组开合夹具9、10、11由固定在转盘7上的三个向心配置的夹具滑座9-1、10-1、11-1、固定件9-2、10-2、11-2、转轴9-3、10-3、11-3、活动件9-4、10-4、11-4和锁紧螺杆9-5、10-5、11-5组成；
·90°弯管焊枪12由焊枪头12-1、输送管12-2、转角电机12-3、齿轮12-4和轴承12-5组成，在输送管12-2的后端部还设有水管12-6、进丝孔12-7和进气孔12-8；焊枪12通过连接法兰13固定在三维导轨14上，而三维导轨14与横梁6相连接。
2、利用上述自动堆焊装置的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于：
·通过转角电机12-3转动和借助在三维导轨14的移位，实现焊枪头12-1的转角和 位移，以保证90°弯管1内壁每一点的高质量的堆焊；
·由于翻转电机5转动，使固定在转盘7上的90°弯管1随之翻转，以实现90°弯管1内壁一道道纵向焊道顺序堆焊；
·摆动电机8摆动，使固定在转盘7上的90°弯管1往复摆动，以实现90°弯管1内壁每一纵向焊道从头至尾堆焊。
3、根据上述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
由于翻转电机5转动而产生的在转盘7上90°弯管1转动角度大小取决于设计要求的堆焊焊道的宽度。
4、根据上述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
由摆动电机8转动所形成的在转盘7上90°弯管1的摆动速度是设计要求的焊道堆焊的速度。
5、根据上述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
以90°弯管1内径d和曲率半径R为参数的数学模型，在综合考虑翻转电机5的转动角度，摆动电机8的摆动速度以及焊枪头12-1的转角和位移，采用数字控制技术进行堆焊。
6、根据上述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
根据90°弯管1不同的内径d和曲率半径R，首先使三个开合夹具9、10、11在三个夹具滑座9-1、10-1、11-1上滑动，以调整到合适尺寸，其后将三个活动件9-4、10-4、11-4绕转轴9-3、10-3、11-3翻转与固定件9-2、10-2、11-2闭合扣住90°弯管1，插入并拧紧锁紧螺杆9-5、10-5、11-5，使90°弯管1牢固安装在转盘7上，反之要卸下90°弯管1时，松开并提出锁紧螺杆9-5、10-5、11-5，反向转动松开活动件9-4、10-4、11-4即可。
附图说明
图1 90°弯管内壁堆焊耐蚀层的示意图；
图2 堆焊90°弯管内壁耐蚀层的自动堆焊堆焊装置主要部件的示意图；
图3 堆焊装置中弯曲的焊枪的外形图；
图4 图3的A-A放大剖视图，表示弯曲的焊枪前部结构；
图5 图3的B-B剖面图，表示弯曲的焊枪后部结构；
图6 三组开合夹具的布置示意图；
图7 三组开合夹具结构和锁紧工件的示意图；
图8 堆焊方法和堆焊过程的示意图；
图9 焊枪头转角过程的示意图；
图10 焊枪头的转动中心位移的示意图；
图1为内壁为耐蚀层的90°弯管1的示意图，图的上部为堆有耐蚀层的90°弯管1的外形图，图的下部为90°弯管1的剖视图，弯管内壁为纵向排列的耐蚀层堆焊层。
图2表示用90°弯管1内壁耐蚀层堆焊的自动堆焊装置的主要部件。在该两图中，1为90°弯管，2为底座，3为左床头箱，4为右床头箱，左床头箱3内设置一翻转电机5，一横梁6固定在上述左床头箱3与右床头箱4之间，转盘7连接在横梁6上，横梁6设有摆动电机8，12为焊枪。结合图5，弯曲的焊枪12通过连接法兰13固定在三维导轨14上。
图3、图4和图5表示弯曲的焊枪12的组成，其中图4是图3的前部结构的A-A放大剖面图，图5是图3后部结构B-B的剖面图。焊枪12由前部结构、输送管12-2和后部结构组成，前部结构由焊枪头12-1、转角电机12-3、齿轮12-4和轴承12-5构成，后部结构设有冷却水管12-6、进丝孔12-7和进气孔12-8。
图6和图7表示三组开合夹具9、10、11的布置、结构和固定住90°弯管1的示意图。通过固定在转盘7上的三个夹具滑座9-1、10-1、11-1的滑动，依据90°弯管1的内径d和曲率半径R并参照标尺9-6、10-6、11-6使三个夹具9、10、11调节到合适的位置，首先将活动件9-4绕轴9-3翻转与固定件9-2闭合，插入并拧紧锁紧螺杆9-5，使90°弯管1牢固安装在转盘7上，反之要卸下90°弯管1时，松开并抽出锁紧螺杆9-5，反向转动打开活动件9-4即可。
通过图8说明本申请的利用埋弧自动焊装置进行90°弯管1的堆焊方法和堆焊过程。
如图8(a)所示，90°弯管1由开合夹具9固定在转盘7上，翻转电机5转动，借助连接在横梁6上的转盘7而使90°弯管1相应转动，90°弯管1的转动角度取决设计要求的堆焊焊道宽度，翻转电机5的转动保证一道道纵向焊道顺序排列。
当摆动电机8转动时，焊枪头12-1开始在90°弯管1内部摆动堆焊，摆动电机8的摆动速度就是焊枪头12-1的堆焊速度，当一纵向焊道堆焊完时，堆焊过程停止，焊枪头12-1摆回原来的出发点，待摆动电机8再次摆动，开始第二道的堆焊过程。这样循环往复进行，最终完成90°弯管1全部内壁的耐蚀层堆焊。
图8(a)表示在90°弯管1内焊枪头12-1开始堆焊第一道的状态，堆焊开始，焊枪头12-1处于0°的位置，翻转电机5转动，使90°弯管1转动一焊道宽度，堆 焊进行到下焊道位置焊枪头12-1沿焊枪转动中心运动轨迹运动，这样周而复始，连续进行堆焊，堆焊进行到90°位置。图8(b)则表示堆焊连续进行到焊枪头12-1在90°位置，完成90°的堆焊焊道，类似的堆焊往复循环，一直到90°弯管1内壁整个表面堆焊完。
下面通过焊枪头12-1的转角和位移进一步说明本申请的堆焊方法。
图9表示焊枪头12-1的转角过程，图9(1)表示焊枪头12-1在水平位置堆焊第一焊道的状况，此时焊枪头12-1处于转到中心运动轨迹的A点，堆焊完第一焊道后，90°弯管1与三组开合夹具9、10、11一起联同转盘7翻转一角度a，此时焊枪头12-1向下转角指向第二焊道，即图9(2)所示的状况，依次类推，90°弯管1连续向上翻转至45°，焊枪头12-1页转角至45°，这就是图9(3)所示的状况，焊枪头12-1处于转动中心运动轨迹的B点，焊枪头12-1进行第八焊道堆焊。
图10表示焊枪头12-1转动中心位移的状况，焊枪12鹅颈长度是一定的，而90°弯管1的内径是变化的，这样焊枪头12-1的转动中心不可能总落在内孔的中心上，如图11所示，当堆焊第一焊道时，焊枪头12-1的转动中心在A点上，而当堆焊第八焊道时，焊枪头12-1的转动中心则在B点上，因此，就要求用焊枪12后部设置的三维导轨14进行X、Y方向调整，使焊枪头12-1的转动中心移动到B点。
正是由于这种焊枪头12-1的转角和位移，才保证90°弯管随转盘7不断转动时焊枪头12-1能始终保持在水平位置进行堆焊。
由于焊枪12的后部采用软管连接，所以当焊枪12转角范围为180°时，软管部分可以拧动，不影响水、电、气流通。
具体实施方式
利用本发明提出的90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置及其自动堆焊方法完成90°弯管内壁的耐蚀层的堆焊。
首先将90°弯管1借助三组开合夹具9、10、11置于转盘7上，根据90°弯管1不同的内径d和曲率半径R，三组开合夹具9、10、11在三个夹具滑座9-1、10-1、11-1上滑动，以调整到合适尺寸，其后将三个活动件9-4、10-4、11-4翻转与固定件9-2、10-2、11-2闭合，使90°弯管1牢固安装在转盘7上，使90°弯管1能与转盘7一起翻转。
将转盘7和90°弯管1翻转到处于水平焊的0°位置，由摆动电机8转动，焊枪头12-1开始进行第一道堆焊，完成第一道堆焊后，焊枪头12-1自动息弧停止堆焊，转盘7反相转动回到起焊位置，这时由于翻转电机5的转动，使90°弯管1随转盘7一起变位，同时焊枪头12-1相应的进行转角和移位，指向第二道堆焊焊道位 置，并且使第二焊道仍然处于水平位置，这时再一次启动电弧堆焊，完成第二焊道堆焊，如此循环往复，直到完成90°弯管1内壁的全部堆焊。还有堆焊焊道宽度取决于翻转电机5的翻转角度和焊枪头12-1的堆焊速度取决于摆动电机8的摆动速度。
综合上述各点，即以90°弯管1的内径d和曲率半径R为数学模型，再综合考虑翻转电机5的转动角度、摆动电机8的摆动速度以及焊枪头12-1转角和位移，采用数字控制技术完成整个堆焊过程。
本申请的装置及其方法实现90°弯管内壁耐蚀层堆焊的主要技术参数如下：
90°弯管的内径D的范围： 200～500mm
90°弯管的曲率半径R的范围：400～1000mm
90°弯管的厚度： 20～80mm
90°弯管内壁的堆焊长度： 600～1600mm
焊枪头的堆焊速度： 300-400mm/min
堆焊焊道的宽度： 10～14mm
堆焊的额定电流： 200～250A
堆焊的额定电压： 30～32V
焊丝直径： Φ1.2～Φ1.6MM(药芯焊丝)
本申请的装置和方法能够进行各种尺寸的90°弯管内壁耐蚀层的自动堆焊，并且效率高，质量有保证。
Claims (6)
1.一种90°弯管内壁耐蚀层自动堆焊装置，其特征在于：
·底座(2)上装有左床头箱(3)和右床头箱(4)，左床头箱(3)内设有翻转电机(5)，横梁(6)固定在上述左床头箱(3)与右床头箱(4)之间，转盘(7)连接在横梁(6)上，横梁(6)上设有摆动电机(8)；
·三组开合夹具(9、10、11)由固定在转盘(7)上的三个向心配置的夹具滑座(9-1、10-1、11-1)、固定件(9-2、10-2、11-2)、转轴(9-3、10-3、11-3)、活动件(9-4、10-4、11-4)和锁紧螺杆(9-5、10-5、11-5)组成；
·90°弯管焊枪(12)由焊枪头(12-1)、输送管(12-2)、转角电机(12-3)、齿轮(12-4)和轴承(12-5)组成，在输送管(12-2)的后端部还设有水管(12-6)、进丝孔(12-7)和进气孔(12-8)；焊枪(12)通过连接法兰(13)固定在三维导轨(14)上，而三维导轨(14)与横梁(6)相连接。
2.利用权利要求1所述的自动堆焊装置的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于：
·通过转角电机(12-3)转动和借助三维导轨(14)的移位，实现焊枪头(12-1)的转角和位移，以保证90°弯管(1)内壁每一点的高质量的堆焊；
·由于翻转电机(5)转动，使固定在转盘(7)上的90°弯管(1)随之翻转，以实现90°弯管(1)内壁一道道纵向焊道顺序堆焊；
·摆动电机(8)摆动，使固定在转盘(7)上的90°弯管(1)往复摆动，以实现90°弯管(1)内壁每一纵向焊道从头至尾堆焊。
3.根据权利要求2所述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
由翻转电机(5)转动而产生的在转盘(7)上90°弯管(1)转动角度大小取决于设计要求的堆焊焊道的宽度。
4.根据权利要求2所述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
由摆动电机(8)转动所形成的在转盘(7)上90°弯管(1)的摆动速度是设计要求的焊道堆焊的速度。
5.根据权利要求2所述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
以90°弯管(1)内径d和曲率半径R为参数的数学模型，在综合考虑翻转电机(5)的转动角度，摆动电机(8)的摆动速度以及焊枪头(12-1)的转角和位移，采用数字控制技术进行堆焊。
6.根据权利要求2所述的自动堆焊90°弯管的方法，其特征在于，
根据90°弯管(1)不同的内径d和曲率半径R，首先使三个开合夹具(9、10、 11)在三个夹具滑座(9-1、10-1、11-1)上滑动，以调整到合适尺寸，其后将三个活动件(9-4、10-4、11-4)绕转轴(9-3、10-3、11-3)翻转与固定件(9-2、10-2、11-2)闭合扣住90°弯管(1)，插入并拧紧锁紧螺杆(9-5、10-5、11-5)，使90°弯管(1)牢固安装在转盘(7)上，反之要卸下90°弯管(1)时，松开并提出锁紧螺杆(9-5、10-5、11-5)，反向转动松开活动件(9-4、10-4、11-4)即可。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120328 Termination date: 20150120 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |