CN102294534A - 密封式全位置管管焊机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管管焊机，具体地说是一种特别适于薄壁钢管焊接的密封式全位置管管焊机，由管焊头、操作把手和控制箱组成，其中操作把手与管焊头相连接，管焊头由旋转焊头、管夹具系统、氩气通道保护系统、传动系统以及散热系统组成，本发明与现有技术相比，能够实现管径5mm-65mm的管体的焊接，焊接空腔具有良好的密封效果，能够适应高精度、高要求焊缝，针对窄小的管间距，钨针位置可调，具有良好的水冷和空冷系统，散热效果好，从而保证焊接连续、高质量的进行，具有10A-200A的电流调节宽度，氩气和冷却水流速可调，焊接速度可调等显著优点。

Description

密封式全位置管管焊机

技术领域

本发明涉及一种管管焊机，具体地说是一种特别适于薄壁钢管焊接的密封式全位置管管焊机。

背景技术

众所周知，薄壁钢管的全位置焊接是锅炉、食品饮料、海上安装、半导体、制药、航空航天等高洁净行业设备的加工制造中的一道非常重要工序，其工艺特点是工件无法旋转，需靠焊头带动钨极的旋转来实现全位置焊接，目前，对于这类高精度和高要求的管焊设备基本都是从德国，法国和美国等国家进口的，这类产品不仅价格高，而且维修所需的关键零部件依赖进口，大多数情况需要送回国外厂家维修，严重影响工作效率。

国内在全位置焊接方面也有不少产品，但密封式管管对焊机的产品基本都是从国外进口，总体来说国产类似的焊头在密封性与散热性方面做得不好，很难做到高精度，高质量的连续焊接，焊接参数的自动调整方面做得不成熟。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提出一种结构合理，能够显著提高焊接精度，尤其适于薄钢管焊接的密封式全位置管管焊机。

    本发明可以通过以下措施达到：

一种密封式全位置管管焊机，由管焊头、操作把手和控制箱组成，其中操作把手与管焊头相连接，管焊头由旋转焊头、管夹具系统、氩气通道保护系统、传动系统以及散热系统组成，其特征在于所述管夹具系统内包括左夹具和右夹具，其中左夹具、右夹具分别由相铰接的上半圈夹体、下半圈夹体组成，上半圈夹体、下半圈夹体内侧分别设有夹套，上半圈夹体上设有锁扣，下半圈夹体上设有与锁扣位置相对应的固定槽，上半圈夹体、下半圈夹体经锁扣锁紧，所述上半圈夹体、下半圈夹体内设有锁孔，自锁杆压紧弹簧伸入锁孔内并经与自锁杆垂直、且位于上半圈夹体、下半圈夹体外的拨杆固定在锁孔内，夹套上设有与锁孔位置相对应的固定槽，夹套经自锁杆与上半圈夹体、下半圈夹体相连接，所述控制箱内设有控制电路、电源以及开关电源，控制电路、电源以及开关电源经控制箱内的金属隔板彼此隔开，控制电路包括微处理器、嵌入式触屏、引弧电路、焊接电流控制电路、气流控制电路、电机驱动器，嵌入式触屏、引弧电路、焊接电流控制电路、气流控制电路以及电机驱动器分别经光电隔离电路与微处理器相连接，微处理器采用ATMega16芯片，所述光电隔离电路为推挽式双光耦隔离电路，所述传动系统由步进电机、齿轮减速器组成，步进电机的输出端与齿轮减速器相连接，步进电机的输入端与控制电路相连接，所述氩气通道保护系统由分别固定在左夹具、右夹具内侧的两个氩气分流器构成，氩气分流器为弧形弯管，管体两端封堵，管体中点向外延伸出用于与进气管相连接的进气端，管体上设有两个以上的分流孔，分流孔的直径范围为3mm。

    本发明在使用时，将带焊接的薄壁钢管靠近、对中，调整好焊缝位置，使钨针靠近焊缝，分别用左、右夹具将带焊接的管体夹紧，通过导电环在旋转焊头上接入电源正极，左右夹具上接入电源负极，由于夹具夹紧待焊接的薄壁钢管管体，所以管体也接入电源负极，打开开关后，在钨极以及管体之间产生电弧，在焊接时旋转焊头绕待焊接钢管轴线旋转，并且在焊接区域通入无紊流氩气进行保护，电弧热使两焊接管在焊接区域自熔，从而将待焊接管体牢牢焊接在一起。

本发明与现有技术相比，能够实现管径5mm-65mm的管体的焊接，焊接空腔具有良好的密封效果，能够适应高精度、高要求焊缝，针对窄小的管间距，钨针位置可调，具有良好的水冷和空冷系统，散热效果好，从而保证焊接连续、高质量的进行，具有10A-200A的电流调节宽度，氩气和冷却水流速可调，焊接速度可调等显著优点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明中夹套的局部剖视图。

附图3是本发明中控制箱的结构示意图。

附图4是本发明中控制电路的结构框图。

附图5是本发明中光电隔离电路的结构示意图。

附图6是本发明中氩气分流器的结构示意图。

 [0015]附图标记：下半圈夹体1、上半圈夹体2、夹套3、锁扣4、齿轮箱5、齿圈6、钨针7、焊接管子8、导电环9、散热板10、齿轮箱盖板11、右夹具体上半圈12、右夹具体下半圈13、操作把手14、步进电机15、自锁杆16、弹簧17、拨杆18、控制电路19、电源20、开关电源21、控制箱22、隔板23、微处理器24、嵌入式触屏25、引弧电路26、焊接电流控制电路27、气流控制电路28、电机驱动器29、光电隔离电路30、步进电机31、分流孔32。

具体实施方式：

    下面结合附图和具体实施对本发明做进一步的说明。

本发明提出了一种密封式全位置管管焊机，由管焊头、操作把手14和控制箱22组成，其中操作把手14与管焊头相连接，管焊头由旋转焊头、管夹具系统、氩气通道保护系统、传动系统以及散热系统组成，其特征在于所述管夹具系统内包括左夹具和右夹具，其中左夹具、右夹具分别由相铰接的上半圈夹体2、下半圈夹体1组成，上半圈夹体2、下半圈夹体1内侧分别设有夹套3，上半圈夹体2上设有锁扣4，下半圈夹体1上设有与锁扣4位置相对应的固定槽，上半圈夹体2、下半圈夹体1经锁扣4锁紧，如附图2所示，所述上半圈夹体2、下半圈夹体1内设有锁孔，自锁杆16压紧弹簧17伸入锁孔内并经与自锁杆16垂直、且位于上半圈夹体2、下半圈夹体1外的拨杆18固定在锁孔内，夹套3上设有与锁孔位置相对应的固定槽，夹套3经自锁杆16与上半圈夹体2、下半圈夹体1相连接，如附图3所示，所述控制箱内设有控制电路19、电源20以及开关电源21，控制电路19、电源20以及开关电源21经控制箱内的金属隔板23彼此隔开，其中，如附图4所示，控制电路19包括微处理器24、嵌入式触屏25、引弧电路26、焊接电流控制电路27、气流控制电路28、电机驱动器29，嵌入式触屏25、引弧电路26、焊接电流控制电路27、气流控制电路28以及电机驱动器29分别经光电隔离电路30与微处理器24相连接，微处理器24采用ATMega16芯片，如附图5所示，所述光电隔离电路30为推挽式双光耦隔离电路，所述传动系统由步进电机31、齿轮减速器组成，步进电机31的输出端与齿轮减速器相连接，步进电机31的输入端与控制电路19相连接，     

所述氩气通道保护系统由分别固定在左夹具、右夹具内侧的两个氩气分流器构成，如附图6所示，氩气分流器为弧形弯管，管体两端封堵，管体中点向外延伸出用于与进气管相连接的进气端，管体上设有两个以上的分流孔，分流孔的直径范围为3mm。

在焊接时，需要保证在整个焊缝周围具有连续不断的无紊流氩气，从而在电弧周围形成保护层，隔绝空气，保护钨极和焊接区域以及临近热影响区，已形成优质的焊缝，针对现有技术中由于焊接空腔密封性不够好，导致焊接质量差的问题，本发明做出了以下改进：

首先提出了一种更加方便、合理的管夹具系统，其中管夹具系统位于管焊头前端，包括左夹具和右夹具，用于实现焊接工作的旋转焊头位于左夹具和右夹具中间，左夹具、右夹具分别由相铰接的上、下半圈夹体组成，上、下半圈夹体内侧分别设有夹套3，上半圈夹体上设有锁扣4，下半圈夹体上设有与锁扣4位置相对应的固定槽，上、下半圈夹体经锁扣4锁紧，在使用时，左右夹具分别夹紧待焊接的两段管体，使焊缝对准旋转焊头上的钨极，旋转焊头上的钨极在步进电机31以及齿轮的推动下，可以沿导轨滑动，从而实现绕待焊接钢管轴线旋转，完成对焊缝的焊接，

其中为了适应不同管径的薄壁钢管的焊接，需要针对待焊接管管径的不同更换相应口径的夹套3，现有的夹套3由于采用螺栓或者螺丝等形式固定在夹体上，在更换的过程中需要使用螺丝刀等工具进行拆卸，耗时较长，给工作人员的使用带来不便，本发明所述上、下半圈夹体内设有锁孔，自锁杆16压紧弹簧17伸入锁孔内并经与自锁杆16垂直、且位于上、下半圈夹体外的拨杆18固定在锁孔内，夹套上设有与锁孔位置相对应的固定槽，夹套经自锁杆与上、下半圈夹体相连接，当需要更换夹体上的夹套3时，拨动拨杆18，夹套3即可轻松的从夹体上拆卸下来，将待安装夹套3与夹体压紧，使带待安装夹套3上的固定槽与夹体上的锁孔相对应，松开拨杆18，使夹体锁孔内的自锁杆16在弹簧17弹力的驱动下，自动锁紧，将夹套3固定在夹体上，从而完成不同规格夹套的更换，这一技术方案能够显著缩短更换夹套耗费的时间。

现有技术中氩气保护措施一般为直接向焊接空腔内通入氩气气流，由于焊接时焊接区域的温度相对于氩气温度相当高，当温度低的氩气气流通过焊接区域时，会带走热量，降低焊接温度，尤其是当有冲击的氩气气流流过时，往往会导致焊接质量降低，因此现有的管焊机对工作人员的操作能力要求较高，通过工作人员个人经验，达到降低氩气气流冲击，提高焊接质量的结果，为了解决这一问题，本发明提出了一种氩气分流器，该部件位于焊接空腔边缘处，为一段弧形管，管体上开设有36个等距离分布的分流孔32，分流孔32直径为3mm，在使用过程中，氩气分流器与进气管相连接，从而将经进气管输入的氩气经分流孔32均匀的输送至焊接空腔，使氩气流在焊接区域表面形成层流层，通过使用控制箱内的嵌入式触屏设定气流流速、进气时间等参数，有效降低氩气气流的冲击，达到提高焊接质量的效果。

由于在焊接引弧时会产生高频率的电磁波，使功率驱动，显示电路等控制电路受到很强的干扰，电磁环境变得很复杂，经实验测试表明若微处理器与驱动电路部分有电气连接，微处理器时常受到干扰，出现程序跑飞、出错和死机等现象。

现有技术中为了解决该问题，一般将引弧电路的功率设置的较低，结果导致引弧效果差。

本发明针对该不足，对控制电路以及控制箱箱体做了一定改进，从根本上解决了这一问题。首先，使控制箱22箱体内经金属隔板23分隔为三个腔体，分别为电源箱、开关电源箱以及控制电路箱，三个腔体彼此相邻，内部分别设有焊接电源20、开关电源21以及控制电路19，这种分隔放置的格局能够利用金属隔板23的物理隔离作用，有效降低控制箱22内部各器件相互间的串扰，同时本发明可以使用光电隔离电路30使控制电路19的各部分实现电气隔离，以获得好的隔离效果，有效降低控制电路19彼此间串扰，防止微处理器死机、嵌入式触屏发生花屏等问题的发生，并能够提高引弧电路的功率，大大提高引弧成功率，保证焊接工作的高质量、连续的进行。

其中光电隔离电路如附图5所示，采用推挽式双光耦隔离，以有效提高反应速度。

本发明中嵌入式触屏芯片采用S3C2440，使用时可以实现向其中写入参数设定值如电流、氩气流速、焊接速度等，并进行保存，由S3C2440存储，在实际操作过程中，根据管壁厚度等情况，可以对存储的焊接方案进行调用，从而实现对焊接工作准确的控制，提高焊接质量。

实施例1：

调用预先设定方案进行焊接：

此时嵌入式触屏内事先写入控制算法，具体为将管厚、管体直径以及与该管件相对应的工作参数如焊接电流峰值、占空比、氩气开关时间、焊接速度等预先存入嵌入式触屏内，使用时先用夹具系统将待焊接管件固定，调整旋转焊头上钨极的位置，使其对准焊缝，开启控制箱内的电源，使用嵌入式触屏输入控制命令，使旋转焊头绕待焊接管件试运行，以检测旋转焊头上钨极位置是否对准焊缝。

管件安装完毕后，调用嵌入式触屏内预存焊接方案，使系统在微处理器的控制下，按照嵌入式触屏存储的技术参数，分别经电机驱动器控制步进电机、经引弧电路控制旋转焊头进行引弧、经焊接电流控制电路控制焊接电流大小、经气流控制电路控制氩气的进气时间等，实现对焊接工作精确的定量的控制，与现有技术中焊接质量多依赖操作工人的个人经验相比，具有能够显著提高焊接质量、简化操作复杂度、降低工人劳动强度等的显著的优点。

实施例2：

根据待焊管件进行设定和焊接：

使用时先用夹具系统将待焊接管件固定，调整旋转焊头上钨极的位置，使其对准焊缝，开启控制箱内的电源，使旋转焊头绕待焊接管件试运行，以检测旋转焊头上钨极位置是否对准焊缝。

管件安装完毕后，根据管件厚度、直径等参数，通过嵌入式触屏设置焊接参数，如焊接速度、焊接电流峰值、氩气气流开关时间等，设置完毕后，旋转焊头按设置的焊接方案对待焊接管件进行焊接。

本发明能够显著降低氩弧焊的操作复杂度，并通过氩气分流器实现更严密的氩气保护，与现有技术相比，具有结构合理、使用方便，有效提高焊接质量，降低生产成本等优点。

Claims (1)

1.一种密封式全位置管管焊机，由管焊头、操作把手和控制箱组成，其中操作把手与管焊头相连接，管焊头由旋转焊头、管夹具系统、氩气通道保护系统、传动系统以及散热系统组成，其特征在于

所述管夹具系统内包括左夹具和右夹具，其中左夹具、右夹具分别由相铰接的上半圈夹体、下半圈夹体组成，上半圈夹体、下半圈夹体内侧分别设有夹套，上半圈夹体上设有锁扣，下半圈夹体上设有与锁扣位置相对应的固定槽，上半圈夹体、下半圈夹体经锁扣锁紧，

        所述上半圈夹体、下半圈夹体内设有锁孔，自锁杆压紧弹簧伸入锁孔内并经与自锁杆垂直、且位于上半圈夹体、下半圈夹体外的拨杆固定在锁孔内，夹套上设有与锁孔位置相对应的固定槽，夹套经自锁杆与上半圈夹体、下半圈夹体相连接，

        所述控制箱内设有控制电路、电源以及开关电源，控制电路、电源以及开关电源经控制箱内的金属隔板彼此隔开，控制电路包括微处理器、嵌入式触屏、引弧电路、焊接电流控制电路、气流控制电路、电机驱动器，嵌入式触屏、引弧电路、焊接电流控制电路、气流控制电路以及电机驱动器分别经光电隔离电路与微处理器相连接，微处理器采用ATMega16芯片，

所述光电隔离电路为推挽式双光耦隔离电路，

    所述传动系统由步进电机、齿轮减速器组成，步进电机的输出端与齿轮减速器相连接，步进电机的输入端与控制电路相连接，     

所述氩气通道保护系统由分别固定在左夹具、右夹具内侧的两个氩气分流器构成，氩气分流器为弧形弯管，管体两端封堵，管体中点向外延伸出用于与进气管相连接的进气端，管体上设有两个以上的分流孔，分流孔的直径范围为3mm。

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