CN103273178A - 一种横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于包括：行走机构、机架、焊枪总成、第二调节机构、枪头摆动机构、控制箱和执行机构。与现有技术相比，本发明所提供的自动焊接装置，焊接效率高、节约焊材且能保证焊接质量，尤其是行走机构的设计有效解决了行走轮在圆形工件不同弧度和里外口上行走时的向心问题，可在一些相对苛刻的条件下工作。

Description

一种横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置

技术领域

本发明涉及到焊接设备，具体指一种横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置。

背景技术

随着工业规模的增大，所使用塔器、反应釜等设备的规格也越来越大，尤其是化工设备，通常需要多段焊接；而且，不仅设备的体积或外形尺寸增大，设备的壁厚也大大增加，通常在100mm以上。

现有技术中，对于这种大壁厚分段壳体之间的焊接通常采用手工电弧焊、熔化极气体保护焊和埋弧焊等方法。较常使用的是窄间隙坡口埋弧焊、MAG焊或热丝TIG焊，这几种方法效率高，节省焊材；最理想的是采用高效的埋弧焊和熔化极气体保护焊。

现有的窄间隙埋弧焊焊机基本上采用的是工件动而焊机不动的模式，并且埋弧焊只能适用于水平或横向的位置，窄间隙埋弧焊只能适用于水平位置，不能在横位上采用。对直径不大的厚壁工件可以通过转胎转动工件实现平缝位置，而对工件直径大于10米的情况下，如果没有超大型转胎则无法实现工件的转动。

另外，对一些不能采用窄间隙坡口进行横位埋弧焊的设备，例如塔器或大型压力容器的横位埋弧焊，如果采用常规坡口，不仅焊接工作量增加很多，而且焊材也呈几何倍增加。据理论测算，对直径为12米的压力容器，仅一道环缝的焊接，焊丝的用量就高达1.5吨。同样的原因，手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊也同样不能采用窄间隙坡口，同时焊接工作量和焊材用量也呈几何倍增加，且不能保证焊接质量，无法满足设备对尺寸精度的要求。

所以，迫切需要一种能用于横位的窄间隙焊机，它要求在工件固定不动时，通过焊机匀速移动来达到焊接目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种效率高、节约焊材且能保证焊接质量的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于包括：

行走机构，包括骑在待焊接工件的上端缘上的“工”字结构的第一行走轮和第二行走轮，所述第一行走轮连接在第一连接杆上，所述第二行走轮连接在第二连接杆上，所述第一连接杆和所述第二连接杆铰接在连接件上，该连接件设置在调节杆上并能沿该调节杆的长度方向位移；所述调节杆连接机架；所述第一行走轮和第二行走轮分别连接第一电机的输出轴和第二电机的输出轴；该行走机构采用四铰链模式调节杆的结构，有效解决了行走轮在圆形工件不同弧度和里外口上行走时的向心问题，通过调节杆即可对两个轮子进行同步调节，可骑挂在圆筒的筒壁上行走自如；且运用双主动轮设计，保证了行走的稳定性。

机架，用于承载该自动焊接装置除行走机构外的其它执行机构，焊接时位于待焊接工件的外侧或内侧；包括与所述调节杆相连接的横梁以及与第一连接杆相连接的第一连接臂和与所述第二连接杆相连接的第二连接臂，所述第一连接臂和第二连接臂连接所述的横梁，所述横梁还连接有位于待焊接工件外侧或内侧的第一竖杆和第二竖杆，所述第一竖杆和第二竖杆之间设有用于承载冷却水箱、控制箱、送丝机和焊枪总成的多个支架；所述第一竖杆和第二竖杆上分别设有用于抵靠在待焊接工件侧壁上的第一脚轮和第二脚轮；

焊枪总成，设置在对应的支架上，其枪头和保护气管承托在基座72上，枪头和保护气管的前端部套设有能相对于两者长度方向位移的保护气罩，所述保护气罩连接第一调节机构上，通过第一调节机构来调节保护气罩与待焊接工件之间的相对位置；

第一调节机构，与基座相连接，用于调节基座相对于待焊接工件之间的位置，从而调节枪头和保护气管与待焊接工件之间的位置；

枪头摆动机构，设置在对应的支架上，工作时用于摆动枪头；

控制箱，设置在所述的支架上，其内设有各执行机构的控制件，所述控制件通过导线连接并控制各执行机构；

所述执行机构为所述送丝机、所述焊枪总成以及冷却系统。

所述的枪头摆动机构包括能周期性进行正反转的摆动电机，所述摆动电机的输出轴驱动连接第一齿轮，所述枪杆穿过与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮的中心孔，并随第二齿轮的转动而转动。

所述第一调节机构包括能相对于所述基座移动的第一定位块，所述保护气罩设置在该第一定位块上，第一齿条的一端固定连接所述的第一定位块，第一齿条的另一端滑动连接所述基座，所述第一齿条与相对于所述基座定位的第一调节齿轮相啮合，该第一调节齿轮固定连接第一调节旋钮；所述枪头和所述保护气管设置在所述基座上并能相对于所述第一定位块移动。

所述基座还连接第二调节机构，该第二调节机构包括固定连接所述基座的第二齿条，与第二齿条相啮合的第二齿轮，该第二齿轮固定连接第二调节旋钮，所述第二齿轮和所述第二调节旋钮设置在第二定位块上，所述第二定位块相对于所述机架定位。

所述第二定位块固定在滑块上，该滑块滑动设置在滑轨内，所述滑轨固定在所述机架上，所述滑轨具有与滑轨上的规定垂直设置的第一端面和第二端面，螺杆依次螺纹连接第一端面、滑块和第二端面。

上述各方案中，为了适配不同高度工件的焊接，所述第一竖杆和第二竖杆为长度可伸缩杆。

上述各方案中，所述调节杆可以为螺杆或丝杠，所述连接件螺纹连接在所述调节杆上，并且调节杆的另一端设有用于转动所述调节杆的手轮。

考虑到两根连接杆活动自由度的要求，所述第一连接臂和第二连接臂上分别设有第一容置孔和第二容置孔；所述的第一连接杆和第二连接杆分别穿过对应的第一容置孔和第二容置孔后连接所述的连接件；并且所述第一连接杆和所述第二连接杆与对应的第一容置孔和第二容置孔为动配合。

还可以在所述第一连接臂和所述第二连接臂上还分别设有第一连接轴和第二连接轴，所述第一连接轴和第二连接轴分别穿过对应的第一容置孔和第一连接杆、第二容置孔和第二连接杆，所述第一连接杆和所述第二连接杆均转动连接对应的第一连接轴和第二连接轴。

与现有技术相比，本发明所提供的自动焊接装置，通过行走机构和机架的设计，将所有的焊接设备承载在机架上，而行走机构则骑在工件的上端缘上在控制系统的控制下自动行走，同时各执行机构也在控制系统的控制下自动工作；将焊机的冷却水箱和送丝机及焊丝盘均在机架上，与焊接电源相连的电缆线就减少很多，电缆线及气管从机架上方经过后固定在工件的圆心处，电缆线随焊机自动移动，省却了需要人为移动电缆线的工作量；行走机构采用四铰链模式调节杆的结构，有效解决了行走轮在圆形工件不同弧度和里外口上行走时的向心问题，通过调节杆即可对两个轮子进行同步调节，可骑挂在圆筒的筒壁上行走自如；且简化了焊前准备工作，根据工件上一段板的宽度调节好相应的焊机高度后，吊挂到工件上接好线就行，省却了安装轨道的时间；不仅保证了焊接质量，而且可在一些相对苛刻的条件下工作；尤其是行走机构的设计，待焊工件的板宽适用范围大。

附图说明

图1为本发明实施例使用状态的立体示意图；

图2为本发明实施例装配结构的立体示意图；

图3为本发明实施例去除了执行机构和调节机构的立体示意图；

图4为图3中A部分的局部放大图（第二定位块分解）；

图5为图3另一个角度的立体示意图；

图6为本发明实施例中行走机构的平面示意图；

图7为本发明实施例中枪头摆动机构、第一调节机构以及枪头和保护气管装配结构的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图7所示，该横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置包括：

机架1，用于承载该自动焊接装置除行走机构外的其它执行机构，焊接时根据需要放置在待焊接工件的外侧或内侧。本实施例中的机架包括横梁11，横梁11的两端分别垂直连接有第一连接臂12和第二连接臂13，第一连接臂12和第二连接臂13的端部分别设有第一容置孔121和第二容置孔131；横梁的两端同时还连接有位于待焊接工件外侧或内侧的第一竖杆14和第二竖杆15；第一竖杆14和第二竖杆15之间设有用于承载冷却水箱、控制箱、送丝机、焊丝盘和焊枪总成的多个支架16。第一竖杆14和第二竖杆15上分别设有用于抵靠在待焊接工件侧壁上的第一脚轮17和第二脚轮18。

本实施例中，第一竖杆14和第二竖杆15为长度方向上可伸缩的伸缩结构，伸缩结构可以使用两根套管相套接的方式，也可以根据需要选用现有技术中的其它伸缩方式。通过第一竖杆和第二竖杆的伸缩，可使该焊接装置适配不同高度的工件。

本实施例中，用于承载冷却水箱62、控制箱4、送丝机5、摆动器38、焊丝盘和焊枪总成3的支架的结构不一定相同，各支架的结构可以相同，也可以不同，可根据所承载部件的不同而具体设计。这些支架基本上都是通过与第一竖杆14和/或第二竖杆的连接设置在两根竖杆之间。另外，根据焊接的需要，机架上还可以承载其它所需要的部件或机构。

本实施例中，第一脚轮17和第二脚轮18分别通过脚轮调节板19固定连接在第一竖杆14和第二竖杆15的下端。脚轮调节板19包括上板191和下板192，脚轮固定在上板191上，并且上板191上设有狭长的调节槽孔，调节槽孔的长度即为脚轮的调节范围；螺栓194穿过调节槽孔螺纹连接下板192。

脚轮调节板19主要用来调节两个脚轮与待焊接工件侧壁之间的位置，以使焊接时，两个脚轮能平稳地贴合在工件侧壁上行走。具体调节方法：拧松螺栓，改变上板191相对于下板192的位置至合适，然后拧紧螺栓即可。

行走机构2，包括第一行走轮21和第二行走轮22，两个行走轮均为工字轮，骑行在待焊接工件的上端缘上，第一行走轮21和第二行走轮22的轮轴分别连接第一电机23的输出轴和第二电机24的输出轴。第一行走轮21设置在第一连接杆25的一端上，第二行走轮22设置在第二连接杆26的一端，第一连接杆25另一端穿过第一容置孔121铰接在连接件27上，第二连接杆26的另一端穿过第二容置孔131铰接在连接件27上；连接件26螺纹连接调节杆27，该调节杆27穿设在横梁11上并相对于横梁11定位。本实施例中调节杆28为螺杆，调节杆的另一端上设有手轮29，通过转动手轮来转动调节杆28。

本实施例中，第一连接杆25另一端与第一容置孔121通过第一连接轴122转动连接，第二连接杆26的另一端与第二容置孔131通过第二连接轴132转动连接；为使两根连接杆能在各自对应的容置孔内自由转动，连接杆与各自对应的容置孔为动配合连接。

本实施例中，连接件27为空心的方管结构，第一连接杆25和第二连接杆26的另一端分别通过第一、第二铰接轴铰接在连接件27上。连接件的空心具有足够的空间以方便两根连接杆在其内滑动。

该行走机构的工作原理描述如下：

将带个行走轮骑在待焊接工件的上端缘上，此时整个机架就挂在该待焊接设备上了。两个电机工作，驱动行走轮在筒壁上稳定行走，固定在机架上的焊机即可根据预先设定的轨迹自动进行焊接工作，由于是自动焊接，焊接质量稳定。

当待焊接设备的直径变化时，转动手轮即可使连接件相对于横梁移动，改变两根连接杆的角度，从而改变两个行走轮的角度。调节简单、方便、轻松。

焊枪总成3，其部件设置在对应的支架上，其枪杆31和保护气管32承托在调节机构上，通过该调节机构来调节所述枪头和保护气管与待焊接工件之间的相对位置；包括枪杆31、和枪杆平行设置的两根一次保护气管32；本实施例在枪杆31和保护气管上还套设有二次保护气罩76。焊枪总成还可根据需要选用现有技术中的任意一种。

控制箱4和摆动控制箱38，设置在机架上对应的支架上，其内设有各个执行机构的控制件，用于控制整个焊机的工作，各控制件通过导线连接并控制各执行机构。

本实施例中的执行机构为送丝机5、焊枪总成3、冷却系统6以及行走机构的两个电机。其中送丝机、冷却系统可根据需要选用现有技术中的设备。

第一调节机构7，用于调节保护气罩76与枪头和保护气管之间的相对位置，从而适配焊接的要求。该第一调节机构7包括能相对于基座72移动的第一定位块71、第一齿条73、第一调节齿轮74和第一调节旋钮75；保护气罩76固定在第一定位块71上，随第一定位块的移动而移动。第一定位块71上设有三个穿孔，枪头31和两根保护气管32穿过对应的穿孔外露于第一定位块71外，并且，枪头31和保护气管32与对应的穿孔之间为松配合，以方便枪杆31和保护气管32与第一定位块之间的相对运动。基座72限位在机架上，两根保护气管32相对于基座72定位；枪杆32穿设在轴承的内衬套管100相交部分套有绝缘管，保证枪体与焊机的绝对绝缘。枪头31和两根保护气管32与基座72上的三个穿孔之间为紧配合。第一齿条73的一端固定连接第一定位块71，第一齿条73的另一端承托在基座72上并可相对于基座72前后移动。第一调节旋钮75固定连接第一调节齿轮74，第一调节齿轮转动设置在基座72上，第一调节齿轮与第一齿条相啮合。

本实施例中，铜质保护气罩76内壁设蜂窝状出气孔，以便外接管线输送来的气体呈弥漫式均匀送出。

第一调节机构的工作原理为：根据坡口深度的不同，枪杆和一次保护气管伸入的深浅，旋转第一调节旋钮75，驱动第一调节齿轮74转动，带动与第一调节齿轮相啮合的第一齿条73前或后移动，从而使第一定位块71带动保护气罩76前或后移动，以调节枪头和保护气管与保护气罩之间的相对位置，使保护气罩76靠近待焊接工件10，以便于从保护气罩76出来的气体尽可能地吹入坡口内，对熔池提供二次保护。

为保证焊接的连续性，枪杆31、一次保护气管32和二次保护气罩76均加入水冷盘管式61，冷却水由机架上的焊接冷却水箱62提供。

枪头摆动机构，用于摆动枪头，相对于基座72上定位。包括固定在基座72第二齿轮101，第二齿轮的中心孔内设有轴承（图中未示出），枪杆穿设在轴承内，枪杆在与轴承之间设有绝缘套管100，以保证枪体与机架和焊机之间的绝对绝缘。枪杆31穿过绝缘套管100内并随第二齿轮的转动而转动；第二齿轮与第一齿轮102相啮合，第一齿轮与摆动电机（图中未示出）的输出轴驱动连接。摆动电机为能周期性进行正反转的电机，与控制系统相连接，由控制系统控制工作。

本实施例中，在基座的外侧设有固定夹头103用于限位枪杆31，外套绝缘套管的枪杆31穿过轴承后用固定夹头辅助限位。本实施例在基座72上还设置了U形保护槽104，保护气管32、枪杆31和两个齿轮均设置在U型槽内，以给两个齿轮留一定的转动空间。

该枪头摆动机构的工作原理描述如下：

摆动电机在控制系统的控制下工作，依次带动第一齿轮、第二齿轮和枪杆转动；同时枪头为与枪杆成一定角度的弯型导嘴，焊丝通过导嘴送出后与枪杆呈一定角度，随着枪杆的转动，焊丝在焊缝的落点就呈弧线轨迹，从而达到摆动焊接的目的。枪杆在必要时，松开内衬套管另一端的夹头后可从中抽出，以便更换导电嘴等。

第二调节机构，用于调节第一调节机构的上、下位置。包括与基座72固定连接的第二齿条81，与第二齿条81相啮合的第二齿轮82，该第二齿轮82固定连接第二调节旋钮83，第二齿轮82和第二调节旋钮83设置在第二定位块84上，第二定位块84限位在机架上，第二齿条的另一端可相对于与第二定位块84上下移动。

第二调节机构的工作原理与第一调节机构7相同。第一调节机构是横向调节，第二调节机构是纵向调节，通过第二调节机构可改变第一调节机构连同焊枪和保护气管的高度，从而对焊枪和保护气管的高度进行微调，使之更准确地对向待焊接位置。

第三调节机构，用于调节枪头与待焊接工件之间的相对位置。包括与第二定位块84固定连接的滑块91，该滑块91滑动设置在滑轨92内，滑轨限位在机架上；滑轨92具有与滑轨上的轨道垂直设置的第一端面93和第二端面94，螺杆95依次螺纹连接第一端面93、滑块91和第二端面94。

根据调节距离的需求，第三调节机构还可以采用两个调节机构叠加使用，以增加调节范围。

Claims (9)

1.一种横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于包括：

行走机构，包括骑在待焊接工件的上端缘上的“工”字结构的第一行走轮和第二行走轮，所述第一行走轮连接在第一连接杆上，所述第二行走轮连接在第二连接杆上，所述第一连接杆和所述第二连接杆铰接在连接件上，该连接件设置在调节杆上并能沿该调节杆的长度方向位移；所述调节杆连接机架；所述第一行走轮和第二行走轮分别连接第一电机的输出轴和第二电机的输出轴；

机架，用于承载该自动焊接装置除行走机构外的其它执行机构，焊接时位于待焊接工件的外侧或内侧；包括与所述调节杆相连接的横梁以及与第一连接杆相连接的第一连接臂和与所述第二连接杆相连接的第二连接臂，所述第一连接臂和第二连接臂连接所述的横梁，所述横梁还连接有位于待焊接工件外侧或内侧的第一竖杆和第二竖杆，所述第一竖杆和第二竖杆之间设有用于承载冷却水箱、控制箱、送丝机和焊枪总成的多个支架；所述第一竖杆和第二竖杆上分别设有用于抵靠在待焊接工件侧壁上的第一脚轮和第二脚轮；

焊枪总成，设置在对应的支架上，其枪头和保护气管承托在基座72上，枪头和保护气管的前端部套设有能相对于两者长度方向位移的保护气罩，所述保护气罩连接第一调节机构上，通过第一调节机构来调节保护气罩与待焊接工件之间的相对位置；

第二调节机构，与基座相连接，用于调节基座相对于待焊接工件之间的位置，从而调节枪头和保护气管与待焊接工件之间的位置；

枪头摆动机构，设置在对应的支架上，工作时用于摆动枪头；

控制箱，设置在所述的支架上，其内设有各执行机构的控制件，所述控制件通过导线连接并控制各执行机构；

所述执行机构为所述送丝机、所述焊枪总成以及冷却系统。

2.根据权利要求1所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述的枪头摆动机构包括能周期性进行正反转的摆动电机，所述摆动电机的输出轴驱动连接第一齿轮，所述枪杆穿过与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮的中心孔，并随第二齿轮的转动而转动。

3.根据权利要求1所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述第一调节机构包括能相对于所述基座移动的第一定位块，所述保护气罩设置在该第一定位块上，第一齿条的一端固定连接所述的第一定位块，第一齿条的另一端滑动连接所述基座，所述第一齿条与相对于所述基座定位的第一调节齿轮相啮合，该第一调节齿轮固定连接第一调节旋钮；所述枪头和所述保护气管设置在所述基座上并能相对于所述第一定位块移动。

4.根据权利要求3所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述基座还连接第二调节机构，该第二调节机构包括固定连接所述基座的第二齿条，与第二齿条相啮合的第二齿轮，该第二齿轮固定连接第二调节旋钮，所述第二齿轮和所述第二调节旋钮设置在第二定位块上，所述第二定位块相对于所述机架定位。

5.根据权利要求4所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述第二定位块固定在滑块上，该滑块滑动设置在滑轨内，所述滑轨固定在所述机架上，所述滑轨具有与滑轨上的规定垂直设置的第一端面和第二端面，螺杆依次螺纹连接第一端面、滑块和第二端面。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述第一竖杆和第二竖杆为长度可伸缩杆。

7.根据权利要求6所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述调节杆为螺杆或丝杠，所述连接件螺纹连接在所述调节杆上，并且调节杆的另一端设有用于转动所述调节杆的手轮。

8.根据权利要求7所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述第一连接臂和第二连接臂上分别设有第一容置孔和第二容置孔；所述的第一连接杆和第二连接杆分别穿过对应的第一容置孔和第二容置孔后连接所述的连接件；并且所述第一连接杆和所述第二连接杆与对应的第一容置孔和第二容置孔为动配合。

9.根据权利要求8所述的横位窄间隙熔化极气体保护焊用自动焊接装置，其特征在于所述第一连接臂和所述第二连接臂上还分别设有第一连接轴和第二连接轴，所述第一连接轴和第二连接轴分别穿过对应的第一容置孔和第一连接杆、第二容置孔和第二连接杆，所述第一连接杆和所述第二连接杆均转动连接对应的第一连接轴和第二连接轴。

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