CN104368894A - 大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统及其使用方法 - Google Patents

大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，该系统由多对调心装置组成，所述调心装置包括基座、托板、转轴、导向滑块以及电机，该基座上同轴旋转安装托板，该托板的上端面左、右两端部一体对称制有两个支撑块，该两个支撑块上固装一对轴座，该轴座内旋转安装有转轴，该转轴通电机驱动，所述两个轴座相对里侧的转轴上对称滑动安装导向滑块，每个导向滑块径向制有顶丝孔，该导向滑块与轴座之间的转轴上同轴安装弹簧。本系统保证了焊接过程中工件外缘始终与焊枪之间保持相等的距离，避免了焊接过程中焊丝伸出长度的波动问题，有效保证了焊接质量，提高了工件的加工精度，具有广泛推广应用的价值。

Description

大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统及其使用方法
技术领域
本发明属于管道领域，尤其是一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统及其使用方法。
背景技术
管道输送是一种即经济又安全的能源输送方式，随着国民经济发展对能源的需求，我国石油、天然气、水泥厂管道建设已进入一个高峰期，需要大量的大直径金属管。大直径金属管及其他大直径筒状金属件广泛应用于输送水、煤气、空气、油和取暖热水或蒸汽等一般较低压力流体或其他用途。大直径金属管构件的环缝对接及其与法兰盘的焊接是影响大直径金属管结构广泛应用的重要环节。
大直径金属管对接及与法兰盘的的连接方式通常有以下四种方法：第一种是窄间隙TIG焊技术，该方法有效解决了厚壁大直径钢管及其他大直径筒状金属结构件窄间隙焊过程中焊缝侧壁熔透、坡口设计困难等难点，减少了焊接材料的填充量，提高了生产效率，焊缝成形美观；第二种是埋弧焊技术，该技术具有生产效率高、焊缝质量高和劳动条件好等优点；第三种是GMAW焊接技术，该技术是明弧焊，焊接过程中焊丝的熔化情况和电弧清晰可见，便于及时发现问题进行调整，该方法还具有适合全位置焊接和生产效率高等特点。第四种是手工电弧焊，这种方法操作灵活方便，但生产率低，劳动强度高，对焊工的技术要求高。前三种方法可以实现机械化和自动化，在环缝焊接中，通常采用焊枪不动工件旋转的方式进行焊接，工件旋转时其中心轴线平行于水平面(通常在卧式车床上用三爪卡盘进行固定)，焊接方式通常采用平焊或立焊，这种方法仅仅在钢管刚度很大，椭圆度很小时才适用；当工件刚度不大或椭圆度很大时，在焊接过程中，焊丝伸出长度(或导电嘴到工件的距离)就会产生很大的波动，严重影响焊接过程和焊接质量。然而三爪卡盘所能固定的工件尺寸有限，当工件直径很大时需要用立式车床进行装卡，装卡难度很大，而且立式车床体积庞大，价格昂贵，若钢管的椭圆度较大，也会出现焊丝伸出长度剧烈波动的问题。
为了克服焊接过程中焊丝伸出长度的波动，必须有一套跟踪系统对焊枪到工件表面的距离进行实时测量，从而保证焊接过程的稳定性。但是这样的一套跟踪系统造价昂贵，构造复杂，不适于推广或广泛应用于工厂的生产中。出于这样的考虑，必须要求在旋转过程中钢管不能发生偏移，这是最大的困难，也是本专利要解决的关键问题。
经检索，发现一篇与本专利内容相关的专利文献，公开号为CN201455579U的中国专利，该专利提供一种卧式大直径工件旋转自动焊接装置，由卧式箱体或机身、主轴、兰盘、可调节的焊机固定架、焊机和调速装置组成；主轴穿过箱体或机身，主轴的输入端与调速装置的输出端连接，主轴的输出端与兰盘连接，兰盘上卡装工件；可调节的焊机固定架安装在箱体或机身上方，焊机安装在此固定架上。
通过对比，上述专利公开文献与本专利申请在技术方案上有较大不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作灵活、成本低、体积小的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统及其使用方法，该系统及使用方法保证了工件在旋转过程中焊枪与工件外缘之间的距离相等，保证了焊接质量。
本发明的方案是这样实现的：
一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，该系统由多对调心装置组成，所述调心装置包括基座、托板、转轴、导向滑块以及电机，所述基座为圆盘形结构，该基座上同轴旋转安装托板，所述托板为矩形结构，该托板的上端面左、右两端部一体对称制有两个支撑块，该两个支撑块上固装一对轴座，该轴座内旋转安装有转轴，该转轴通电机驱动，该电机安装在其中一个支撑块外侧一体制有托架上，所述两个轴座相对里侧的转轴上同轴对称滑动安装一对导向滑块，每个导向滑块径向制有多个顶丝孔，该导向滑块与轴座之间的转轴上同轴安装弹簧。
而且，所述转轴两端分别同轴固装轴套，该轴套与轴座之间同轴安装轴承。
而且，所述托板的下端面中部固装连接轴，对应该连接轴的基座上端面同轴固装支撑柱，所述连接轴的下端部同轴旋转嵌装在支撑柱上端部内。
而且，所述顶丝孔为相互垂直设置的两个。
而且，所述顶丝孔为圆周均布的三个。
一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统的使用方法，步骤如下：
步骤一，测量工件的直径，寻找圆周均匀分布的多条直径线，并将工件外缘与直径线的交界处做好标记；
步骤二，在做标记的位置上放置多对调心装置，该调心装置沿工件的径向设置；
步骤三，用起重机将工件吊运至调心装置上，导向滑块自动将工件夹紧，然后通过顶丝将导向滑块固定在转轴上；
步骤四，摆放好焊枪的位置，并同时启动多对电机；
步骤五，起弧、焊接。
而且，所述步骤一中的直径线为四或八条。
本发明的优点和积极效果是：
1、本系统构造简单、操作灵活简便、工件安装方便、焊接过程稳定，不需要繁琐的装卡定心操作。
2、本系统体积小、运输方便、不受工作地点限制，可以频繁更换工作地点。
3、本发明结构简单、操作灵活、易于制作、成本低，通过工件的外缘定位调心装置的安装位置，通过调心装置微调矫正并保证工件始终围绕轴线旋转，实现了自定心的功能。本系统不仅实现了机械化和自动化环缝焊接的目的，而且保证了焊接过程中工件外缘始终与焊枪之间保持相等的距离，避免了焊接过程中焊丝伸出长度的波动问题，有效保证了焊接质量，提高了工件的加工精度，具有广泛推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明中调心装置的主视图；
图2是图1的俯视图；
图3是图2的A-A向剖视图；
图4是图1的立体结构示意图；
图5是本发明的工作状态示意图。
附图中：1-电机、2-轴座、3-导向滑块、4-转轴、5-支撑块、6-托板、7-支撑柱、8-基座、9-托架、10-顶丝孔、11-弹簧、12-轴承、13-轴套、14-连接轴、15-焊枪、16-工件。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述。
一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，如图1至4所示，该系统由多对调心装置组成，所述调心装置包括基座8、托板6、转轴4、导向滑块3以及电机1，所述基座为圆盘形结构，该基座上同轴旋转安装托板，所述托板为矩形结构，该托板的上端面左、右两端部一体制有支撑块5，该两个支撑块上固装一对轴座2，该轴座内旋转安装有转轴，该转轴通电机驱动，该电机安装在其中一个支撑块外侧一体制有托架9上，所述两个轴座相对里侧的转轴上同轴对称滑动安装一对导向滑块，每个导向滑块径向制有两个垂直设置或是三个圆周均匀分部的顶丝孔10，本实施例附图中的顶丝孔为垂直设置的两个，每个导向滑块与轴座之间的转轴上同轴安装弹簧11，通过弹簧的收缩驱动滑块相对移动，从而可自动将工件16夹紧，工件夹紧后再通过顶丝(图中未示出)将导向滑块固定，通过多对调心装置的转轴向同一方向旋转带动工件围绕轴心转动的目的。
本实施例中，所述转轴与轴座的安装结构为：所述转轴两端分别同轴固装轴套13，该轴套与轴座之间同轴安装轴承12。
所述托板与基座的安装结构为：所述托板的下端面中部固装连接轴14，对应该连接轴的基座上端面同轴固装支撑柱7，所述连接轴的下端部同轴旋转嵌装在支撑柱上端部内。
大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统的使用方法为：
步骤一，测量工件的直径，寻找圆周均匀分布的多条直径线，本实施例附图5中使用了三对调心装置，并将工件外缘与直径线的交界点处做好标记；
本实施例以直径4米的工件件为例，可使用三对调心装置。随着工件直径的增加，可适当增加调心装置的数量。
步骤二，在做标记的位置圆周放置六台调心装置(电机端位于外侧)，该调心装置沿工件的径向设置；
步骤三，用起重机将工件吊运至调心装置上，导向滑块自动将工件夹紧，然后通过顶丝将导向滑块固定在转轴上；
步骤四，摆放好焊枪15的位置，并同时启动六台电机；
步骤五，起弧、焊接。
本发明的工作原理为：
本系统通过工件的外缘定位调心装置的安装位置，反过来通过调心装置微调矫正保证工件始终围绕轴线旋转。调心装置中的六台电机由同一控制器控制，可以同时启动或同时停止，其速度可调，六台电机同步转动带动工件围绕轴线转动(图5中箭头方向为工件的旋转方向)，工件外缘的每个点在经过焊枪位置时，可实现均匀焊接；如果工件外缘出现椭圆度时，托板相对于基座旋转可进行微调，保证了焊接过程中工件外缘始终与焊枪之间保持相等的距离，有效保证了焊接质量，提高了工件的加工精度，具有广泛推广应用的价值。
本实施例中，需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，其特征在于：该系统由多对调心装置组成，所述调心装置包括基座、托板、转轴、导向滑块以及电机，所述基座为圆盘形结构，该基座上同轴旋转安装托板，所述托板为矩形结构，该托板的上端面左、右两端部一体对称制有两个支撑块，该两个支撑块上固装一对轴座，该轴座内旋转安装有转轴，该转轴通电机驱动，该电机安装在其中一个支撑块外侧一体制有托架上，所述两个轴座相对里侧的转轴上同轴对称滑动安装一对导向滑块，每个导向滑块径向制有多个顶丝孔，该导向滑块与轴座之间的转轴上同轴安装弹簧。
2.根据权利要求1所述的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，其特征在于：所述转轴两端分别同轴固装轴套，该轴套与轴座之间同轴安装轴承。
3.根据权利要求1所述的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，其特征在于：所述托板的下端面中部固装连接轴，对应该连接轴的基座上端面同轴固装支撑柱，所述连接轴的下端部同轴旋转嵌装在支撑柱上端部内。
4.根据权利要求1所述的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，其特征在于：所述顶丝孔为相互垂直设置的两个。
5.根据权利要求1所述的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统，其特征在于：所述顶丝孔为圆周均布的三个。
6.一种大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统的使用方法，其特征在于：步骤如下：
步骤一，测量工件的直径，寻找圆周均匀分布的多条直径线，并将工件外缘与直径线的交界处做好标记；
步骤二，在做标记的位置上放置多对调心装置，该调心装置沿工件的径向设置；
步骤三，用起重机将工件吊运至调心装置上，导向滑块自动将工件夹紧，然后通过顶丝将导向滑块固定在转轴上；
步骤四，摆放好焊枪的位置，并同时启动多对电机；
步骤五，起弧、焊接。
7.根据权利要求1所述的大直径筒状金属件环缝焊接自定心系统的使用方法，其特征在于：所述步骤一中的直径线为四或八条。
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