CN105643073A - 无限回转窄间隙焊接机头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无限回转窄间隙焊接机头，所述焊接机头包括焊枪枪体、钨极系统、两个送丝系统和两个摄像系统，所述钨极系统中的钨极裸露在枪体外壳前端，所述钨极系统上的钨极是可旋转的；本发明中的焊接机头是可无限回转的，其上的焊接枪体能够在机头回转的过程中对其周围的环形焊缝实施焊接，所述送丝系统用于向所述钨极产生的熔池送丝，所述摄像系统用于实时观测熔池的状态、位置等信息，以便于及时调整，以使得其焊接质量能够满足核电产品的质量要求。

Description

无限回转窄间隙焊接机头

技术领域

本发明涉及焊接设备技术领域，具体涉及一种无限回转窄间隙焊接机头。

背景技术

高温气冷堆蒸发器项目在世界范围内来说尚无任何企业能够加工制造完成，因此高温气冷堆蒸发器项目已被列为国家重大发展项目。根据核电产品的制造技术要求，现有设备结构和功能均无法完全满足高温气冷堆项目的加工制造要求，尤其是高温气冷堆蒸发器总装焊缝的全位置焊接和2G位置焊接更是业界一大难题，该焊缝的坡口小，焊道深，其对焊接的质量要求极为严格，通过普通的焊接设备焊接得到的焊缝不能满足核电产品的质量要求，为此，亟需一种能够解决上述问题的新的焊接设备。

由于上述问题的存在，本发明人结合产品的焊接工艺要求，设计了一种能够无限回转的窄间隙TIG焊接机头，该焊接机头安装在可以无限回转的枝杆上，在枝杆的带动下回转焊接坡口，该焊接机头亦可广泛应用于核电、锅炉、石化容器等厚壁产品的制造。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种无限回转窄间隙焊接机头，所述焊接机头包括焊枪枪体、钨极系统、两个送丝系统和两个摄像系统，所述钨极系统中的钨极裸露在枪体外壳前端，所述钨极系统上的钨极是可旋转的；本发明中的焊接机头是可无限回转的，其上的焊接枪体能够在机头回转的过程中对其周围的环形焊缝实施焊接，所述送丝系统用于向所述钨极产生的熔池送丝，所述摄像系统用于实时观测熔池的状态、位置等信息，以便于及时调整，以使得其焊接质量能够满足核电产品的质量要求，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述焊接机头包括焊枪枪体1、钨极系统2、两个送丝系统3和两个摄像系统5，其中，所述钨极系统安装在焊枪枪体上，两个送丝系统3分别位于焊枪枪体两侧，

优选地，两个送丝系统直接安装在所述焊枪枪体上；两个摄像系统5安装在所述送丝系统上。

其中，所述焊枪枪体1包括枪体外壳1a，所述枪体外壳1a是中空的壳体，呈扁平状，其内部设置有冷却系统和一次气体保护系统。

其中，在所述枪体外壳1a的外部安装有二次气体保护罩1i，

优选地，在所述枪体外壳的外壁上设置有轨道槽1h；

在所述二次气体保护罩上靠近枪体外壳的一侧设置有嵌入到所述轨道槽内的定位块。

其中，所述钨极系统包括钨极杆2b，所述钨极杆2b从枪体外壳1a中间穿过，其前端和后端都暴露在枪体外壳1a的外部，在所述钨极杆2b的前端穿出部分上固定安装有钨极2a。

其中，所述钨极与所述钨极杆呈预定角度；在所述钨极杆的后端上设置有钨极螺纹2c；所述钨极系统还包括与所述钨极螺纹通过螺杆相连的钨极电机2d。

其中，所述送丝系统包括送丝杆3a、送丝杆支架3b和调整螺杆3c，其中，所述送丝杆支架的一端与送丝杆呈预定角度并固接为一体，另一端与调整螺杆固接。

其中，所述调整螺杆3c可带动送丝杆3a旋转。

其中，所述摄像系统5包括连接支架5a，在所述连接支架5a上设置有固定杆5b和调整杆5c，其中，所述调整杆5c是可伸缩的；

其中，所述摄像系统5还包括摄像机5d，所述摄像机5d中部与固定杆可旋转地连接，所述摄像机尾部与调整杆可旋转地连接，在所述摄像机的前端设置有摄像头5e和照明灯5f。

其中，所述焊接机头安装在可转动的机头调整系统6上。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的焊枪枪体外形呈扁平状，便于伸入到深坡口内部，进而使得焊接更为充分；

(2)根据本发明提供的焊枪枪体上设有两个保护气体系统，使得焊接过程中保护气体更为充分，焊接过程中对熔池表面的保护效果更好，以确保焊接质量足够，满足核电产品对焊接质量的要求；

(3)根据本发明提供的焊枪枪体上设置有轨道槽，使得其上的二次气体保护罩能够沿着轨道槽滑动，提高了设备的灵活性；

(4)根据本发明提供的焊枪枪体上设置有可转动的钨极，使得在不同的焊接条件下，自动控制钨极的偏转方向，以满足不同焊接工艺的需求；

(5)根据本发明提供的焊枪枪体两侧设置有送丝系统，且所述送丝系统的送丝杆可旋转，使得焊丝与熔池之间的相对位置可控，提高了焊接质量；

(6)根据本发明提供的摄像系统通过十字滑板安装在送丝系统上，扩大了摄像系统的监控范围和视角，实现无死角监控。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的焊接机头整体俯视图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的焊接机头整体侧视图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的焊枪枪体结构示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的钨极系统结构示意图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的机头调整系统结构示意图；

图6示出根据本发明一种优选实施方式的送丝系统结构示意图；

图7示出根据本发明一种优选实施方式的摄像系统结构示意图；

图8示出根据本发明一种优选实施方式的十字滑板整体结构示意图；

图9示出根据本发明一种优选实施方式的十字滑座结构示意图；

图10示出根据本发明一种优选实施方式的滑块结构示意图；

图11示出根据本发明一种优选实施方式的调节螺杆结构示意图；

图12示出根据本发明一种优选实施方式的衬板结构示意图。

附图标号说明：

1-焊枪枪体

1a-枪体外壳

1b-冷却水进水口

1c-冷却水出水口

1d-冷却腔

1e-一次保护气体进气口

1f-一次保护气体气室

1g-一次保护气体出气口

1h-轨道槽

1i-二次气体保护罩

2-钨极系统

2a-钨极

2b-钨极杆

2c-钨极螺纹

2d-钨极电机

3-送丝系统

3a-送丝杆

3b-送丝杆支架

3c-调整螺杆

3d-调整电机

4-十字滑板

4a-十字滑座

4b-滑块

4c-滑道

4d-滑道凹槽

4e-滑块凹槽

4f-调节螺杆

4g-定位环

4h-衬板

4i顶丝槽

5-摄像系统

5a-连接支架

5b-固定杆

5c-调整杆

5d-摄像机

5e-摄像头

5f-照明灯

5g-水冷接口

6-机头调整系统

6a-AVC滑板

6c-线路支架

6b-线路固定板

6d-卡槽

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的无限回转窄间隙焊接机头，如图1和图2中所示，根据本发明提供的焊接机头，该焊接机头包括焊枪枪体1、钨极系统2、两个送丝系统3和两个摄像系统5，其中，所述钨极系统安装在焊枪枪体上，优选地，所述钨极系统从中部贯穿枪体外壳1a；两个送丝系统3分别位于焊枪枪体两侧，优选地，两个送丝系统直接安装在所述焊枪枪体上；两个摄像系统5分别通过十字滑板4安装在所述送丝系统上；从而整个焊接机头中各个部件互相固定连接为一体。

本发明提供的无限回转窄间隙焊接机头主要用于通过回转的方式焊接环形焊缝，该焊接机头可以执行全位置焊接，包括横焊和立焊等焊接方式，当其立焊焊接环形焊缝时，一般的焊接工艺包括两个步骤，其中，步骤一为在6点钟方向起弧，沿着环形焊缝焊接至12点钟方向，此焊接步骤中，焊接机头可以沿着顺时针方向行进，也可以沿着逆时针方向行进，步骤二为在6点钟方向起弧，沿着环形焊缝焊接至12点钟方向，此焊接步骤中，焊接机头的行进方向与步骤一中的方向不同。

在上述两个焊接步骤中，焊接机头上的钨极偏转的方向不同，钨极两侧的送丝系统和摄像系统可以都工作，也可以是只位于其中一侧的送丝系统和摄像系统工作，具体来说，当所述焊接机头立焊焊接环形焊缝，焊接机头上的钨极向如图3中所示的方向偏转时，此时焊接机头的行进方向应为逆时针，位于如图3中所示钨极左侧的送丝系统和摄像系统工作，位于其右侧的送丝系统不工作，位于其右侧的摄像系统可以任选地工作。

在一个优选的实施方式中，所述焊枪枪体包括枪体外壳1a，所述枪体外壳1a是中空的壳体，呈扁平状，其内部设置有冷却系统和一次气体保护系统，其中，所述冷却系统包括开设在枪体外壳上的冷却水进水口1b和冷却水出水口1c，以及设置在枪体外壳内部的冷却腔1d，所述冷却腔分别与所述冷却水进水口和冷却水出水口相连，所述冷却腔位于枪体外壳的中部，冷却水流经冷却腔，从而用于冷却焊枪枪体。

所述一次气体保护系统包括开设在枪体外壳后方的一次保护气体进气口1e、位于枪体外壳内部的一次保护气体气室1f和设置在枪体外壳前方的一次保护气体出气口1g，本发明中，如图2中所示，以靠近钨极2a的一侧为前方，与前方相对的一侧为后方，优选地，所述一次保护气体出气口1g有两个，分别位于钨极的两侧，进一步优选地，在所述一次保护气体出气口1g外部设置有一次气体过滤网，所述一次气体过滤网用于过滤一次保护气体，防止气体中携带的颗粒物进入到电弧区域，从而避免干扰焊接工艺的正常进行。所述一次气体保护系统用于给熔池提供保护气体，通过该保护气体排出熔池附近的氧气等气体，防止空气中的气体对焊接工艺造成影响，具体来说，外界的保护气体通过一次保护气体进气口进入到一次保护气体气室，经过一次保护气体气室的压缩和整流，通过一次保护气体出气口均匀喷出。

在一个优选的实施方式中，如图2、图3中所示，在所述枪体外壳的外壁上设置有轨道槽1h，所述轨道槽优选的设置在枪体外壳正面和反面的外壁上，进一步优选地，在枪体外壳正面和反面的外壁上都设置有两条互相平行的轨道槽；

在一个优选的实施方式中，如图1、图3中所示，在所述枪体外壳的外部安装有二次气体保护罩1i，该二次气体保护罩用于向焊接坡口内注入惰性气体，辅助一次保护气体对焊接区域做充分的气体保护；具体来说，所述二次气体保护罩为中空壳体，其上开设有二次保护气体进气口和二次保护气体出气口，优选地，在二次保护气体出气口处安装有二次气体过滤网；在一次保护气体出气口和二次保护气体出气口都外接有过滤网，使得保护气体经过滤后以稳定均匀状喷出，对于焊接的保护更为充分。

在一个优选的实施方式中，所述二次气体保护罩1i可以在枪体外壳的外壁上沿着前后方向往复滑动，具体来说，在所述二次气体保护罩上靠近枪体外壳的一侧设置有嵌入到所述轨道槽内的定位块，通过所述定位块与所述轨道槽的配合，所述二次气体保护罩可以在枪体外壳的外壁上往复滑动；优选地，所述二次气体保护罩有两个，分别位于枪体外壳的两侧；进一步地，所述两个二次气体保护罩都通过螺杆固定在枪体外壳上，当需要其滑动时，适当放松所述螺杆即可进行滑动，待滑动至预定位置时，再旋紧所述螺杆进行固定。

通过设置可滑动的二次气体保护罩，使得焊接机头在焊接不同深度的坡口时，二次气体保护罩都能顶在坡口处向坡口内提供二次保护气体，提高了二次保护气体供应的稳定性，也提高了焊接过程的安全性，尤其是本发明中的焊接机头应用于回转焊接工艺中，焊枪的焊接深度是随着时间变化的，二次气体保护罩需要实时调整其所在位置；优选地，所述二次气体保护罩采用铜质材料制成，以保证其具有良好的导热散热性能。

在一个优选的实施方式中，所述钨极系统上的钨极是可旋转的，其可以在停弧后自动旋转，并调节钨极偏转角度，也可以在焊接过程中调节其偏转角度，本发明中优选地，钨极在焊接机头停弧后在钨极杆的控制下自动旋转，并调节钨极偏转角度。

本发明中，如图4所示，所述钨极系统包括钨极杆2b，所述钨极杆2b从枪体外壳1a中间穿过，其前端和后端都暴露在枪体外壳1a的外部，在所述钨极杆2b的前端穿出部分上固定安装有钨极2a，优选地，所述钨极与所述钨极杆呈预定角度；在所述钨极杆的后端上设置有钨极螺纹2c；所述钨极系统还包括与所述钨极螺纹通过螺杆相连的钨极电机2d，所述钨极电机通过螺杆带动钨极杆旋转，进而带动钨极旋转，实现对钨极偏转角度的调整。

在一个优选的实施方式中，在所述钨极杆内部设置有水冷管，所述水冷管的进水口和出水口都设置在钨极杆的尾部，所述水冷管在钨极杆内延伸至钨极附近，用于通过冷却水冷却钨极，保证钨极处于安全的温度范围内；

在一个优选的实施方式中，所述钨极系统与焊枪枪体绝缘，在所述钨极系统和焊枪枪体之间设置有绝缘罩，所述绝缘罩可以是由陶瓷等材料制成的绝缘装置。

在一个优选的实施方式中，如图3和图5中所示，所述焊接机头还包括机头调整系统6，所述焊枪枪体1及其上的钨极系统2、送丝系统3和摄像系统5都安装在所述机头调整系统6上，并在机头调整系统的带动下统一移动；具体来说，所述机头调整系统包括AVC滑板6a、电机和电压感应装置；其中，所述AVC滑板用于带动焊枪枪体移动，所述焊接机头直接固定安装在所述AVC滑板上，所述电机用于为AVC滑板提供动力，所述电压感应装置用于获得机头电弧电压数值信息，并将该信息与预定的数值进行比较，当存在差异时，控制AVC滑板移动，从而带动焊接机头移动，进而调整了钨极与熔池之间的距离，从而实现弧压跟踪效果，对焊接机头做自动调整，保证焊接质量。

在一个优选的实施方式中，所述机头调整系统6还包括有线路支架6c，所述线路支架通过线路固定板6b固定在机头调整系统上，所述线路支架上设置有多个卡槽6d，用于梳理固定焊接机头中的线路，所述线路包括为各个电机或马达供电的电源线、各个冷却水的冷却水管传递电子信号的数据线线等。

本发明中，如图6所示，所述送丝系统包括送丝杆3a、送丝杆支架3b和调整螺杆3c，其中，所述送丝杆支架的一端与送丝杆呈预定角度并固接为一体，另一端与调整螺杆固接，从而使得所述送丝杆3a在送丝杆支架的连接下，随着调整螺杆的旋转而旋转，本发明中优选地，所述调整螺杆的旋转角度较小，一般在5度以下，使得送丝杆的前端，即焊丝相对于钨极能够向上往复移动一定距离，一般为1～3mm左右，以便于根据具体工况实时调整焊丝的位置。

在一个优选的实施方式中，所述送丝系统还包括调整电机3d，所述调整电机通过传动杆或传动齿轮与所述调整螺杆相连，并控制调整螺杆旋转，从而实现对送丝杆旋转角度的控制。

本发明中所述的送丝杆用于为焊接工艺提供源源不断的焊丝，即为送丝机或送丝机中的出丝管。

本发明中，如图7中所示，所述摄像系统5包括安装在十字滑板上的连接支架5a，在所述连接支架5a上设置有固定杆5b和调整杆5c，其中，所述调整杆5c的长度可调节，即所述调整杆是可伸缩的，所述固定杆与连接支架之间是无相对移动的固接，所述调整杆与连接支架之间是可转动的连接；所述摄像系统5还包括摄像机5d，所述摄像机5d中部与固定杆可旋转地连接，所述摄像机尾部与调整杆可旋转地连接，在所述摄像机的前端设置有摄像头5e和照明灯5f；所述摄像机是可旋转、可摆动的，即可以通过调整所述摄像机的设置方向(角度)来改变摄像头的朝向从而调整摄像头录制的画面信息，最终实现对摄像系统的实时控制，保证在焊接过程中摄像头能够实时捕捉到理想的清晰画面。所述摄像系统还包括电机，所述电机用于给所述调整杆提供伸缩的动力，即通过所述电机控制所述调整杆的伸缩量，进而实现对摄像头拍摄画面的调整。

在一个优选的实施方式中，在所述摄像机尾部还设置有水冷接口5g，其用于为所述摄像机提供循环的冷却水，保证摄像系统的温度维持在安全范围内。

本发明中，如图8所示，所述十字滑板4包括十字滑座4a、可在十字滑座上沿相互垂直方向滑动的两个滑块4b，所述滑块4b分别设置于十字滑座4a相互平行的正面和背面上，在滑块4b的表面开设有安装孔，所述安装孔可用于分别与摄像系统和送丝系统固接，从而可以通过两个滑块的移动来带动摄像系统相对于送丝系统即相对于焊枪枪体移动，从而扩大了摄像系统的监控范围和视角，实现无死角监控。

在一个优选的实施方式中，如图8和图9所示，在所述十字滑座4a的正面和背面上分别设置有横截面为梯形的滑道4c，滑道4c的开口由外向内逐渐缩小，所述十字滑座正面和背面上滑道的延伸方向相互垂直。优选地，如图10所示，所述滑块4b的横截面为与滑道4c相配合的梯形，其可嵌入滑道4c并在滑道延伸方向上滑动。

如图8、图10和图11所示，在所述滑道4c内部的底面上沿滑道延伸方向设置有横截面为半圆形的滑道凹槽4d，如图9所示，在所述滑块2的底面上沿滑块滑动方向设置有与滑道凹槽4d大小、形状一致的半圆形的滑块凹槽4e，所述滑道凹槽4d和滑块凹槽4e共同构成容纳调节螺杆4f的沟槽。在所述滑块的滑块凹槽上设置有螺纹，该螺纹与所述调节螺杆上的螺纹相匹配，从而通过调节螺杆的旋转来带动滑块沿着滑道滑动。在所述十字滑板上还设置有两个马达，用于分别控制所述调节螺杆。

在一个优选的实施方式中，如图8中所示，在所述滑道凹槽4d的中部设置有与滑道延伸方向垂直的半圆环形定位环4g，如图图11中所示，在所示调节螺杆中部开设有与所述环形定位环相匹配的槽，从而使得所述定位环4g将调节螺杆4f固定于滑道凹槽4d内，以保证调节螺杆4f与十字滑座4a之间的相对位置不变。

在进一步优选的实施方式中如图8和图12所示，在所述滑道3c的一侧设置有衬板4h，所述衬板4h与滑道延伸方向平行且与滑道侧壁紧固连接，在所述衬板4h的背面开设有顶丝槽4i，在顶丝槽内部设置有顶丝，通过调节顶丝的伸出长度来调整滑座4a与滑块4b之间的间隙。

本发明中的各个电机或马达都可以各自独立工作。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述焊接机头包括焊枪枪体(1)、钨极系统(2)、两个送丝系统(3)和两个摄像系统(5)，其中，所述钨极系统安装在焊枪枪体上，两个送丝系统(3)分别位于焊枪枪体两侧，

优选地，两个送丝系统直接安装在所述焊枪枪体上；两个摄像系统(5)安装在所述送丝系统上。

2.根据权利要求1所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述焊枪枪体(1)包括枪体外壳(1a)，所述枪体外壳(1a)是中空的壳体，呈扁平状，其内部设置有冷却系统和一次气体保护系统。

3.根据权利要求2所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，在所述枪体外壳(1a)的外部安装有二次气体保护罩(1i)，

优选地，在所述枪体外壳的外壁上设置有轨道槽(1h)；

在所述二次气体保护罩上靠近枪体外壳的一侧设置有嵌入到所述轨道槽内的定位块。

4.根据权利要求1或2所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述钨极系统包括钨极杆(2b)，所述钨极杆(2b)从枪体外壳(1a)中间穿过，其前端和后端都暴露在枪体外壳(1a)的外部，在所述钨极杆(2b)的前端穿出部分上固定安装有钨极(2a)。

5.根据权利要求4所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述钨极与所述钨极杆呈预定角度；在所述钨极杆的后端上设置有钨极螺纹(2c)；所述钨极系统还包括与所述钨极螺纹通过螺杆相连的钨极电机(2d)。

6.根据权利要求1所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述送丝系统包括送丝杆(3a)、送丝杆支架(3b)和调整螺杆(3c)，其中，所述送丝杆支架的一端与送丝杆呈预定角度并固接为一体，另一端与调整螺杆固接。

7.根据权利要求1或6所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述调整螺杆(3c)可带动送丝杆(3a)旋转。

8.根据权利要求1所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述摄像系统(5)包括连接支架(5a)，在所述连接支架(5a)上设置有固定杆(5b)和调整杆(5c)，其中，所述调整杆(5c)是可伸缩的。

9.根据权利要求1或8所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述摄像系统(5)还包括摄像机(5d)，所述摄像机(5d)中部与固定杆可旋转地连接，所述摄像机尾部与调整杆可旋转地连接，在所述摄像机的前端设置有摄像头(5e)和照明灯(5f)。

10.根据权利要求1所述的无限回转窄间隙焊接机头，其特征在于，所述焊接机头安装在可转动的机头调整系统(6)上。