CN105710541B

CN105710541B - 一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置

Info

Publication number: CN105710541B
Application number: CN201610224726.2A
Authority: CN
Inventors: 韩毅; 杨硕林
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: JIANGSU RUNFU MECHANICAL ROLL MANUFACTURING Co.,Ltd.
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2036-04-12
Also published as: CN105710541A

Abstract

一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，所述装置由对接装置、加热装置和供电设备组成；对接装置包括支撑平台、夹具、升降架和支撑座；在支撑平台的一侧表面上加工滑移槽，滑移槽中安装螺杆，螺杆上套接进给螺母，进给螺母的顶端与升降架固接；升降架表面固接升降板，升降板与夹具顶板固接，夹具顶板与夹具底板上下配合固定进给焊管，夹具底板底部滑动连接在滑移槽中；在支撑平台另一侧安装支撑座，支撑座上安装旋转焊管；加热装置分为两套并分别与供电设备相接。本发明采用双向脉冲电流对大口径焊管焊接区进行对接摩擦加热焊接，减少焊接过程中的缺陷，提高焊缝组织性能和力学性能。

Description

一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置

技术领域

本发明涉及大口径圆管焊接技术领域，尤其是一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置。

背景技术

摩擦焊是一种利用压力和摩擦热使工件连接在一起的固态连接方法。目前我国摩擦焊接技术的应用比较广泛，可焊接圆管尺寸范围也是非常广泛，近年来随着我国航空航天以及高铁事业的发展，也加速摩擦焊技术的向这些领域渗透。圆管对接焊接时，由电动机带动一个工件旋转,同时把另一工件压向旋转工件，使其接触面相互摩擦产生热量和一定塑性变形,然后减速停止旋转,同时施加顶锻压力完成焊接。对于大口径焊管的焊接一般都采用对接摩擦焊，比较其他焊接方法，这样可以保证环形焊缝质量均匀性，但是随着工业生产对大口径焊管的质量要求越来越高，现在的热处理方式根本解决不了焊缝质量不均匀，组织性能差的缺点，而且热处理时，也会很容易出现处理不均匀的缺点，针对以上问题，发明一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置来满足生产需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种焊缝组织性能均匀、安全可靠、操作简单的基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述装置由对接装置、加热装置和供电设备组成；所述对接装置包括支撑平台、夹具、升降架和支撑座；夹具由夹具顶板和夹具底板组成；在支撑平台的一侧表面上加工条形滑移槽，在滑移槽中安装螺杆，螺杆上套接进给螺母，进给螺母的顶端与升降架的底端固接在一起；所述升降架与支撑平台为垂直状态，升降架为立式板体结构，内侧表面固接升降板，升降板与夹具顶板固接，夹具顶板与夹具底板上下配合连接并在连接处形成圆形卡口，在圆形卡口中安装进给焊管，夹具底板的底部滑动连接在滑移槽中；在支撑平台的另一侧端面上立式安装支撑座，在支撑座上横向安装旋转焊管，支撑座与升降架为纵向平行状态，旋转焊管与进给焊管为水平对接状态；

所述加热装置分为两套并分别与供电设备相接，两套加热装置采用上下对称的安装结构设置在进给焊管和旋转焊管的上下方，上方加热装置呈M形结构，下方加热装置呈W形结构，加热装置的两个端头均设有接触辊，在接触辊端面设有一层石墨外套，所述两个石墨外套分别与进给焊管、旋转焊管滚动接触。

进一步的，所述供电设备由IGBT模块、变压器、整流桥和加热电路组成，IGBT模块的输出端连接变压器，变压器的输出端与整流桥连接，整流桥外接加热电路，加热电路设有两个断点，断点处与加热装置的石墨外套相接。

进一步的，所述每套加热装置由两组左右对称的加热组件组成，每组加热组件包括连接支架、调节螺杆、双头螺母、调节轴承、主架、接触辊调节螺钉、接触辊固定轴、固润滑套、支撑架、接触辊、旋转轴承、石墨外套；每组加热组件上的连接支架后端与调节螺杆垂直固接，调节螺杆的另一端与主架连接，在调节螺杆与主架连接处设有调节轴承，调节螺杆与调节轴承相互配合；在调节螺杆上套接双头螺母所述主架端部开设孔槽，在孔槽中固定安装环状支撑架，在支撑架中心孔中安装固润滑套，固润滑套的内部安插连接接触辊固定轴；所述接触辊固定轴的前端通过旋转轴承与接触辊连接，在接触辊的端面上套有一层石墨外套；接触辊固定轴的尾端与接触辊调节螺钉连接，接触辊调节螺钉从主架外部插入后与接触辊固定轴尾端连接；两组加热组件上的连接支架前端对称连接在加热装置上，形成M形或W形左右对称结构。

进一步的，所述连接支架为斜向上方向，调节螺杆为斜向下方向。

进一步的，所述石墨外套的外表面为锥面。

进一步的，所述夹具底板与夹具顶板均呈上下半圆弧孔槽状结构，通过对接边缘位置孔槽内的滑移轴进行固定安装，夹具顶板顶部位置与升降板底部进行固定连接，夹具底板底部为平面并滑动安装在滑移槽中，升降架底部连接在进给螺母上并配合滑移槽进行横向移动。

工作过程大致如下：

焊管上下均设置脉冲加热装置，形成双向焊管加热，加热更加充分，所述IGBT模块作为脉冲电源，整合电源后输出电流经过变压器、整流桥，使得稳定脉冲电流进入加热电路，对焊缝区进行持续加热配合对接摩擦实施焊接过程。加热电路对应加热装置形成的闭合回路，整合电流经过导电的加热装置接触辊上的石墨外套流经焊缝位置，通过另一端接触辊形成闭合回路，上下加热装置原理相同，使得焊管焊缝加热更加精密全面，加热装置工作同时，旋转焊管幅度旋转，进给焊管通过夹具底板与夹具顶板配合对其进行充分固定，并且通过进给螺母在螺杆上的精密进给，带动升降架和夹具底板等在滑移槽内进给滑动，使得焊管对接产生摩擦对接，配合脉冲电流加热实施焊接过程。在此过程中，斜置的调节螺杆可以通过双头螺母进行距离调节，使接触辊与焊管持续接触，配合接触辊调节螺钉对接触辊固定轴的调节，充分保证焊管尺寸和距离加热范围的适应性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用双向脉冲电流对大口径焊管焊接区进行对接摩擦加热焊接，减少焊管焊接过程中缺陷产生，有效提高焊缝组织性能和力学性能。

2、采用接触辊斜置接触以及机床式精密进给技术，配合调节装置对接触辊的接触位置和距离调节功能，充分保证大口径对接焊管的加热焊接性能。

附图说明

图1是本发明的主剖视图。

图2是本发明的电路原理图。

附图标号：1—连接支架；2—调节螺杆；3—双头螺母；4—调节轴承；5—主架；6—接触辊调节螺钉；7—支撑座；8—旋转焊管；9—接触辊固定轴；10—固润滑套；11—支撑架；12—接触辊；13—旋转轴承；14—石墨外套；15—支撑平台；16—进给螺母；17—螺杆；18—滑移槽；19—升降架；20—夹具底板；21—滑移轴；22—夹具顶板；23—升降板；24—进给焊管；25—IGBT模块；26—整流桥；27—加热电路；28—焊缝区；29—变压器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明所述装置由对接装置、加热装置和供电设备组成；所述对接装置包括支撑平台15、夹具、升降架19和支撑座7；夹具由夹具顶板22和夹具底板20组成；在支撑平台的一侧表面上加工条形滑移槽18，在滑移槽中安装螺杆17，螺杆上套接进给螺母16，进给螺母的顶端与升降架的底端固接在一起；所述升降架与支撑平台为垂直状态，升降架为立式板体结构，内侧表面固接升降板23，升降板与夹具顶板固接，夹具顶板与夹具底板上下配合连接并在连接处形成圆形卡口，在圆形卡口中安装进给焊管24，夹具底板的底部滑动连接在滑移槽中；在支撑平台的另一侧端面上立式安装支撑座，在支撑座上横向安装旋转焊管8，支撑座与升降架为纵向平行状态，旋转焊管与进给焊管为水平对接状态。

所述加热装置分为两套并分别与供电设备相接，两套加热装置采用上下对称的安装结构设置在进给焊管和旋转焊管的上下方，上方加热装置呈M形结构，下方加热装置呈W形结构，加热装置的两个端头均设有接触辊，在接触辊端面设有一层石墨外套，所述两个石墨外套分别与进给焊管、旋转焊管滚动接触。所述每套加热装置由两组左右对称的加热组件组成，每组加热组件包括连接支架1、调节螺杆2、双头螺母3、调节轴承4、主架5、接触辊调节螺钉6、接触辊固定轴9、固润滑套10、支撑架11、接触辊12、旋转轴承13、石墨外套14；每组加热组件上的连接支架后端与调节螺杆垂直固接，调节螺杆的另一端与主架连接，在调节螺杆与主架连接处设有调节轴承，调节螺杆与调节轴承相互配合；在调节螺杆上套接双头螺母所述主架端部开设孔槽，在孔槽中固定安装环状支撑架，在支撑架中心孔中安装固润滑套，固润滑套的内部安插连接接触辊固定轴；所述接触辊固定轴的前端通过旋转轴承与接触辊连接，在接触辊的端面上套有一层石墨外套；接触辊固定轴的尾端与接触辊调节螺钉连接，接触辊调节螺钉从主架外部插入后与接触辊固定轴尾端连接；两组加热组件上的连接支架前端对称连接在加热装置上，形成M形或W形左右对称结构。

所述连接支架为斜向上方向，调节螺杆为斜向下方向。

所述石墨外套的外表面为锥面。

如图2所示，供电设备由IGBT模块25、变压器29、整流桥26和加热电路27组成，IGBT模块的输出端连接变压器，变压器的输出端与整流桥连接，整流桥外接加热电路，加热电路设有两个断点，断点处与加热装置的石墨外套相接，石墨外套与进给焊管和旋转焊管贴合接触形成焊缝区28。

打开IGBT模块中脉冲电源开关，脉冲供电装置开始运行，电流经过变压器进行低压处理，进入整流桥中，使得电流转化为脉冲电流进入加热电路中，这时，正极一端连接在一侧加热装置上，负极一端连接在另一侧，脉冲电流经过一侧加热装置，流经焊管对接所述焊缝区，然后经由另一侧加热装置流出返回负极，形成对接摩擦焊加热焊接过程。

上述结构中，焊管上下均设置脉冲加热装置，形成双向焊管加热，加热更加充分，上下加热装置原理相同，使得焊管焊缝加热更加精密全面，加热装置工作同时，旋转焊管幅度旋转，进给焊管通过所述夹具底板与所述夹具顶板配合，对其进行充分固定，并且通过进给螺母在所述螺杆上的精密进给，带动升降架和夹具底板等在滑移槽内进给滑动，使得焊管对接产生摩擦对接行为，配合脉冲电流加热实施焊接过程。

考虑到装置使用过程中面对焊管口径不同以及所述石墨外套磨损情况，斜置的调节螺杆可以通过双头螺母进行距离调节，使得接触辊与焊管持续接触，配合接触辊调节螺钉对接触辊固定轴的调节，充分保证焊管尺寸和距离加热范围的适应性，一定程度上提高工厂焊管对接焊缝的组织性能和力学性能。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，其特征在于：所述装置由对接装置、加热装置和供电设备组成；所述对接装置包括支撑平台、夹具、升降架和支撑座；夹具由夹具顶板和夹具底板组成；在支撑平台的一侧表面上加工条形滑移槽，在滑移槽中安装螺杆，螺杆上套接进给螺母，进给螺母的顶端与升降架的底端固接在一起；所述升降架与支撑平台为垂直状态，升降架为立式板体结构，内侧表面固接升降板，升降板与夹具顶板固接，夹具顶板与夹具底板上下配合连接并在连接处形成圆形卡口，在圆形卡口中安装进给焊管，夹具底板的底部滑动连接在滑移槽中；在支撑平台的另一侧端面上立式安装支撑座，在支撑座上横向安装旋转焊管，支撑座与升降架为纵向平行状态，旋转焊管与进给焊管为水平对接状态；

所述加热装置分为两套并分别与供电设备相接，两套加热装置采用上下对称的安装结构设置在进给焊管和旋转焊管的上下方，上方加热装置呈M形结构，下方加热装置呈W形结构，加热装置的两个端头均设有接触辊，在接触辊端面设有一层石墨外套，所述两个石墨外套分别与进给焊管、旋转焊管滚动接触；

所述供电设备由IGBT模块、变压器、整流桥和加热电路组成，IGBT模块的输出端连接变压器，变压器的输出端与整流桥连接，整流桥外接加热电路，加热电路设有两个断点，断点处与加热装置的石墨外套相接。

2.根据权利要求1所述的一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，其特征在于：所述每套加热装置由两组左右对称的加热组件组成，每组加热组件包括连接支架、调节螺杆、双头螺母、调节轴承、主架、接触辊调节螺钉、接触辊固定轴、固润滑套、支撑架、接触辊、旋转轴承、石墨外套；每组加热组件上的连接支架后端与调节螺杆垂直固接，调节螺杆的另一端与主架连接，在调节螺杆与主架连接处设有调节轴承，调节螺杆与调节轴承相互配合；在调节螺杆上套接双头螺母所述主架端部开设孔槽，在孔槽中固定安装环状支撑架，在支撑架中心孔中安装固润滑套，固润滑套的内部安插连接接触辊固定轴；所述接触辊固定轴的前端通过旋转轴承与接触辊连接，在接触辊的端面上套有一层石墨外套；接触辊固定轴的尾端与接触辊调节螺钉连接，接触辊调节螺钉从主架外部插入后与接触辊固定轴尾端连接；两组加热组件上的连接支架前端对称连接在加热装置上，形成M形或W形左右对称结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，其特征在于：所述连接支架为斜向上方向，调节螺杆为斜向下方向。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，其特征在于：所述石墨外套的外表面为锥面。

5.根据权利要求1所述的一种基于大口径焊管脉冲电流加热对接摩擦焊装置，其特征在于：所述夹具底板与夹具顶板均呈上下半圆弧孔槽状结构，通过对接边缘位置孔槽内的滑移轴进行固定安装，夹具顶板顶部位置与升降板底部进行固定连接，夹具底板底部为平面并滑动安装在滑移槽中，升降架底部连接在进给螺母上并配合滑移槽进行横向移动。