CN1066204A - 弯头内壁自动堆焊方法 - Google Patents

Abstract

一种弯头内壁自动堆焊方法，是由电机在驱动弯 头旋转的同时，也实现弯头沿曲率的轴向进给；焊枪 处于平焊位置，进行摆动堆焊，摆宽对应于不同堆焊 部位而作实时变化，弯头的旋转速度与摆宽密切相 关。弯头的旋转，焊枪的摆动均由微机智能系统控 制。本方法能代替手工堆焊，并保证弯头内壁空间曲 面各处堆焊层厚度均匀一致，内在质量优等，满足加 氢等重要产品的技术要求。

Description

本发明涉及弯头类内壁空间曲面的自动堆焊方法。

弯头内壁自动堆焊是在直管内壁自动堆焊的基础上发展起来的。1987年，哈尔滨焊接研究所研制成功了一台多功能直管内壁堆焊机，成功地应用于第一重型机器厂、上海锅炉厂、抚顺机械厂的多台加氢反应器和换热器的直管内壁堆焊生产中。日本受知公司及室兰公司也有类似的直管堆焊设备。这种直管内壁自动堆焊的特点是：管件作匀速旋转，焊枪沿轴向进给，实现内壁螺向自动堆焊。由于堆焊层为一园柱面，焊枪的摆动宽度l_O在堆焊过程中是固定不变的。因此这种设备只能用于直管堆焊，不能适用于弯头内壁空间曲面的自动堆焊。

弯头内壁空间曲面的自动堆焊，国内外一直没有解决，国内外加氢反应器的主要制造厂，其弯头内壁堆焊都是采用手工焊条堆焊。手工堆焊不仅堆焊效率低，在工件预热250℃的环境中，把手伸到弯头内堆焊、工人的劳动条件艰苦，堆焊层内在质量和外观质量都很差，很难达到加氢等重要产品的技术要求。

本发明的目的在于，实现弯头内壁的自动堆焊，代替手工堆焊，并保证弯头内壁空间曲面各处堆焊层厚度均匀一致，堆焊层表面平整光滑，堆焊层内部不得有气孔，夹渣及未熔合等缺陷，内在质量优等，能满足加氢等重要产品的技术要求。

本发明的目的是这样实现的：在弯头内壁空间曲面上进行自动堆焊一层或多层性能与母材性能不同，且堆焊层各处厚度均匀的金属材料时，由一台电机驱动装有弯头的机架旋转，同时也驱动齿轮传动链，拨动弧形齿条，实现了弯头沿曲率的轴向进给。焊枪处于平焊位置进行摆动堆焊。焊枪进行均匀摆动，摆宽对应于不同的堆焊部位而作实时变化。堆焊时位相角θ处的摆宽l_θ与直管堆焊的摆宽l₀，弯头内径D，弯头曲率半径R有关，且遵循摆宽l_θ＝l₀[1-（D/2R）cosθ]的规律，呈周期性变化。弯头的旋转速度与摆动宽密切相关，且循“摆宽×转速＝常数”的规律呈周期性变化，该常数与工艺方法有关，一般为400～2000毫米²/分。例如采用钨极氩弧焊时，常数可为450毫米²/分，而采用熔化极气体保护焊时，常数可达1500毫米²/分左右。弯头的旋转速度，焊枪摆动的摆宽变化均由微机智能系统控制。堆焊过程采用弧压自动调节技术，弧长调节范围为±30毫米。

本发明弯头内壁自动堆焊方法，弯头装夹后，在电机驱动下周期变速旋转，并可同时沿曲率轴向进给，在平焊位置，实现了弯头内壁螺向自动摆动过程，代替了手工堆焊。由于本发明方法，焊枪的摆宽受微机控制，随弯头旋转堆焊处的变化而按l_θ＝l₀[1-（D/2R）cosθ]的规律周期变化，以摆宽的量值为信号，通过微机控制该电机，使其循“摆宽×转速＝常数”的规律变化，这样就保证了单位时间内堆焊面积相同，即堆焊层厚度相同，也保证了堆焊层化学成分的均匀。此外焊枪受弧压自动调节系统控制，可上下移动，自动调节弧长稳定。由于可调节范围（±30毫米）较宽，在堆焊过程中能克服堆焊面的不园整性，保证了弧长和堆焊过程的稳定性，放宽了对弯头成形，内表面准备及装卡精度的要求，具有很好的工艺性。总之，本发明方法实现了弯头内壁自动堆焊的要求，与手工堆焊相比，可提高效率5倍以上，大大降低了工人的劳动强度，保证了堆焊层内外质量，进而提高了反应器等容器的长期使用寿命和工作运行的安全可靠性。

下面结合附图说明一种实施本发明方法的装置的细节及其工作过程。

图1为弯头示意图。

图2为弯头堆焊焊道一周展开示意图。

图3为弯头堆焊主机示意图

图1中，R：弯头曲弯半径，D：弯头内径。

图2中，曲线1为堆焊焊道一周展开示意图。

曲线2为l_θ＝l_O[1-（D/2R）cosθ]曲线，

式中R：弯头曲弯半径，D：弯头内径，l_O：直管堆焊摆宽，l_θ：θ处的摆宽，θ：堆焊处的位相角。

图3中，1、电机  2、机架  3、卡具  4、行轮  5、定齿轮  6、齿轮  7、弧形齿条  8、弧形轨道  9、弧压调节执行机构  10、焊枪摆动机构  11、送丝机  12、焊丝盘  13、焊枪。

在图3中，弯头装卡在卡具（3）上（图中弯头未画出），电机（1）驱动机架（2）-卡具（3）带动弯头旋转的同时，行轮（4）在定齿轮（5）上滚动，行轮（4）的自转通过蜗轮付驱动齿轮（6），使齿轮（6）转动，即拨动卡具上的弧形齿条（7）运动，使卡具沿其弧形轨道（8）移动，实现了弯头的曲率轴向进给。

焊枪（13）处于平焊位置，受焊枪摆动机构（10）驱动进行摆动堆焊，其摆宽受微机（图中未画出）控制，随弯头旋转堆焊处的变化而按l_θ＝l_O[1-（D/2R）cosθ]的规律作周期变化。以摆宽的量值为信号，通过微机控制该电机（1），使其循“摆宽×转速＝常数”的规律变化。弯头的旋转与沿曲率轴向进给这两个运动同步连续进行，并受同一台变速电机（1）驱动，其单位转角的进给量相同，与旋转速度变化无关。

采用本发明方法曾堆焊了一个碳钢弯头。弯头示意图如图1所示，弯头堆焊焊道一周展开示意图如图2所示。其曲率半径R＝350毫米，内径D＝250毫米，堆焊工艺采用填丝钨极氩弧堆焊。焊丝直径为1.2mm，送丝机（11）把焊丝从焊丝盘（12）直接送入堆焊熔池中。堆焊的金属材料为超低碳不锈钢309L。堆焊参数如下表：

焊接电压（V）	焊接电流（I）	焊速×摆宽＝常数毫米／分  毫米  平方毫米／分
			13	250	（50～150）×（3～9）＝450

本实施例采用弧压自动调节技术，由弧压调节执行机构（9）使弧长调节范围为±10毫米。经4小时连续自动堆焊，堆满了一层，堆焊层表面整齐光滑，对堆焊件进行着色、超声探伤检验，末发现任何缺陷。经切割实测表明，堆焊层各处厚度均匀。由于本发明方法自动化程度很高，起弧后操作工在堆焊过程中，末作任何处置，大大改善了劳动条件。

本发明方法由于弯头旋转速度、焊枪摆动的摆宽均由微机智能系统控制，即使突然断电，重新起弧也能记忆不同堆焊处所对应的摆宽和转速。

实现本发明方法的弯头自动堆焊机与直管堆焊机有很好的兼容性和配套性，可共用电源、电控主拒、摆动机头等，形成成套技术。

Claims (6)

1、一种在弯头内壁空间曲面上，自动堆焊一层或多层不同于母材性能的金属材料，且堆焊层各处厚度均匀的方法，其特征在于，电机(1)在驱动装有弯头的机架(2)旋转的同时，驱动齿轮传动链，拔动弧形齿条(7)，实现了弯头沿曲率的轴向进给；焊枪(13)处于平焊位置，进行摆动堆焊。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焊枪（13）均匀摆动，摆宽对应于不同堆焊部位而作实时变化，堆焊时位相角θ处的摆宽l_θ与直管堆焊的摆宽l_O，弯头内径D，弯头曲率半径R有关，且遵循摆宽l_θ＝l_O[1-（D/2R）cosθ]的规律，呈周期性变化。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，弯头的旋转速度与摆宽密切相关，且循“摆宽×转速＝常数”的规律呈周期性变化，该常数与工艺方法有关，一般为400～2000毫米²/分。

4、根据权利要求1，3所述的方法，其特征在于，弯头的旋转与沿曲率轴向进给，这两个运动同步连续进行，并受同一台变速电机（1）驱动，其单位转角的进给量相同，与旋转速度变化无关。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为在堆焊过程中，能克服堆焊面的不园整性，保证弧长和堆焊过程的稳定性，采用弧压自动调节技术，弧长调节范围为±30毫米。

6、根据权利要求1，2，3所述的方法，其特征在于，弯头的旋转速度，焊枪摆动的摆宽变化，均由微机智能系统控制，能记忆不同堆焊处所对应的摆宽和转速。

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