CN106825878B - 一种管板自动焊机定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于绕管换热器领域，尤其涉及换热管管口与管板的回转氩气保护自动焊接领域，特别涉及一种管板自动焊机定位装置，该装置设置水平、垂直和前后直线移动导轨，锥形定位心轴与调速电机回转中心同轴，进行径向与轴向定位，为先实现焊接机头的锥形定位心轴与工件换热管的定位，再实现锥形定位心轴的回缩，让开焊缝位置，不影响焊接；为保证定位心轴回缩后焊接机头的回转中心不发生偏移，与换热管的中心不同轴，影响焊接，各移动锁紧机构采用随地锁紧的方式。本发明的目的在于提供一种先实现焊接机头的锥形定位心轴与工件换热管的定位再实现锥形定位心轴的回缩、让开焊缝位置且不影响焊接的管板自动焊机定位装置。

Description

一种管板自动焊机定位装置

技术领域

本发明属于绕管换热器领域，尤其涉及换热管管口与管板的回转氩气保护自动焊接领域，特别涉及一种管板自动焊机定位装置。

背景技术

在化工、空气分离、轻工等行业，广泛应用各种不锈钢绕管换热器。绕管换热器换热管绕制完成后，两端需要穿过管板孔，并与管板焊接密封，一般对于不锈钢产品采用氩弧焊。管板焊接可以采用手工氩弧焊接和自动氩弧焊接；手工焊接灵活、方便，但焊缝外观及内在质量不稳定；采用自动焊机进行焊接，焊缝能达到稳定的外观及内在质量。

换热管与管板焊接的焊缝型式主要包括角焊缝与平焊缝两种形式。当换热管壁厚较薄（1mm左右）时，换热管极易烧穿，无法采用角焊缝，此时采用平焊缝形式，能达到更好的焊缝强度，减少泄漏，提高产品质量。

管板自动焊接的方式为，定位心轴插入管孔中定位，焊接机头上的电机带动焊把作回转运动，进行焊接加工。焊接加工一个孔板后，需要移动焊接机头将心轴插入另一孔板中进行下一个孔板焊接。为保证焊接机头对中方便，焊接机头固定在焊接机架上，能进行X、Y、Z三坐标平行移动，且自动焊机的机架各移动部件采用直线运动轴承连接。

但是采用平焊缝焊接时，由于焊缝液体的流动作用，凝固后焊缝余高会超过管子内壁，使孔口尺寸小于管子内径，此时采用圆柱心轴定位时，由于孔口缩小，出现心轴不易从管孔中拔出现象，甚至根本无法将定位心轴拔出，严重影响管板自动焊接的正常进行。

如何保证焊接时能够可靠定位，且又能顺利更换焊接位置，是保证焊接质量与焊接效率的一个关键因素。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足而提供一种先实现焊接机头的锥形定位心轴与工件换热管的定位再实现锥形定位心轴的回缩、让开焊缝位置且不影响焊接的管板自动焊机定位装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种管板自动焊机定位装置，包括底座、垂直于底座的立柱、垂直于立柱的连接板、分别垂直于立柱及连接板的横臂、机头水平移动直线导轨、机头垂直移动直线导轨、机头前后移动直线导轨及焊接机头；机头水平移动直线导轨的导轨体安装在底座上面，导轨座安装在立柱的底面上；机头垂直移动直线导轨的导轨体安装在立柱上，导轨座安装在直线导轨座连接板的一侧；机头前后移动直线导轨的导轨体安装在横臂上，导轨座安装在连接板的另一侧；焊接机头安装在横臂端部，包括调速电机、焊嘴及锥定位心轴，锥形定位心轴与调速电机回转中心同轴，锥形定位心轴插入要焊接的换热管孔中，进行径向与轴向定位，锥形定位心轴的前端小于管孔内径，大端大于管孔内径，锥形心轴插入管孔后，圆锥的锥面贴紧孔口进行定位，焊嘴由调速电机驱动作回转运动进行焊接。

沿水平、垂直、前后导轨运动方向各布置有移动锁紧机构。

所述移动锁紧机构包括壳体、锁紧气缸、横杆、气缸杆、滑柱、夹紧块及夹紧条；夹紧条沿直线导轨的导轨体方向布置，壳体与直线导轨的导轨座安装在同一部件上，锁紧气缸提供锁紧动力，横杆插入气缸杆与两个滑柱的长方孔中，滑柱下端斜隼面插入夹紧块的斜孔中；在气缸的作用下，横杆带动两滑柱沿轴线滑动，两滑柱下端斜隼带动夹紧块作横向开合滑动，当气缸杆伸出，两滑柱向下移动，则两夹紧块向中间移动，夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面接触，实现锁紧。

横杆的三段弧面分别与长方孔配合，所述横杆上设置有三段弧面，分别与长方孔相配合。

前后导轨运动方向上安装有前后移动锁紧机构，所述前后移动锁紧机构安装在安装板上，所述安装板与连接板固定连接，所述机头前后移动直线导轨的导轨座及前后移动锁紧机构的气缸均安装在安装板上，气缸支座与插入气缸的活塞杆相连接，固定在连接板上。

调节螺钉由螺纹安装在安装板上，能用其螺纹调节伸出长短，并通过螺母幷紧；定位块安装在直线导轨座连接板上。

本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明的管板自动焊机定位装置为先实现焊接机头的锥形定位心轴与工件换热管的定位，再实现锥形定位心轴的回缩，让开焊缝位置，不影响焊接；本发明能够保证焊接机头左右、上下、前后三维平行移动。各运动运动部位采用滚动直线导轨，保证焊机机头移动灵活。

另外，为保证定位心轴回缩后焊接机头的回转中心不发生偏移，与换热管的中心不同轴，影响焊接，各移动锁紧机构采用随地锁紧的方式。

当锁紧机构的气缸杆伸出，两滑柱向下移动，则两夹紧块向中间移动，夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面接触，实现锁紧。

横杆的三段弧面分别与长方孔配合，能够保证横杆有一定量的摆动，保证在任意位置将夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面锁紧，避免因为锁紧导致运动部件侧向位移。

调节调节螺钉伸出量，能够调整气缸的活塞杆的伸出量，从而调节锥形定位心轴的缩回距离。定位块能够限定活塞杆的伸出距离。

附图说明

图1是绕管换热器端面示意图。

图2是图1的局部剖面图。

图3是管板与换热管焊缝形式图。

图4为本发明管板自动焊机定位装置的结构图。

图5为图4的俯视图。

图6为图4的局部后视图。

图7为图6的右视图（局部放大）。

图8为图6的俯视图（局部放大）。

图9为锁紧机构的剖视图。

图10为锥形定位心轴与换热管对中定位工作视图。

图11为回转机头工作时定位心轴位置视图。

图中 1.绕管换热器管板结构，2.管板，3. 换热管，4. 管板自动焊机定位装置，5.支撑螺栓，6. 底座，7. 机头水平移动直线导轨，8. 水平移动锁紧机构，9. 立柱，10. 锥形定位心轴，11. 焊嘴，12. 调速电机，13. 垂直移动锁紧机构，14. 机头垂直移动直线导轨，15. 横臂，16. 机头前后移动直线导轨，17. 直线导轨座连接板，18. 气缸，19. 前后移动锁紧机构，20.安装板，21. 气缸支座，22. 调节螺钉，23. 定位块，24. 锁紧气缸，25. 气缸杆，26. 壳体，27. 横杆，28. 滑柱，29. 夹紧块，30. 夹紧条。

具体实施方式

绕管换热器1端部结构如图1所示，换热管3按一定规律等距排列穿过管板2，再将换热管管端距管板端面1-2mm刮平，如图2所示。换热管管端刮平后，即可进行焊接，焊接后焊缝型式如图3所示。

利用本发明的管板自动焊机定位装置4进行焊接时，需要先将锥形定位心轴插入管孔中，焊嘴绕换热管做圆周运动，完成焊接。当焊接完成一个换热管后，需要将定位心轴从管孔中拔出，移动自动焊机机头，对下一根换热管进行焊接。

一种管板自动焊机定位装置，如图4-11所示，包括底座6、垂直于底座的立柱9、垂直于立柱的连接板17、分别垂直于立柱及连接板的横臂15、机头水平移动直线导轨7、机头垂直移动直线导轨14、机头前后移动直线导轨16及焊接机头；机头水平移动直线导轨的导轨体装在底座上面，导轨座装在立柱的底面，保证焊接机头水平移动。机头垂直移动直线导轨的导轨体装在立柱上，导轨座装在直线导轨座连接板17的一侧，保证焊接机头垂直移动。机头前后移动直线导轨的导轨体装在横臂上，导轨座安装在安装板20上，安装板安装在连接板的另一侧，保证焊接机头前后移动。

焊接机头装在横臂端部，包括调速电机12、焊嘴11、锥定位心轴10等零部件，锥形定位心轴与调速电机回转中心同轴，插入换热管管孔中，能同时进行径向与轴向定位；焊嘴由调速电机驱动作回转运动进行焊接。

当定位心轴插入换热管对中定位后，需要将机头进行锁紧，然后进行旋转焊接。沿水平、垂直、前后导轨运动方向各布置有移动锁紧机构。为保证各运动部位锁紧时焊接机头不出现偏移，设计的锁紧机构如图9所示。锁紧机构的夹紧条30沿直线导轨体方向布置。锁紧机构的壳体26与直线导轨座安装在同一部件上，锁紧气缸24提供锁紧动力，横杆27插入气缸杆25与两个滑柱28的长方孔中，横杆的三段弧面分别与长方孔配合，滑柱下端斜隼面插入夹紧块29的斜孔中。在气缸杆的作用下，横杆带动两滑柱沿轴线滑动，两滑柱下端斜隼带动夹紧块作横向开合滑动。当气缸杆伸出，两滑柱向下移动，则两夹紧块向中间移动，夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面接触，实现锁紧。横杆的三段弧面配合，能够保证横杆有一定量的摆动，保证在任意位置将夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面锁紧，避免因为锁紧导致运动部件侧向位移。

移动焊接机头、将锥形定位心轴插入换热管的管口中，实现设备与工件的定位，如图10所示，此时锁紧焊接机头进行焊接，定位心轴会对焊接过程及焊缝产生影响。如果如图11所示，将锥形定位心轴沿轴线缩回一定距离，此时进行回转焊接，则可以避免定位心轴会对焊接过程产生影响。

水平导轨运动方向设置有水平移动锁紧机构8，垂直导轨运动方向设置有垂直移动锁紧机构13，前后导轨运动方向设置有前后移动锁紧结构19。

实现定位心轴缩回的结构如7、图8所示，前后导轨运动方向上安装前后移动锁紧机构，所述前后移动锁紧机构安装在安装板上，所述机头前后移动直线导轨的导轨座及前后移动锁紧机构的气缸18均安装在安装板上，气缸支座21与插入气缸的活塞杆相连接，固定在直线导轨座连接板上。

调节螺钉22由螺纹安装在安装板上，能用其螺纹调节伸出长短，并通过螺母幷紧；定位块23安装在直线导轨座连接板上。安装板锁紧在导轨上后，气缸缩回，带动直线导轨座连接板向后移动，当调节螺钉22端面与定位块23端面顶紧后，气缸运动停止。调节调节螺钉22伸出的长度，能够调节直线导轨座连接板回缩距离。

定位心轴中心是旋转焊接机头及焊嘴的回转中心，定位心轴插入换热管孔中保证焊嘴回转中心与管板焊缝同心，保证焊接正常进行。锥形定位心轴的前端小于管孔内径，大端大于管孔内径，锥形心轴插入管孔后，圆锥的锥面贴紧孔口进行定位。由于锥面与孔口贴紧没有间隙，定心精度会比圆柱心轴定位高。应用锥形心轴，当机头后退回缩时，心轴能与换热管端离开一定距离，让开焊缝位置，避免焊接时心轴影响焊接。

当前后移动锁紧机构锁紧时，安装板与横臂锁为一体，此时气缸工作，则横臂会相对连接板沿导轨方向移动，如果此时水平移动锁紧机构与垂直移动锁紧机均锁紧，即可实现横臂移动带动锥形定位心轴回缩，连接板与安装板为“合”的状态。

为实现锥形定位心轴的定位与回缩，气缸需要顺序动作。首先水平移动锁紧机构、垂直移动锁紧机构、前后移动锁紧机构有杆腔进气，气缸杆缩回、各锁紧机构松开，可以移动焊接机头，此时气缸的有杆腔进气，活塞杆缩回，直线导轨座连接板与锁紧机构安装板为“合”的状态；当锥形定位心轴插入换热管的孔口完成定位后，首先三个锁紧机构气缸的无杆腔进气，气缸杆伸出、各锁紧机构锁紧，然后气缸的无杆腔进气，活塞杆伸出，连接板与安装板为“开”的状态，横臂向后微量移动，此时锥形定位心轴从定位状态变位缩回状态。各气缸的顺序动作可以由气路与电气控制保证。设计的锁紧机构实现随地锁紧，能够使锥形定位心轴缩回时定位不被破坏，焊嘴的回转中心不变，保证回转焊接的正常进行。

将本发明的管板自动焊机定位装置放置于管板前的合适位置，使焊接机头相对管板。调节4只支撑螺栓5，并移动机架，使焊机回转中心基本垂直于管板的端面。

接通气源、电源。根据施焊要求设定焊接参数。根据换热管内径大小选择锥形定位心轴，调节焊嘴相对于锥形定位心轴的位置。

检查控制按钮，使各锁紧机构处于松开状态，直线导轨座连接板与锁紧机构安装板为“合”的状态。移动焊接机头，将锥形定位心轴插入到换热管的管口中。按动控制按钮，水平移动锁紧机构、垂直移动锁紧机构、前后移动锁紧机构的气缸动作，各导轨锁紧机构锁紧，机头位置锁定，如图10所示。各锁紧机构气缸动作完成后，在顺序控制气路的作用下，气缸的无杆腔进气，活塞杆伸出，直线导轨座连接板与锁紧机构安装板为“开”的状态，横臂向后移动，带动锥形定位心轴回缩，让开焊缝位置，如图11所示。以上动作均由气路控制，一次按钮操作顺序完成。之后，可操作焊机，调速电机带动焊嘴转动，进行自动焊接。

一个换热管与管板焊接完成后，操作按钮，各导轨锁紧机构松开，气缸活塞杆缩回，焊接机头处于能够自由移动状态。移动焊接机头，将锥形定位心轴插入下一个换热管的管口中进行定位，重复上面的过程，进行管板自动焊接。

Claims (2)

1.一种管板自动焊机定位装置，包括底座、垂直于底座的立柱、垂直于立柱的连接板、分别垂直于立柱及连接板的横臂、机头水平移动直线导轨、机头垂直移动直线导轨、机头前后移动直线导轨及焊接机头；其特征在于：

机头水平移动直线导轨的导轨体安装在底座上面，导轨座安装在立柱的底面上；机头垂直移动直线导轨的导轨体安装在立柱上，导轨座安装在直线导轨座连接板的一侧；机头前后移动直线导轨的导轨体安装在横臂上，导轨座安装在连接板的另一侧；焊接机头安装在横臂端部，包括调速电机、焊嘴及锥定位心轴，锥形定位心轴与调速电机回转中心同轴，锥形定位心轴插入要焊接的换热管孔中，进行径向与轴向定位，锥形定位心轴的前端小于管孔内径，大端大于管孔内径，锥形心轴插入管孔后，圆锥的锥面贴紧孔口进行定位，焊嘴由调速电机驱动作回转运动进行焊接；

沿水平、垂直、前后导轨运动方向各布置有移动锁紧机构；所述移动锁紧机构包括壳体、锁紧气缸、横杆、气缸杆、滑柱、夹紧块及夹紧条；夹紧条沿直线导轨的导轨体方向布置，壳体与直线导轨的导轨座安装在同一部件上，锁紧气缸提供锁紧动力，横杆插入气缸杆与两个滑柱的长方孔中，滑柱下端斜隼面插入夹紧块的斜孔中；在气缸的作用下，横杆带动两滑柱沿轴线滑动，两滑柱下端斜隼带动夹紧块作横向开合滑动，当气缸杆伸出，两滑柱向下移动，则两夹紧块向中间移动，夹紧块的前端面与夹紧条的两侧面接触，实现锁紧；

前后导轨运动方向上安装有前后移动锁紧机构，所述前后移动锁紧机构安装在安装板上，所述安装板与连接板固定连接，所述机头前后移动直线导轨的导轨座及前后移动锁紧机构的气缸均安装在安装板上，气缸支座与插入气缸的活塞杆相连接，固定在连接板上；调节螺钉由螺纹安装在安装板上，能用其螺纹调节伸出长短，并通过螺母幷紧；定位块安装在直线导轨座连接板上。

2.根据权利要求1所述的一种管板自动焊机定位装置，其特征在于：横杆的三段弧面分别与长方孔配合，所述横杆上设置有三段弧面，分别与长方孔相配合。

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