CN107639331B - 一种全位置等离子焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全位置等离子焊接系统，属于等离子技术应用于管道焊接领域，包括焊接小车系统、气保护装置和用于固定工件的装夹装置，装夹装置包括环形齿条、夹紧结构和两个呈半圆形的轨道，两个轨道拼接形成环形，环形齿条安装于轨道，夹紧结构安装于轨道的内侧，焊接小车系统安装于环形齿条，且焊接小车系统可以沿环形齿条转动，气保护装置与焊接小车系统固定连接。本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、通用性强且焊接稳定性较高。

Description

一种全位置等离子焊接系统

技术领域

本发明涉及等离子技术应用于管道焊接领域，具体而言，涉及一种全位置等离子焊接系统。

背景技术

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度，能实现中厚度板材一次成型。全位置自动焊接是一种新型管道焊接工艺。自动焊有工作效率高、焊缝质量良好、焊接稳定性可靠性高、可以释放劳动力等优点；但因在现场施工安装不宜使管子旋转，因此国内外都开始大力发展全位置焊接技术。如今比较成熟的管道全位置自动焊焊接方法有钨极氩弧焊和熔化极弧焊。目前全位置TIG焊与全位置熔化极弧焊已经广泛的应用于现场管道焊接。钨极氩弧焊应用在管道全位置焊接主要面临焊接效率低的问题。但相比之下，熔化极弧焊的电弧能量与熔敷效率都要高于TIG焊。全位置熔化极弧焊难点在于对焊缝成形的控制，其精髓在于对熔滴过渡的控制实现低飞溅、零飞溅，从而高焊接质量，消除焊道拥堵的现象。

发明人在研究中发现，现有的全位置自动焊接装置至少存在以下缺点：现有的全位置自动焊接工作效率低，且焊接稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全位置等离子焊接系统，以改善现有的全位置自动焊接工作效率低，且焊接稳定性差的问题。

本发明是这样实现的：

基于上述的目的，本发明提供了一种全位置等离子焊接系统，包括焊接小车系统、气保护装置和用于固定工件的装夹装置，所述装夹装置包括环形齿条、夹紧结构和两个呈半圆形的轨道，两个所述轨道拼接形成环形，所述环形齿条安装于所述轨道，所述夹紧结构安装于所述轨道的内侧，所述焊接小车系统安装于所述环形齿条，且所述焊接小车系统可以沿所述环形齿条转动，所述气保护装置与所述焊接小车系统固定连接。

本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、通用性强且焊接稳定性较高。

进一步地，所述焊接小车系统包括行走小车、等离子枪和送丝机构，所述行走小车安装于所述环形齿条，所述行走小车与所述环形齿条滑动连接，所述行走小车绕所述环形齿条的轴心线相对于所述环形齿条移动，所述等离子枪和所述送丝机构分别安装于所述行走小车，所述等离子枪和所述送丝机构间隔设置，且所述送丝机构的输出端朝向所述等离子枪的输出端。

在焊接小车系统工作时，行走小车随着环形齿条做环形运动，并对位于环形齿条中间的工件进行加工焊接。

进一步地，所述行走小车包括底座、齿轮和驱动电机，所述驱动电机驱动连接所述齿轮，所述齿轮安装于所述底座，且所述齿轮与所述齿条啮合，所述底座安装于与所述轨道滑动连接。

在焊接小车系统工作时，由驱动电机驱动齿轮转动，此时齿轮带动行走小车移动，驱动电机和齿轮对行走小车具有驱动和定位的作用。

进一步地，所述送丝机构包括焊丝盘、送丝机和送丝导向架，所述送丝导向架安装于所述行走小车，所述焊丝盘和所述送丝机分别安装于所述送丝导向架，所述送丝机的输出端朝向所述等离子枪的输出端。

等离子枪和送丝机配合工作完成焊接动作。

进一步地，所述气保护装置包括外保护装置和背保护装置，所述外保护装置与所述焊接小车系统固定连接，所述外保护装置位于所述工件的外侧，所述背保护装置位于所述工件的内侧。

外保护装置对工件的外侧面进行保护，背保护装置对工件的内侧进行保护，由外保护装置和背保护装置配合工作可以对工件的焊接部位进行全方位的保护，从而提高焊接质量和焊接效率。

进一步地，所述外保护装置包括支架的第一气罩，所述支架安装于所述焊接小车系统，所述第一气罩安装于所述支架远离所述焊接小车系统的一端；所述背保护装置包括导向机构和第二气罩，所述第二气罩安装于所述导向机构的输出端，所述导向机构驱动所述第二气罩转动，所述第二气罩转动的轴心线与所述环形齿条的轴心线重合，所述第二气罩与所述第一气罩间隔设置，所述工件位于所述第一气罩与所述第二气罩之间。

进一步地，所述第一气罩与所述第二气罩对应设置，且所述导向机构转动的角速度与所述焊接小车系统转动的角速度相同。

这样可以让第一气罩和第二气罩同步运动，可以对工件的焊接部位进行更好的保护。

进一步地，所述全位置等离子焊接系统还包括背部焊缝视觉系统，所述背部焊缝视觉系统包括摄像头组件、液晶视像监视器和光源，所述摄像头组件和所述光源分别安装于所述导向机构靠近所述第二气罩的一端，所述液晶视像监视器与所述摄像头组件电性连接。

通过液晶视像监视器实时显示焊缝背面的成型及焊接效果并随时调整焊接参数，从而达到提高焊缝焊接质量的目的。

进一步地，所述夹紧结构包括多个丝杆滑块机构，多个所述丝杆滑块机构沿所述轨道的周向间隔设置，所述丝杆滑块机构的轴线经过所述轨道的圆心。

多个丝杆滑块配合工作对工件进行装夹和固定，让工件和环形齿条具有更高的同轴度，从而提升焊接质量。

基于上述的目的，本发明还提供了一种全位置等离子焊接系统，包括焊接小车系统、气保护装置、操控系统和用于固定工件的装夹装置，所述装夹装置包括环形齿条、夹紧结构和两个呈半圆形的轨道，两个所述轨道拼接形成环形，所述环形齿条安装于所述轨道，所述夹紧结构安装于所述轨道的内侧，所述焊接小车系统安装于所述环形齿条，且所述焊接小车系统可以沿所述环形齿条转动，所述气保护装置与所述焊接小车系统固定连接，所述焊接小车系统和所述气保护装置分别与所述操控系统电性连接。

本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、自动化程度高、通用性强且焊接稳定性较高。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、通用性强且焊接稳定性较高。

本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、自动化程度高、通用性强且焊接稳定性较高，设备结构紧凑、易实现整机小型化；可实现钛合金、镍合金和异种金属管道焊接，也可实现其他非管道焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要实用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例1提供的全位置等离子焊接系统的工作示意图；

图2示出了本发明实施例1提供的全位置等离子焊接系统的示意图；

图3示出了本发明实施例1提供的装夹装置的示意图；

图4示出了本发明实施例1提供的环形齿条的示意图；

图5示出了本发明实施例1提供的焊接小车系统的示意图；

图6示出了本发明实施例1提供的行走小车的示意图。

图中：101-装夹装置；102-焊接小车系统；103-气保护装置；104-工件；105-轨道；106-环形齿条；107-夹紧结构；108-行走小车；109-焊丝盘；110-送丝导向架；111-送丝机；112-等离子枪；113-底座；114-齿轮；115-驱动电机。

具体实施方式

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度，能实现中厚度板材一次成型。全位置自动焊接是一种新型管道焊接工艺。自动焊有工作效率高、焊缝质量良好、焊接稳定性可靠性高、可以释放劳动力等优点；但因在现场施工安装不宜使管子旋转，因此国内外都开始大力发展全位置焊接技术。如今比较成熟的管道全位置自动焊焊接方法有钨极氩弧焊和熔化极弧焊。目前全位置TIG焊与全位置熔化极弧焊已经广泛的应用于现场管道焊接。钨极氩弧焊应用在管道全位置焊接主要面临焊接效率低的问题。但相比之下，熔化极弧焊的电弧能量与熔敷效率都要高于TIG焊。全位置熔化极弧焊难点在于对焊缝成形的控制，其精髓在于对熔滴过渡的控制实现低飞溅、零飞溅，从而高焊接质量，消除焊道拥堵的现象。发明人在研究中发现，现有的全位置自动焊接装置至少存在以下缺点：现有的全位置自动焊接工作效率低，且焊接稳定性差。

为了使上述问题得到改善，本发明提供了一种全位置等离子焊接系统，包括焊接小车系统、气保护装置和用于固定工件的装夹装置，所述装夹装置包括环形齿条、夹紧结构和两个呈半圆形的轨道，两个所述轨道拼接形成环形，所述环形齿条安装于所述轨道，所述夹紧结构安装于所述轨道的内侧，所述焊接小车系统安装于所述环形齿条，且所述焊接小车系统可以沿所述环形齿条转动，所述气保护装置与所述焊接小车系统固定连接。

本发明提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统上设置有气保护装置，在进行焊接时，气保护装置随着焊接小车系统一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、通用性强且焊接稳定性较高。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参照图1至图6，本实施例提供了一种全位置等离子焊接系统，包括焊接小车系统102、气保护装置103和用于固定工件104的装夹装置101，装夹装置101包括环形齿条106、夹紧结构107和两个呈半圆形的轨道105，两个轨道105拼接形成环形，环形齿条106安装于轨道105，夹紧结构107安装于轨道105的内侧，焊接小车系统102安装于环形齿条106，且焊接小车系统102可以沿环形齿条106转动，气保护装置103与焊接小车系统102固定连接。

本实施例提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统102上设置有气保护装置103，在进行焊接时，气保护装置103随着焊接小车系统102一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、通用性强且焊接稳定性较高。

焊接小车系统102包括行走小车108、等离子枪112和送丝机111构，行走小车108安装于环形齿条106，行走小车108与环形齿条106滑动连接，行走小车108绕环形齿条106的轴心线相对于环形齿条106移动，等离子枪112和送丝机111构分别安装于行走小车108，等离子枪112和送丝机111构间隔设置，且送丝机111构的输出端朝向等离子枪112的输出端。在焊接小车系统102工作时，行走小车108随着环形齿条106做环形运动，并对位于环形齿条106中间的工件104进行加工焊接。

行走小车108包括底座113、齿轮114和驱动电机115，驱动电机115驱动连接齿轮114，齿轮114安装于底座113，且齿轮114与齿条啮合，底座113安装于与轨道105滑动连接。在焊接小车系统102工作时，由驱动电机115驱动齿轮114转动，此时齿轮114带动行走小车108移动，驱动电机115和齿轮114对行走小车108具有驱动和定位的作用。

送丝机111构包括焊丝盘109、送丝机111和送丝导向架110，送丝导向架110安装于行走小车108，焊丝盘109和送丝机111分别安装于送丝导向架110，送丝机111的输出端朝向等离子枪112的输出端。等离子枪112和送丝机111配合工作完成焊接动作。

气保护装置103包括外保护装置和背保护装置，外保护装置与焊接小车系统102固定连接，外保护装置位于工件104的外侧，背保护装置位于工件104的内侧。外保护装置对工件104的外侧面进行保护，背保护装置对工件104的内侧进行保护，由外保护装置和背保护装置配合工作可以对工件104的焊接部位进行全方位的保护，从而提高焊接质量和焊接效率。

外保护装置包括支架的第一气罩，支架安装于焊接小车系统102，第一气罩安装于支架远离焊接小车系统102的一端；背保护装置包括导向机构和第二气罩，第二气罩安装于导向机构的输出端，导向机构驱动第二气罩转动，第二气罩转动的轴心线与环形齿条106的轴心线重合，第二气罩与第一气罩间隔设置，工件104位于第一气罩与第二气罩之间。

第一气罩与第二气罩对应设置，且导向机构转动的角速度与焊接小车系统102转动的角速度相同。这样可以让第一气罩和第二气罩同步运动，可以对工件104的焊接部位进行更好的保护。

全位置等离子焊接系统还包括背部焊缝视觉系统，背部焊缝视觉系统包括摄像头组件、液晶视像监视器和光源，摄像头组件和光源分别安装于导向机构靠近第二气罩的一端，液晶视像监视器与摄像头组件电性连接。通过液晶视像监视器实时显示焊缝背面的成型及焊接效果并随时调整焊接参数，从而达到提高焊缝焊接质量的目的。

夹紧结构107包括多个丝杆滑块机构，多个丝杆滑块机构沿轨道105的周向间隔设置，丝杆滑块机构的轴线经过轨道105的圆心。多个丝杆滑块配合工作对工件104进行装夹和固定，让工件104和环形齿条106具有更高的同轴度，从而提升焊接质量。

其中，可以设置6个丝杆滑块机构，6个丝杆滑块机构已经能很好的对工件104进行装夹和定位，同时此时操作起来也较为方便。

在焊接前，将工件104放入轨道105内侧，控制多个丝杆滑块对工件104进行固定，然后调整行走小车108，让等离子枪112和送丝机111对准工件104的焊接部位，调整第一气罩和第二气罩的位置，对工件104的待焊接部位进行保护，等离子枪112开始工作时，驱动电机115驱动齿轮114转动，齿轮114带动性行走小车108移动，同时导向机构驱动第二气罩转动，让第一气罩和第二气罩对工件104形成保护，通过液晶视像监视器实时显示焊缝背面的成型及焊接效果并实时调整焊接参数，从而达到提高焊缝焊接质量的目的。

实施例2

本实施例提供了一种全位置等离子焊接系统，包括焊接小车系统102、气保护装置103、操控系统和用于固定工件104的装夹装置101，装夹装置101包括环形齿条106、夹紧结构107和两个呈半圆形的轨道105，两个轨道105拼接形成环形，环形齿条106安装于轨道105，夹紧结构107安装于轨道105的内侧，焊接小车系统102安装于环形齿条106，且焊接小车系统102可以沿环形齿条106转动，气保护装置103与焊接小车系统102固定连接，焊接小车系统102和气保护装置103分别与操控系统电性连接。

本实施例提供的全位置等离子焊接系统在焊接小车系统102上设置有气保护装置103，在进行焊接时，气保护装置103随着焊接小车系统102一起移动，并随时对焊接位置进行气保护，这种工作方式工作效率高、焊缝质量好、焊接稳定性可靠性高、自动化程度高、通用性强且焊接稳定性较高。

其中，控制系统主要由控制柜、操作台、手持操作盒组成。控制系统可以根据不同的管道规格及材质可以设定相应的焊接规范参数，总共可以存储4套随时调用。当进行全位置等离子焊接时，焊接参数随焊接位置变化自动调整，且焊接参数实现分区控制。手持操作盒与控制柜无线连接，具有抽/送丝、位置设定、焊接起停及急停、正反转及焊接位置调整等功能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全位置等离子焊接系统，其特征在于，包括焊接小车系统、气保护装置和用于固定工件的装夹装置，所述装夹装置包括环形齿条、夹紧结构和两个呈半圆形的轨道，两个所述轨道拼接形成环形，所述环形齿条安装于所述轨道，所述夹紧结构安装于所述轨道的内侧，所述焊接小车系统安装于所述环形齿条，且所述焊接小车系统沿所述环形齿条转动，所述气保护装置与所述焊接小车系统固定连接；

所述气保护装置包括外保护装置和背保护装置，所述外保护装置与所述焊接小车系统固定连接，所述外保护装置位于所述工件的外侧，所述背保护装置位于所述工件的内侧；

所述外保护装置包括支架的第一气罩，所述支架安装于所述焊接小车系统，所述第一气罩安装于所述支架远离所述焊接小车系统的一端；所述背保护装置包括导向机构和第二气罩，所述第二气罩安装于所述导向机构的输出端，所述导向机构驱动所述第二气罩转动，所述第二气罩转动的轴心线与所述环形齿条的轴心线重合，所述第二气罩与所述第一气罩间隔设置，所述工件位于所述第一气罩与所述第二气罩之间；

所述第一气罩与所述第二气罩对应设置，且所述导向机构转动的角速度与所述焊接小车系统转动的角速度相同；

所述全位置等离子焊接系统还包括背部焊缝视觉系统，所述背部焊缝视觉系统包括摄像头组件、液晶视像监视器和光源，所述摄像头组件和所述光源分别安装于所述导向机构靠近所述第二气罩的一端，所述液晶视像监视器与所述摄像头组件电性连接。

2.根据权利要求1所述的全位置等离子焊接系统，其特征在于，所述焊接小车系统包括行走小车、等离子枪和送丝机构，所述行走小车安装于所述环形齿条，所述行走小车与所述环形齿条滑动连接，所述行走小车绕所述环形齿条的轴心线相对于所述环形齿条移动，所述等离子枪和所述送丝机构分别安装于所述行走小车，所述等离子枪和所述送丝机构间隔设置，且所述送丝机构的输出端朝向所述等离子枪的输出端。

3.根据权利要求2所述的全位置等离子焊接系统，其特征在于，所述行走小车包括底座、齿轮和驱动电机，所述驱动电机驱动连接所述齿轮，所述齿轮安装于所述底座，且所述齿轮与所述齿条啮合，所述底座安装于与所述轨道滑动连接。

4.根据权利要求2所述的全位置等离子焊接系统，其特征在于，所述送丝机构包括焊丝盘、送丝机和送丝导向架，所述送丝导向架安装于所述行走小车，所述焊丝盘和所述送丝机分别安装于所述送丝导向架，所述送丝机的输出端朝向所述等离子枪的输出端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的全位置等离子焊接系统，其特征在于，所述夹紧结构包括多个丝杆滑块机构，多个所述丝杆滑块机构沿所述轨道的周向间隔设置，所述丝杆滑块机构的轴线经过所述轨道的圆心。