CN108015386B - 一种带有视频系统的小直径内壁堆焊tig焊枪和采用其的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，该焊枪包括焊枪系统和摄像系统，其中，所述摄像系统平行设置于焊枪主系统的一侧，以适应焊接空间尺寸；所述摄像系统包括图像传递组件和摄像组件，所述摄像组件通过图像传递组件获得焊接组件的焊接状态。本发明提供的焊枪，能够对最小直径为75mm的接管内壁实现可视焊接，且成本较低，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及焊接设备领域，具体涉及一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪。
背景技术
在焊接领域中，自动TIG焊接方式因其焊接质量的稳定性被广泛应用，尤其是在核电产品生产中，自动TIG焊接在接管端面、安全端对接及内壁堆焊等部位焊接时经常应用，起到其他焊接方式无法替代的作用。
目前，在各种工业生产中均会涉及到各种筒体和接管的内壁堆焊或者窄间隙对接方式。在直径较大的工件上焊接可以采用通用的TIG焊枪进行，在焊接过程中依靠操作者肉眼进行观察即可以满足生产要求。但是，在对直径小于200mm，甚至小于100mm的小直径接管进行焊接时，操作者无法直接观察到焊接位置，也无法看到焊接熔池和送丝情况，无法保证焊接质量，即使是最基本的焊接位置定位也很难实现。
针对上述问题，最直接的解决办法是在焊枪中引入摄像系统，而在适用于直径小于100mm的接管焊接的TIG焊枪上加装摄像系统的难度极大，且还要考虑所安装摄像系统需要适应接管内的高温、强光、电弧辐射、长时间工作的等恶劣环境和狭小空间尺寸，一般的摄像系统无法实现。
因此，设计一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，使其能在小直径接管内的高温、强光、电弧辐射等恶劣环境中工作，是目前亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，所述焊枪包括焊枪系统和摄像系统，所述摄像系统平行设置于焊枪系统的一侧，所述摄像系统包括图像传递组件和摄像组件，所述图像传递组件靠近焊接组件，将焊接状态通过观察连接管传递至远离焊接组件的摄像组件，使得操作者能够对最小直径为75mm的接管内壁实现可视焊接，且摄像系统能够远离焊接组件的损坏，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
(1)、一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，该焊枪包括焊枪系统和摄像系统，其中，
所述摄像系统平行设置于焊枪系统的一侧，以适应焊接空间尺寸；
所述摄像系统包括图像传递组件和摄像组件，所述摄像组件通过图像传递组件获得焊接系统的焊接状态。
(2)根据上述(1)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，所述焊枪系统包括焊接组件和焊枪主体(15)，
所述图像传递组件靠近焊接组件，所述摄像组件远离焊接组件。
(3)、根据上述(1)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，所述摄像系统还包括连接图像传递组件和摄像组件的观察连接管11，用于将图像传递组件获得的焊接组件的焊接状态传递至摄像组件。
优选地，所述观察连接管11两端均具有螺纹结构，分别与摄像组件和图像传递组件通过螺纹连接，
更优选地，所述观察连接管11通过连接体与焊枪主体15连接。
(4)、根据上述(3)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，在所述连接体的底部还设置有照明组件16，用于焊接开始前的照明。
(5)、根据上述(1)或(2)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，所述图像传递组件包括折射件1，将焊接组件的焊接状态折射至摄像组件成像，
优选地，在所述折射件1的外部设置有保护件2，使得折射件1远离焊接组件的高温损坏，
所述保护件2通过保护夹持体3固定在折射件1的外部。
(6)、根据上述(1)或(2)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，
所述摄像组件包括依次连接在观察连接管11上的连接件10和摄像头8，以采集焊接组件焊接状态的物像。
优选地，在所述连接件10和摄像头8之间还设置有电弧滤镜9，使摄像头8采集到的成像清晰，
在所述摄像头8的外部还连接有视频显示系统，使得焊接组件的焊接状态通过显示系统成像。
(7)、根据上述(6)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，所述连接件10由绝缘、耐高温的材料制成，以隔绝热量，保护摄像头8免受高温损坏。
(8)、根据上述(1)所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，所述焊接组件包括钨极6和设置在焊枪主体15上部的送丝管4，
在所述钨极6上方设置有绝缘罩5，使得焊枪主体15和钨极6相互绝缘。
(9)一种小直径接管内壁堆焊的焊接方法，优选采用上述(1)至(8)之一所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其中，该焊接方法包括以下步骤：
步骤1，将图像传递组件和摄像组件分别通过螺纹连接在观察连接管11的两端，并将摄像组件与视频显示系统连接；
步骤2，将观察连接管11通过连接体平行设置在焊枪主体15的一侧，使得图像传递组件靠近焊接组件、摄像组件远离焊接组件；
步骤3，将上述组装好的焊枪伸入小直径接管内部，打开照明组件16，确定焊接位置，进行焊接。
(10)、根据上述(9)所述的焊接方法，其中，
步骤3中，所述照明组件16用于焊接开始前的照明，在焊接开始后，关闭照明组件16。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，对最小直径达75mm的小直径接管实现了可视焊接，保证了焊接质量，在小管领域焊接中取得了技术性突破；
(2)本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，整体制造成本低，尤其是摄像系统对摄像头的尺寸依赖低，不需采用价格昂贵的极微小型摄像头即可满足焊接观察效果；
(3)本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，结构设计合理，避免了引入水冷系统对摄像系统降温，采用延长观察连接管的方式，使摄像组件部分远离高温熔池部分，既保证了焊接观察效果，又大大延长了摄像头的使用寿命；
(4)本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，既能够在焊接开始前确定焊接位置，又能够在焊接过程中观察钨极和焊丝位置，提高了焊接的精度和效率；
(5)本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，结构简单，整体拆卸方便，各个结构件的加工可简单实现，易于推广。
附图说明
图1示出本发明所述带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪的结构示意图。
附图标号说明：
1-折射件；
2-保护件；
3-保护夹持体；
4-送丝管；
5-绝缘罩；
6-钨极；
7-送丝嘴；
8-摄像头；
9-电弧滤镜；
10-连接件；
11-观察连接管；
12-第一连接体；
13-第二连接体；
14-模拟连接管；
15-焊枪主体；
16-照明组件；
17-第三连接体。
具体实施方式
下面通过附图和实施方式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。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，该焊枪包括焊枪系统和摄像系统，其中，所述摄像系统平行设置于焊枪系统的一侧，以适应焊接空间尺寸；
所述摄像系统包括图像传递组件和摄像组件，所述摄像组件通过图像传递组件获得焊接系统的焊接状态。
本发明所提供的焊枪应用在核电的电加热器套管对接焊接生产中，主要用于小直径接管内壁的堆焊焊接，其中，所述小直径接管指的是最小直径达75mm的接管。
其中，由于焊枪的工作环境是在直径较小的接管内壁，摄像系统无法直接安装在焊接组件一端。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1所示，所述焊枪系统包括焊接组件和焊枪主体15，
所述焊接组件包括钨极6和设置在焊枪主体15上部的送丝管4。
优选地，在所述钨极6上方设置有绝缘罩5，使得焊枪主体15和钨极6相互绝缘。
在进一步优选的实施方式中，所述绝缘罩5为气体保护绝缘罩，优选为气体保护陶瓷绝缘罩。
其中，所述气体保护绝缘罩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。
在更近一步优选的实施方式中，在送丝管4靠近钨极6的一端设置有送丝嘴7，用于向钨极6提供焊丝。
优选地，所述焊接组件和焊枪主体15的尺寸均与小直径接管的尺寸相配合。
其中，如图1所示，所述焊枪在小直径接管(模拟接管件14)的内部进行焊接，因此焊枪系统的各个组件均根据模拟接管件14内部的空间尺寸要求进行设置，既要保证焊接效果，还要避免与摄像系统干涉，以防止观察焊接电弧。
根据本发明一种优选的实施方式，所述图像传递组件靠近焊接组件，所述摄像组件远离焊接组件，
所述摄像系统还包括连接图像传递组件和摄像组件的观察连接管11，用于将图像传递组件获得的焊接组件的焊接状态传递至摄像组件。
在进一步优选的实施方式中，所述观察连接管11两端均具有螺纹结构，分别与摄像组件和图像传递组件通过螺纹连接。
在更进一步优选的实施方式中，所述观察连接管11由耐高温材料制成，其长度由摄像组件的成像效果决定。
在本发明中，可以通过设计加工不同长度观察连接管11来改变摄像组件观察到的成像大小和清晰度。
根据本发明一种优选的实施方式中，所述观察连接管11通过连接体与焊枪主体15连接，所述连接体为沉头顶丝，套装在观察连接管11和焊枪主体15的外部，
优选地，所述观察连接管11可以通过连接体实现360度旋转。
其中，所述顶丝应用的是螺丝的紧固原理，通过调整顶丝使观察连接管11固定或转动，在实际应用过程中，可以调松顶丝，转动观察连接管11调整摄像系统的位置，当调至最佳观察位置后，调紧顶丝，固定观察连接管11。
在进一步优选的实施方式中，所述连接体由绝缘耐高温材料制成，优选由高分子绝缘耐高温材料制成。
在更进一步优选的实施方式，所述连接体具有多个，其个数由观察连接管11的长度决定。
其中，所述连接体的个数与观察连接管11的长度成正比，对连接体设置的位置不做特别限制，以使观察连接管11和焊枪主体15平行为适。
优选地，所述连接体包括第一连接体12，第二连接体13和第三连接体17，所述第一连接体12设置在靠近摄像组件一端，所述第二连接体13设置在靠近焊接组件一端，所述第三连接体17设置在第一连接体12和第二连接体13之间，具有多个。
根据本发明一种优选的实施方式，所述图像传递组件设置在观察连接管11上靠近焊接组件的一端，所述图像传递组件包括折射件1，将焊接组件的焊接状态折射至摄像组件成像，
优选地，所述折射件1为折射镜。
在本发明中，由于所述摄像系统平行设置在焊枪主体的一侧，摄像组件远离焊接组件，使得摄像组件无法观察到焊接时的电弧状态和送丝情况，设置的折射件1能够将焊接状态折射90度，通过观察连接管11传递至摄像组件中成像。
在进一步优选的实施方式中，在折射件1的外部还设置有保护件2，使得折射件1远离焊接组件的高温损坏，
所述保护件2通过保护夹持体3固定在折射件1的外部。
其中，鉴于焊接组件工作时焊接熔池附近的高温复杂状态，为保证折射镜的长期正常工作，不能够让折射镜直接暴露在高温熔池旁边，设置保护件2来隔断高温腐蚀。
在更进一步优选的实施方式中，所述保护件2由透明的耐高温材料制成，优选为耐高温透明玻璃保护镜片。
其中，保护件2作为易损件，在工作一段时间后需要进行更换，在本发明中，所述保护夹持体3采用顶丝的方式固定保护件2，在更换保护件2时调松保护夹持体3的顶丝即可实现。
根据本发明一种优选的实施方式，所述摄像组件设置在观察连接管11上远离焊接组件的一端，用于采集焊接状态的物像，
所述摄像组件包括依次连接在观察连接管11上的连接件10和摄像头8，所述连接为螺纹连接。
在本发明中，选用的摄像头8可以适用于复杂焊接工况，在观察电弧和熔池过程中，能够达到清晰可见。
在进一步优选的实施方式中，在所述连接件10和摄像头8之间还设置有电弧滤镜9，使摄像头8采集到的成像清晰。
其中，由于焊接时熔池是高强弧光，摄像头8直接采集成像会十分模糊，在其前方设置电弧滤镜，能够减弱光的强度，使成像清晰。
在更进一步优选的实施方式中，所述连接件10由绝缘耐高温材料制成，以隔绝热量，保护摄像头8免受高温损坏。
其中，由于焊接组件在工作过程中焊接熔池的高温，使得摄像系统在长时间运行的过程中，无法稳定良好的运行。在本发明中，通过设置观察连接管11和连接件10，使得摄像头8、电弧滤镜9与折射件1分开，避免常规设计中引入水冷系统来解决高温焊接问题对摄像系统造成的损坏。
其中，绝缘连接件10采用耐高温的加工性较强的绝缘高分子材料，起到隔绝热量作用。
优选地，在所述摄像头8的外部连接有视频显示系统，使得焊接组件的焊接状态通过显示系统成像。
在本发明中，焊接操作者可以通过视频显示系统中的显示器观察到焊接过程中的电弧和送丝状态，以保证焊接的精度和准确性。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述连接体上还设置有照明组件16，用于焊接开始前的照明。
在本发明中，在焊接起弧前，焊枪在接管内处于黑暗状态，所述摄像头8采集的物像是黑暗的，无法观察焊接组件中钨极6和送丝嘴7出来的焊丝位置，进而无法完成焊接位置的确定，通过设置照明组件16，可以在焊接开始前进行照明。
其中，所述照明组件16优选为强光照明灯泡。
优选地，所述照明组件16设置在焊枪主体15的下方，优选设置在第三连接体17的底部。
其中，所述照明组件设置的位置以能够实现焊接组件的照明为适，选取合适位置的连接体进行设置。
在进一步优选的实施方式中，所述照明组件16具有多组，优选为2组。
在本发明中，所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，能够对最小直径达75mm的接管内壁实现可视焊接，且整体拆卸方便，焊接成本低。
本发明还提供了一种小直径接管内壁堆焊的焊接方法，优选采用本发明提供的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，所述焊接方法包括如下步骤：
步骤1，将图像传递组件和摄像组件分别通过螺纹连接在观察连接管11的两端，并将摄像组件与视频显示系统连接。
在本发明中，所述摄像组件按照连接件10、电弧滤镜9、摄像头8的顺序与观察连接管11连接。
步骤2，将观察连接管11通过连接体平行设置在焊枪系统的一侧，使得图像传递组件靠近焊接组件、摄像组件远离焊接组件。
在本发明中，所述连接体通过沉头顶丝的方式将观察连接管11与焊枪主体15平行连接。其中，所述第一连接体12靠近摄像组件，第二连接体13靠近焊接组件。
在本发明中，所述图像传递组件中折射件1的位置对准焊接组件中钨极6的位置，以便于准确传递焊接状态。
其中，在第三连接体17的底端设置照明组件16，以照亮焊接组件周围的环境。
步骤3，将上述组装好的焊枪伸入小直径接管内部，打开照明组件16，确定焊接位置，进行焊接。
其中，在焊接过程中，通过外部视频显示系统观察接管的焊接状态，并根据需要调整焊接位置、焊接角度和送丝角度等。
在本发明中，所述照明组件16用于焊接开始前的照明，在焊接开始后，将照明组件16关闭。
本发明所述的小直径接管内壁堆焊的焊接方法，能够对最小直径达75mm的接管内壁实现可视焊接，该方法既能够在焊接开始前确定焊接位置，又能够在焊接过程中观察钨极和焊丝位置，提高了焊接的精度和效率。
实施例
实施例1
对直径为78mm的接管产品内壁进行堆焊焊接，采用图1中所示的带有视频系统的TIG焊枪，包括以下步骤：
步骤1，将折射镜1、耐高温透明玻璃保护镜片通过保护夹持体3连接在观察连接管11的一端，将摄像头8、电弧滤镜9和绝缘连接件10连接在观察连接管11的另一端，并将摄像头8与视频显示系统连接；
步骤2，将观察连接管11与焊枪主体15通过第一连接体12、第二连接体13及第三连接体17平行连接，使得折射镜1的位置对准钨极6的位置，在第三连接体17的底端设置两组强光照明灯泡16；
步骤3，将上述组装好的焊枪伸入直径为78mm的接管产品内部，打开强光照明灯泡，使钨极对准焊接位置，开启焊枪进行焊接，同时关闭强光照明灯泡，通过视频显示系统观察焊接状态，并根据需要调整焊接位置、焊接角度和送丝角度等。
其中，所述接管产品的名称为喷淋接管/安全端II+防热冲击套管I，材质为Z2CND18-12，规格为NS+Z2CND17.12+ER316Lsiδ＝4+25mm。
对焊接完成的接管产品的进行100％RT检测，检验版本为BS344500604W20C44GN/C，验收标准为BS344500604W20C44GN/C-12，检测结果为合格；同时选取16个片位进行射线检测，其黑度分别为3.22-4.29、3.17-4.18、3.09-4.25、3.35-4.40、2.97-4.17、2.92-4.20、2.90-4.22、2.88-4.32、3.14-4.41、2.79-4.29、2.77-4.19、2.78-4.13、2.92-4.34、3.25-4.27、3.38-4.35及2.90-4.25，检测结果均为合格。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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 (5)
1.一种带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，该焊枪包括焊枪系统和摄像系统，其特征在于，
所述焊枪系统包括焊接组件和焊枪主体（15），
所述摄像系统平行设置于焊枪系统的一侧，以适应焊接空间尺寸；
所述摄像系统包括图像传递组件和摄像组件，所述摄像组件通过图像传递组件获得焊接系统的焊接状态；
所述摄像系统还包括连接图像传递组件和摄像组件的观察连接管（11），用于将图像传递组件获得的焊接组件的焊接状态传递至摄像组件；
所述观察连接管（11）通过连接体与焊枪主体（15）连接；
在所述连接体的底部还设置有照明组件（16），用于焊接开始前的照明；
所述图像传递组件包括折射件（1），将焊接组件的焊接状态折射至摄像组件成像，
在所述折射件（1）的外部设置有保护件（2），使得折射件（1）远离焊接组件的高温损坏；
所述摄像组件包括依次连接在观察连接管（11）上的连接件（10）和摄像头（8），以采集焊接组件焊接状态的物像；
所述连接件（10）由绝缘、耐高温的材料制成，以隔绝热量，保护摄像头（8）免受高温损坏；
所述图像传递组件靠近焊接组件，所述摄像组件远离焊接组件。
2.根据权利要求1所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其特征在于，
所述观察连接管（11）两端均具有螺纹结构，分别与摄像组件和图像传递组件通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其特征在于，
所述保护件（2）通过保护夹持体（3）固定在折射件（1）的外部。
4.根据权利要求1所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其特征在于，
在所述连接件（10）和摄像头（8）之间还设置有电弧滤镜（9），使摄像头（8）采集到的成像清晰，
在所述摄像头（8）的外部还连接有视频显示系统，使得焊接组件的焊接状态通过显示系统成像。
5.根据权利要求1所述的带有视频系统的小直径内壁堆焊TIG焊枪，其特征在于，所述焊接组件包括钨极（6）和设置在焊枪主体（15）上部的送丝管（4），
在所述钨极（6）上方设置有绝缘罩（5），使得焊枪主体（15）和钨极（6）相互绝缘。
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