CN108130411B - 一种用于释放筋板焊接内应力的装置及其使用方法 - Google Patents

一种用于释放筋板焊接内应力的装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于释放筋板焊接内应力的装置，装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。通过定位传感器来确定需要进行背烧的筋板坐标，然后调整各个背烧火焰机构的运作，通过控制背烧火焰机构的运行来达到同时、快速、有效完成背烧的目的，省事省力，提高了工作效率。

Description

一种用于释放筋板焊接内应力的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体地说是一种用于释放筋板焊接内应力的装置及其使用方法,尤其涉及自动释放船舶小组立生产时筋板焊接内应力的装置。
背景技术
在船舶建造过程中，小组立工件的生产需要应用焊接工艺。为改善或消除钢铁在焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂，需要对焊后的小组立工件进行退火热处理，释放焊接内应力。
而且小组立生产位于船舶建造周期的前端，其加工质量直接影响后续中组立、分段，乃至整船的建造质量和精度，因此消除船舶小组立筋板焊接内应力至关重要。
传统的消除船舶小组立筋板焊接内应力工艺，将焊接后的小组立工件翻面，然后用烤炬将焊接区域加热到一定温度，以释放焊接应力，此过程在船厂又称为“背烧作业”。传统方式不仅增加了额外的工件翻面工作量，降低作业效率，增加人力成本，而且在工件背面不利于准确判断焊接位置，同时人工操作很难保证背烧作业的稳定性和均匀性。
根据国内大型造船厂的调研情况，在一艘典型船舶的建造中，底板为平板的小组立工件数量占15%至20%左右，为保证船舶建造质量，这些小组立工件都需要释放焊接应力。常规的做法通常是一位操作工人手持一把烤炬进行背烧作业，因此同时只能释放一条焊缝的焊接应力，效率低下。而且还要占用一台门吊用于工件翻面，占用车间设备资源，延长工作时间，为船舶的建造增加很大的成本。
目前国内部分船厂利用传送辊道将小组立工件支撑起来，在辊道下方安装烤炬，通过工人手动对齐烤炬和筋板位置，手动控制烤炬开关火的时间，实现较为便捷的半自动背烧系统。但依然智能化程度不高，作业时需要工人时刻根据筋板位置控制烤炬移动和开关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的用于释放筋板焊接内应力的装置及其使用方法，它可实现船舶小组里筋板焊接的自动应力释放，可对多条筋板同时进行背烧。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于释放筋板焊接内应力的装置，它主要包括一支架,其与现有技术的区别在于:所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。
优选的，所述的背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置；直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，拖链的底部设有拖链槽。
进一步，所述的直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置。
进一步，直线轨道的一端设有防冲挡板，滑块的下方设有用以支撑滑块的垫块；底座的上方设有一用于安装减速机的减速机安装板。
进一步，所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；所述的烤炬数量为3-10个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
所述的方法包括如下步骤：a、首先根据船厂生产的船舶小组立结构的筋板间距，调整装置中每一把烤炬的间隔区间，保证每一把烤炬的对应工作区域内只有一条筋板需要释放焊接内应力；b、利用门吊将包含筋板的小组立结构的工件放置在待背烧区域中，保证需要背烧的筋板的传送方向不偏离，定位传感器读取所有需要加工的筋板的开始、结束点坐标，然后启动装置；c、装置根据筋板的纵坐标Y位置分配背烧任务，利用传送辊道将每一个烤炬移动到对应位置，然后开启自动背烧作业；d、背烧结束后，利用门吊将卸料区域内完成背烧作业的工件装卸至托盘。
优选的，c步骤中，设烤炬在坐标系中的横坐标为x0，辊道传送速度为v0，该烤炬对应的筋板始端坐标为（x11,y11），末端坐标为（x12,y12）；则系统启动后，该烤炬的点火时间t1=(x0-x11)/v0，关火时间t2=(x0-x11)/v0；当两块相邻筋板间隔很小，为避免频繁的点火和关火，设置一间隔时间Δt，若前一块筋板的关火时间t12与后一条筋板的点火时间t21的差小于Δt，则烤炬不执行关火操作。
进一步，所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。
进一步，所述的背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置；直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，拖链的底部设有拖链槽。
更进一步，所述的直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置；所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；所述的烤炬数量为3-10个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：
1、本发明所述的改进方案中，支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器，通过定位传感器来确定需要进行背烧的筋板坐标，然后调整各个背烧火焰机构的运作，通过控制背烧火焰机构的运行来达到同时、快速、有效完成背烧的目的，背烧的速度可以达到0.5～0.8m/min，省事省力，提高了工作效率；
2、本发明的技术方案的中，背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链，通过调节烤炬的高度，氧气、可燃气体的流量比例即可调节背烧温度，调节辊道传送速度即可调节背烧速度，可同时完成多条筋板的精确背烧工作，以达到节约人力，减少工时，提高质量的目的；
3、本发明首创了背烧火焰机构，应用时焊接完成的小组立工件放置在传送辊道上，利用架设在辊道上方的定位传感设备，背烧系统可以获得筋板的位置信息，据此控制背烧火焰机构的烤炬位置及开关火时间，实现船舶小组立筋板焊接内应力的自动释放；
4、本发明的释放筋板焊接内应力的装置不用人工干预，操作简单高效，同时背烧效果好，可以根据不同的板厚要求，调整背烧的时间和速度，还可以根据需要重复背烧的过程，提高了效率，降低了人力成本，同时提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明的一实施例的结构示意图。
图2为本发明的一实施例的又一结构示意图。
图3为本发明的一实施例的俯视结构示意图。
图4为本发明的背烧火焰机构的结构示意图。
图5为图4的侧视图。
图6为图4的俯视图。
图7为本发明的背烧火焰机构的立体图。
图8为本发明的工件摆放要求示意图。
图9为本发明的筋板背烧过程中筋板始末坐标示意图。
图10为本发明单个传动机构及烤柜的结构示意图。
图11为本发明双管夹的结构示意图。
附图标记：
1传送辊道、2背烧火焰机构、3分流排、4气源箱、5调压阀、6定位传感器；
7拖链槽、8齿轮、9齿条、10减速机安装板、11垫块、12护罩板、13管夹底座、14圆管、15枪夹、16单管夹、17双管夹、18滑块、19滑块安装板、20底座、21防冲挡板、22拖链支架、24直线导轨、25烤炬及其点火装置、26拖链。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明提供了一种用于释放筋板焊接内应力的装置，具体参见图1，它主要包括一支架,所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；这里的定位传感器设有多个，在待背烧区域和背烧作业区均设有分布，一般是沿着背烧火焰机构的位置进行分布，如果背烧火焰机构的数量较多，则定位传感器数量也相应增多。所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。
支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器，通过定位传感器来确定需要进行背烧的筋板坐标，然后调整各个背烧火焰机构的运作，通过控制背烧火焰机构的运行来达到同时、快速、有效完成背烧的目的，背烧的速度可以达到0.5～0.8m/min，省事省力，提高了工作效率。
在一个实施例中，具体参见图4、5和6，背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置，所述的传动机构可以实现烤炬的稳定移动，这里的传动机构设置在直线到轨道的侧边部，这里齿轮设置的位置是每一个拖链支架的位置，齿条设置的位置是一个拖链支架到下一个拖链支架之间的距离，保证烤炬的有效移动距离。
具体来说，直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，这里所述的间隔设置是指一组拖链的拖链支架较长，另一组拖链的拖链支架较短，长的拖链支架能使得拖链远离烤炬，设置在拖链槽的一侧边，短的拖链支架所对应的拖链就设置在拖链槽的另一侧边，这样就能保证布管排线的有效错开，保证使用安全和线路的明确，为后续的安全运行，有效检修提供保证。拖链的底部设有拖链槽，拖链槽包括槽底和设在槽底两侧的档条，所述的档条与槽底之间的夹角为95-110度，这样能更有效保证拖链的设置，拖链槽用于承重拖链，拖链槽底部设有支撑脚，保证装置在运行时的稳定可靠，同时为了保证线路和气路的安全性，在拖链内涂覆一层密封涂层，密封涂层的表面再涂覆一层防火涂层。
在另一个实施例中，本发明是基于应用高精度伺服电机、自动点火功能的烤炬、传送工件的圆柱滚筒组成的传送辊道，等组成“自动释放船舶小组立生产时筋板焊接内应力的背烧系统”。依靠定位传感设备现场测量获取小组立筋板在工作区域内的二维坐标，根据纵向坐标控制伺服电机将烤炬提前移动至指定位置，再根据横向坐标和辊道传送速度，控制烤炬点火和关火的时间。调节烤炬的高度，氧气、可燃气体的流量比例即可调节背烧温度，调节辊道传送速度即可调节背烧速度。
具体来说，直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置，双管夹的具体结构可以参见图11，双管夹同时设有两个夹紧端，两个夹紧端纵横交错设置，两个夹紧端互相垂直，夹紧端包括一个夹紧槽和设在夹紧槽端部的夹紧锁定口，夹紧锁定口上设有固定螺孔，用于防止夹紧螺栓。这样就可以随时根据需要，对于烤炬进行切换，也方便维修，可以将一个烤炬用于背烧操作，另一个烤炬用于备用。这里的圆管和枪夹均为可调节机构，可以进一步调节烤炬的位置，保证背烧的有效进行。直线轨道的一端设有防冲挡板，用以防止滑块滑出轨道,滑块的下方设有用以支撑滑块的垫块；底座的上方设有一用于安装减速机的减速机安装板。所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；所述的烤炬数量为3-10个，优选的数量为4-8个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
在一个实施方法的案例中，发明所述的方法包括如下步骤：a、首先根据船厂生产的船舶小组立结构的筋板间距，调整装置中每一把烤炬的间隔区间，保证每一把烤炬的对应工作区域内只有一条筋板需要释放焊接内应力；b、利用门吊将包含筋板的小组立结构的工件放置在待背烧区域中，保证需要背烧的筋板的传送方向不偏离，定位传感器读取所有需要加工的筋板的开始、结束点坐标，然后启动装置；c、装置根据筋板的纵坐标Y位置分配背烧任务，利用传送辊道将每一个烤炬移动到对应位置，然后开启自动背烧作业；d、背烧结束后，利用门吊将卸料区域内完成背烧作业的工件装卸至托盘。c步骤中，设烤炬在坐标系中的横坐标为x0，辊道传送速度为v0，该烤炬对应的筋板始端坐标为（x11,y11），末端坐标为（x12,y12）；则系统启动后，该烤炬的点火时间t1=(x0-x11)/v0，关火时间t2=(x0-x11)/v0；当两块相邻筋板间隔很小，为避免频繁的点火和关火，设置一间隔时间Δt，若前一块筋板的关火时间t12与后一条筋板的点火时间t21的差小于Δt，则烤炬不执行关火操作。
具体操作如下：
1.为小组立背烧系统通电、通气；
2.工作人员利用门吊将小组立工件摆放在待背烧区域中，保证需要背烧作业的筋板与传送方向的夹角小于5°；（如图8所示）
3.工作人员确认其系统工作状态正常后，通过人机交互界面开启自动背烧作业；
4.背烧结束后，工作人员利用门吊将卸料区域内完成背烧作业的工件装卸至托盘。
再依次重复2～4过程。
在另一个实施方法中，根据船厂生产的船舶小组立结构常规筋板间距，设计每把烤炬的工作区域宽度，使得同一时间每把烤炬的对应工作区域内只有一条筋板。本实施例的背烧机构共设5把烤炬，系统主要关联的坐标系是待背烧区域内工件传送辊道上表面所在的二维坐标系。定位传感设备的测量范围覆盖整个待背烧区域，只采集水平方向的小组立筋板的始末点坐标（如图9所示）。
背烧系统根据筋板的纵坐标（y）分配背烧任务，利用伺服电机将烤炬移动到对应位置。
设烤炬在坐标系中的横坐标为x0，辊道传送速度为v0，该烤炬对应的筋板始端坐标为（x11,y11），末端坐标为（x12,y12）。
则系统启动后，该烤炬的点火时间t1=(x0-x11)/v0，关火时间t2=(x0-x11)/v0。
考虑到两块相邻筋板间隔很小，为避免频繁的点火和关火，设置一阈值时间Δt，若前一块筋板的关火时间t12与后一条筋板的点火时间t21的差小于Δt，则烤炬不执行关火操作。
本发明适用于尺寸小于5m*5m的船舶小组立结构背烧作业，底板厚度8～30mm，重量小于5吨，识别精度10mm，工作温度0～40℃，湿度范围20～80，支持5条筋板同时背烧，背烧速度0.5～0.8m/min。
所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置；直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，拖链的底部设有拖链槽。直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置；所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；所述的烤炬数量为3-10个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于释放筋板焊接内应力的装置，它主要包括一支架,其特征于:所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链；
所述的背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置；直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，拖链的底部设有拖链槽；
拖链槽包括槽底和设在槽底两侧的档条，所述的档条与槽底之间的夹角为95-110度，拖链槽用于承重拖链，拖链槽底部设有支撑脚；
所述的直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置；双管夹同时设有两个夹紧端，两个夹紧端纵横交错设置，两个夹紧端互相垂直，夹紧端包括一个夹紧槽和设在夹紧槽端部的夹紧锁定口，夹紧锁定口上设有固定螺孔，用于防止夹紧螺栓。
2.根据权利要求1所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置，其特征在于：直线轨道的一端设有防冲挡板，滑块的下方设有用以支撑滑块的垫块；底座的上方设有一用于安装减速机的减速机安装板。
3.根据权利要求1所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置，其特征在于：所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；
所述的烤炬数量为3-10个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
4.根据权利要求1所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置的使用方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：a、首先根据船厂生产的船舶小组立结构的筋板间距，调整装置中每一把烤炬的间隔区间，保证每一把烤炬的对应工作区域内只有一条筋板需要释放焊接内应力；b、利用门吊将包含筋板的小组立结构的工件放置在待背烧区域中，保证需要背烧的筋板的传送方向不偏离，定位传感器读取所有需要加工的筋板的开始、结束点坐标，然后启动装置；c、装置根据筋板的纵坐标Y位置分配背烧任务，利用传送辊道将每一个烤炬移动到对应位置，然后开启自动背烧作业；d、背烧结束后，利用门吊将卸料区域内完成背烧作业的工件装卸至托盘。
5.根据权利要求4所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置的使用方法，其特征在于：c步骤中，设烤炬在坐标系中的横坐标为x0，辊道传送速度为v0，该烤炬对应的筋板始端坐标为（x11,y11），末端坐标为（x12,y12）；则系统启动后，该烤炬的点火时间t1=(x0-x11)/v0，关火时间t2=(x0-x11)/v0；当两块相邻筋板间隔很小，为避免频繁的点火和关火，设置一间隔时间Δt，若前一块筋板的关火时间t12与后一条筋板的点火时间t21的差小于Δt，则烤炬不执行关火操作。
6.根据权利要求4所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置的使用方法，其特征在于：所述的装置包括设置在支架上的传送辊道,与传送辊道相配合的背烧火焰机构,传送辊道的下方设有与背烧火焰机构相连的分流排,传送辊道的一端设有气源箱和调压阀,传送辊道的上方设有定位传感器；所述的背烧火焰机构包括若干组烤炬、用以移动烤炬的传动机构，以及与烤炬相配合的拖链。
7.根据权利要求6所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置的使用方法，其特征在于：所述的背烧火焰机构包括一直线导轨，所述的直线导轨与传送辊道之间平行设置，直线导轨上设置有若干个传动机构，所述的传动机构为一组配合的齿轮和齿条，传动机构与烤炬一一对应设置；直线轨道上设有若干个底座，所述的烤炬设置于底座上，底座的一端设有拖链支架，每个拖链支架的端部连接有一拖链，左右相邻的拖链之间间隔设置，拖链的底部设有拖链槽。
8.根据权利要求6所述的一种用于释放筋板焊接内应力的装置的使用方法，其特征在于：所述的直线轨道上设有滑块安装板，滑块安装板上设有滑块，滑块上安装有管夹底座，所述的烤炬通过一支撑连接件安装于管夹底座上；所述的支撑连接件包括一枪夹，枪夹上分别设有单管夹和双管夹，单管夹用于固定单个烤炬，双管夹用于固定一个烤炬和一个点火装置；所述的拖链用于设置供气管路和控制信号线缆，所述的供气管路连接气源箱和烤炬；所述的烤炬数量为3-10个，每一个烤炬分别与一传动机构和一拖链相配合。
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