CN109128445A - 一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置及其方法，包括固定V型座、活动V型座、主电极中心标记装置、副电极对中升降装置、旋转焊接装置、称重装置、主电极和副电极；本发明自动化程度高、操作简便；焊接方法得当、保证生产稳定；其与称量系统集成，无需再配置称量设备，减少车间设备占地面积。

Description

一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置及其方法

技术领域

本发明属于特种冶金领域，具体涉及一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置及其方法。

背景技术

重熔设备包括电渣重熔炉和真空自耗重熔炉，其作用是为了解决高温合金、耐蚀合金等特种材料静态铸造过程的正偏析缺陷，以及改善钛电极致密度和均匀性。在这两种重熔方式中，都是将电极放入水冷铜质结晶器中，在渣阻热作用下，电极的下端面受热熔化形成熔滴，经过电渣过滤，最终滴落到水冷铜结晶器中形成熔池以及迅速凝固。随着电极被逐步消耗与铸锭的长高，自耗电极的位置也缓慢向上提升，以保持自耗电极下端面与熔池恒定的距离。

在此过程中电极与结晶器之间的对中度非常重要。如果他们之间的对中误差超过安全范围，会造成结晶器受热不均匀，熔池温度不对称，导致铸锭凝固质量不均匀，甚至会形成严重的偏析缺陷。

电极与结晶器之间的对中方法及装置已经有了较多的方案，如：

CN201320705419-一种电极对中装置

CN201410316405-一种金属电渣重熔炉及其电极对中方法

CN201420548821-用于电渣炉的电极对中调节和称重装置

CN201620823674-自耗炉X-Y电极对中调节装置

（由于电极与结晶器之间的对中不是本发明的考虑范围，以上方案不作进一步解析。）

以上描述中的电极，分为两个部分，一个为需要重熔的电极，另一个为安装夹持用的模拟电极。这两部分需要在炉外对中并焊接在一起。基于以上描述中电极与结晶器间对中度的重要性，炉外模拟电极与待重熔电极之间的对中度也非常重要。目前生产实际中，电渣重熔及真空自耗重熔均采用专门的非标化炉外对中焊接装置。

专利《CN201720272882-电极对中机构》描述了一种模拟电极与待重熔电极对中焊接的装置。其工作原理：将模拟电极与待重熔电极分别放置在主动轮滚动机和对中小车上，通过千斤顶对对中小车进行升降，根据观察判断是否对中，再启动转动电机带动电极转动并焊接。这个装置一定程度上解决了对中焊接问题。但是，仍存在以下几个问题：

1.其对中是靠手动千斤顶调节，根据观察或者量具测量，不够准确，且较繁琐；

2.焊接时，是将电极转动，焊枪固定。由于待重熔电极外圆面不平整，存在凹陷、不圆等问题，其旋转中心不能固定，造成焊接问题不准确；且在旋转过程中，模拟电极与待重熔电极位置不相对固定，会有较大的焊接内应力；

3.无称量系统，需要配置额外的称重系统。

发明内容

为了解决以上相关问题，本发明提供了一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，包括固定V型座、活动V型座、主电极中心标记装置、副电极对中升降装置、旋转焊接装置、称重装置、主电极和副电极；所述固定V型座和活动V型座用于支撑待焊接的主电极，均安装在地面上；活动V型座可通过螺纹上下微调高度，使支撑的主电极保持水平；主电极中心标记装置用于自动寻找主电极中心位置，其可夹紧、平移、随动升降，整体安装在地面上；副电极对中升降装置用于夹持副电极并使副电极与主电极自动对中，其可夹持、升降、平移；主电极中心标记装置中激光测距装置的光线射在副电极对中升降装置中活动框架上，据此判断是否升降到位；旋转焊接装置用于焊接主电极与副电极，其焊枪角度可调节，并可旋转360°，其旋转部分安装在副电极对中升降装置中的支撑轴上；称重装置用于焊接前主电极重量称量及焊接后电极重量称量。

进一步，所述主电极中心标记装置，由三爪卡盘、升降背板、导向轴、移动框架、直线滑轨、底座、平移气缸、激光测距装置组成；所述三爪卡盘用于夹持主电极，为气动或电动，安装在升降背板上；所述升降背板随着三爪卡盘位置变化在导向轴上作升降移动；导向轴安装在移动框架上；移动框架安装在直线滑轨上；直线滑轨安装在底座上；平移气缸缸体部分与底座连接，活塞缸头部与移动框架连接，可以驱动移动框架相对于底座移动；底座安装在地面上；激光测距装置安装在升降背板上。

进一步，所述副电极对中升降装置，由三爪卡盘、支撑轴、活动框架、直线滑轨、升降底座、平移气缸、升降气缸组成；所述三爪卡盘用于夹持是副电极，为气动或电动，安装在支撑轴上；支撑轴插入到活动框架中，与孔定位配合并固定，不可旋转；活动框架安装在直线滑轨上；直线滑轨安装在升降底座上；平移气缸缸体部分与升降底座连接，活塞缸头部与活动框架连接，可以驱动活动框架相对于升降底座移动；升降底座安装在地面上，由下底板、上活动板、导向柱组成；升降气缸缸体部分与上活动板连接，活塞缸头部与下底板连接，可以驱动上活动板升降，从而带动安装在上面的设备升降。

进一步，所述称重装置包含四个称量压头，分别安装在固定V型座和活动V型座上。

进一步，所述旋转焊接装置由减速电机、链条、主动链轮、从动链轮、焊枪、支架组成；所述减速电机安装在活动框架上；主动链轮安装在减速电机上；从动链轮安装在支撑轴上，其带有轴承，可绕支撑轴旋转；支架固定在从动链轮上；焊枪固定在支架上，其角度、高度可调。

一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，采用如下步骤：

步骤一、主电极准备；焊接前，检测主电极表面是否有残渣、喷溅物，并 采用钢丝刷或砂轮修磨，将主电极底部的所有残渣或喷溅物去除；

步骤二、副电极准备；根据主电极材料属性选择相同种类、相同等级使用的副电极；所述副电极的长度大于150mm；

步骤三、电极对中；将主电极吊放到固定V型座和活动V型座上，副电极吊放到三爪卡盘上，进行自动对中，等待焊接；

步骤四、电极焊接；采用惰性气体保护焊接，启动焊枪、启动减速电机；减速电机通过链条传动的方法带动焊枪旋转完成主电极与副电极之间焊接；

步骤五、焊后检查；焊接完成后，采用目测法检查电极焊接的致密性和清洁性，其中焊接长度L与该规格合金熔炼最大电流A之间关系应满足：

L≫A/k，k=(500~850)；

步骤六：对于VAR，在焊缝处留下10~20mm的空隙，以利于 VAR 熔炼过程气体排出；采用钢丝刷或手持砂轮对焊接区域进行清理，以去除所有松动的焊接物和喷溅。

进一步，一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述副电极 为镍基或铁基。

进一步，所述惰性气体为氩气。

进一步，所述副电极直径小于主电极的直径，且当主电极的直径为300~400mm时，副电极直径不小于40mm；当主电极的直径为400~500mm时，副电极直径为不小于70mm；当主电极的直径为500~600mm时，副电极直径为不小于95mm；当主电极的直径大于600mm时，副电极直径为不小于130mm。

本发明自动化程度高、操作简便；焊接方法得当、保证生产稳定；其与称量系统集成，无需再配置称量设备，减少车间设备占地面积。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的主电极中心标记装置。

图3 是本发明的副电极对中升降装置。

图4 是本发明的旋转焊接装置。

具体实施方式

实施例 参考图1、2、3和4，电极对中及其焊接的实现步骤如下：

1.参数设置：

设置焊接速度/旋转速度：1r/min；

调整气缸平移速度：60mm/s；

调整气缸升降速度：20mm/s；

称重系统去皮；

2.将已修磨好的主电极7吊入放置在固定V型座1和活动V型座2上；称重系统测的数据并记录；

3.吊入副电极8，并用三爪卡盘41夹持住；

4.启动平移气缸37，三爪卡盘31与主电极端面接触；

5.启动三爪卡盘31，使其卡紧在主电极上；卡紧过程中，激光测距装置38跟随升降，并最终保持在一个固定位置，这个位置与所有不同直径的主电极中心位置相对固定；

6.启动升降气缸47，活动框架43等开始上升，当激光测距装置38射线照射到活动框架43上的定位孔时，控制系统识别到激光测距装置38测量数据变化，停止升降气缸47，主电极与副电极之间的对中完成；

7.启动平移气缸46，使副电极8与主电极7端面接触；

8.启动旋转焊接装置5，完成主电极与副电极端面圆周焊接；

9.焊接结束后，松开三爪卡盘31和三爪卡盘41，平移气缸37和平移气缸46活塞杆缩回复位；升降气缸47活塞杆缩回复位；

10.称重系统获得电极重量，并记录。电极吊离，操作完成。

Claims (9)

1.一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，其特征在于：包括固定V型座（1）、活动V型座（2）、主电极中心标记装置（3）、副电极对中升降装置（4）、旋转焊接装置（5）、称重装置（6）、主电极（7）和副电极（8）；所述固定V型座（1）和活动V型座（2）用于支撑待焊接的主电极（7），均安装在地面上；活动V型座（2）可通过螺纹上下微调高度，使支撑的主电极（7）保持水平；主电极中心标记装置（3）用于自动寻找主电极（7）中心位置，其可夹紧、平移、随动升降，整体安装在地面上；副电极对中升降装置（4）用于夹持副电极（8）并使副电极（8）与主电极（7）自动对中，其可夹持、升降、平移；主电极中心标记装置（3）中激光测距装置（38）的光线射在副电极对中升降装置（4）中活动框架（43）上，据此判断是否升降到位；旋转焊接装置（5）用于焊接主电极（7）与副电极（8），其焊枪角度可调节，并可旋转360°，其旋转部分安装在副电极对中升降装置（4）中的支撑轴（42）上；称重装置（6）用于焊接前主电极重量称量及焊接后电极重量称量。

2.根据权利要求1所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，其特征在于：所述主电极中心标记装置（3），由三爪卡盘（31）、升降背板（32）、导向轴（33）、移动框架（34）、直线滑轨（35）、底座（36）、平移气缸（37）、激光测距装置（38）组成；所述三爪卡盘（31）用于夹持主电极（7），为气动或电动，安装在升降背板（32）上；所述升降背板（32）随着三爪卡盘（31）位置变化在导向轴（33）上作升降移动；导向轴（33）安装在移动框架（34）上；移动框架（34）安装在直线滑轨（35）上；直线滑轨（35）安装在底座（36）上；平移气缸（37）缸体部分与底座（36）连接，活塞缸头部与移动框架（34）连接，可以驱动移动框架（34）相对于底座（36）移动；底座（36）安装在地面上；激光测距装置（38）安装在升降背板（32）上。

3.根据权利要求1所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，其特征在于：所述副电极对中升降装置（4），由三爪卡盘（41）、支撑轴（42）、活动框架（43）、直线滑轨（44）、升降底座（45）、平移气缸（46）、升降气缸（47）组成；所述三爪卡盘（41）用于夹持是副电极（8），为气动或电动，安装在支撑轴（42）上；支撑轴（42）插入到活动框架（43）中，与孔定位配合并固定，不可旋转；活动框架（43）安装在直线滑轨（44）上；直线滑轨（44）安装在升降底座（45）上；平移气缸（46）缸体部分与升降底座（45）连接，活塞缸头部与活动框架（43）连接，可以驱动活动框架（43）相对于升降底座（45）移动；升降底座（45）安装在地面上，由下底板（451）、上活动板（452）、导向柱（453）组成；升降气缸（47）缸体部分与上活动板（452）连接，活塞缸头部与下底板（451）连接，可以驱动上活动板（452）升降，从而带动安装在上面的设备升降。

4.根据权利要求1所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，其特征在于：所述称重装置（6）包含四个称量压头，分别安装在固定V型座（1）和活动V型座（2）上。

5.根据权利要求1所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置，其特征在于：所述旋转焊接装置（5）由减速电机（51）、链条（52）、主动链轮（53）、从动链轮（54）、焊枪（55）、支架（56）组成；所述减速电机（51）安装在活动框架（43）上；主动链轮（53）安装在减速电机（51）上；从动链轮（54）安装在支撑轴（42）上，其带有轴承，可绕支撑轴（42）旋转；支架（56）固定在从动链轮（54）上；焊枪（55）固定在支架（56）上，其角度、高度可调。

6.根据权利要求5所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，其特征在于：采用如下步骤

步骤一、主电极准备；焊接前，检测主电极（7）表面是否有残渣、喷溅物，并 采用钢丝刷或砂轮修磨，将主电极（7）底部的所有残渣或喷溅物去除；

步骤二、副电极（8）准备；根据主电极（7）材料属性选择相同种类、相同等级使用的副电极（8）；所述副电极（8）的长度大于150mm；

步骤三、电极对中；将主电极（7）吊放到固定V型座（1）和活动V型座（2）上，副电极（8）吊放到三爪卡盘（41）上，进行自动对中，等待焊接；

步骤四、电极焊接；采用惰性气体保护焊接，启动焊枪（55）、启动减速电机（51）；减速电机（51）通过链条传动的方法带动焊枪（5）旋转完成主电极（7）与副电极（8）之间焊接；

步骤五、焊后检查；焊接完成后，采用目测法检查电极焊接的致密性和清洁性，其中焊接长度L与该规格合金熔炼最大电流A之间关系应满足：

L≫A/k，k=(500~850)；

步骤六：对于VAR，在焊缝处留下10~20mm的空隙，以利于 VAR 熔炼过程气体排出；采用钢丝刷或手持砂轮对焊接区域进行清理，以去除所有松动的焊接物和喷溅。

7.根据权利要求6所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述副电极（8）为镍基或铁基。

8.根据权利要求6所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。

9.根据权利要求6所述的一种重熔设备电极炉外自动对中焊接装置的焊接方法，其特征在于：所述副电极（8）直径小于主电极（7）的直径，且当主电极（7）的直径为300~400mm时，副电极（8）直径不小于40mm；当主电极（7）的直径为400~500mm时，副电极（8）直径为不小于70mm；当主电极（7）的直径为500~600mm时，副电极（8）直径为不小于95mm；当主电极（7）的直径大于600mm时，副电极（8）直径为不小于130mm。