CN109894782A - 一种螺旋板端面焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋板端面焊接装置，包括龙门架、与龙门架转动连接的回转台、设在龙门架上用于驱动所述回转台转动的回转驱动装置、设在回转台上的水平工作台、设在水平工作台上的横向线性模组、设在横向线性模组上的焊枪和设在横向线性模组上用于驱动横向线性模组动作的横向驱动装置。龙门架上设有回转支承，回转台固定安装在回转支承上。回转驱动装置包括设在龙门架上的回转减速机、与回转减速机连接的回转伺服电机和设在回转减速机输出轴上的回转齿轮。本发明用于焊接螺旋板，具有焊接速度快，焊接成本低和工作效率高的特点。

Description

一种螺旋板端面焊接装置

技术领域

本发明涉及螺旋板换热器端面焊接的技术领域，尤其是涉及一种螺旋板端面焊接装置。

背景技术

螺旋板换热器是由两张平行的金属板卷制成两个螺旋形通道，冷热流体之间通过螺旋板壁进行换热的换热器，具有体积小、设备紧凑、传热效率高、金属耗量少的优点，适用干液-液、气一液、气一气对流传热，蒸汽冷凝和液体蒸发传热，在化工、石油、医药、机械、电力、环保、节能及需要热量转换等工业有着广泛的应用。

螺旋板换热器的加工流程主要包括下料、拼接、卷制、焊接通道、装配和压力测试几个步骤。在下料、拼接、卷制、装配和压力测试中，均已实现了自动化或者半自动化生产，如装配中使用气动工具安装螺栓、压力测试中使用水压机进行打压和下料过程中使用数控切割机下料等。但是在焊接通道工序中，还是以人工焊接为主，根本原因是螺旋板换热器端面的焊接轨迹为螺旋形，其上每一个点与螺旋板换热器中心的距离都不一样，市面上能够买到的自动化焊接设备只能够焊接直线、弧线和波浪线等规则线型，无法满足螺旋型焊接轨迹的焊接需要。

人工焊接大多使用手把焊，焊接过程中的质量完全依托于焊接人员的焊接技术和经验，焊接质量非常不稳定，经常出现返工问题。返工时需要进行补焊或者打磨后重新焊接，十分影响生产进度。尤其是手把焊时焊接过程不连续，焊缝的拼接处容易出现内伤，需要重点检测，检测成本也非常高。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋板端面焊接装置，该螺旋板端面焊接装置实现了螺旋板端面焊接的连续式自动化生产，生产成本更低，生产效率更高。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种螺旋板端面焊接装置，包括龙门架，还包括与龙门架转动连接的回转台、设在龙门架上用于驱动所述回转台转动的回转驱动装置、设在回转台上的水平工作台、设在水平工作台上的横向线性模组、设在横向线性模组上的焊枪和设在横向线性模组上用于驱动横向线性模组动作的横向驱动装置。

通过采用上述技术方案，焊接过程中，回转驱动装置带动回转台匀速转动，该过程中，横向线性模组在横向驱动装置的带动下在匀速运动，这样焊枪的移动轨迹就是一个参数确定的阿基米德螺旋线，该螺旋线与螺旋板端面的焊接轨迹吻合，因此仅需要确定回转台的转动速度和横向线性模组的移动速度两个参数就能够实现自动焊接，焊枪在焊接过程中连续作业，焊接速度快，焊接效率高，并且能够形成连续焊缝，避免了搭接式焊缝容易出现内伤的情况。

本发明进一步设置为：所述龙门架上设有回转支承，所述回转台固定安装在回转支承上。

通过采用上述技术方案，本发明使用回转支承作为龙门架与回转台之间的过渡，回转支承是一个成熟产品，转动过程稳定，转动精度高，能够提高焊枪移动轨迹与焊缝轨迹的重合度，进而起到提高焊接质量的效果。

本发明进一步设置为：所述回转驱动装置包括设在龙门架上的回转减速机、与回转减速机连接的回转伺服电机和设在回转减速机输出轴上的回转齿轮；

所述回转齿轮与回转支承啮合。

通过采用上述技术方案，本发明使用回转伺服电机和齿轮传动的方式驱动回转支承转动，伺服电机的转速调整范围和调整精度都明显高于其他电机，能够使实际焊接轨迹与设计焊接轨迹的重合度更高，并且齿轮传动的传动精度和负载要高于其他传动方式，能够使实际焊接轨迹与设计焊接轨迹的重合度进一步提高。

本发明进一步设置为：所述横向线性模组包括设在水平工作台上的横向导轨和与横向导轨滑动连接的横向滑块；

所述焊枪固定安装在横向滑块上。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种横向线性模组的具体结构，横向滑块在横向导轨上滑动的过程中，带动焊枪在水平方向上移动。

本发明进一步设置为：所述横向滑块上设有微调装置；

所述微调装置包括固定在横向滑块上的导向套、开在导向套上的孔、设在孔内壁上的凸台和放置在孔内的调整弹簧；

所述焊枪的一端插入到孔内，所述调整弹簧的两端分别抵接在凸台和调整弹簧上。

通过采用上述技术方案，钢板在卷制过程中，其形成的端面高度无法保持一致，因此本发明在横向滑块上增加了微调装置，焊接过程中调整弹簧向焊枪施加一个推力，使其能够与螺旋板的端面保持接触压力，同时当端面的高度出现变化时，调整弹簧对应的伸长或缩短，使焊枪在导向套的孔内滑动，这样既能够保证焊接过程的正常进行，还能够避免接触压力过大导致的焊枪磨损和前进速度变慢导致的焊缝高度偏高或烧穿。

本发明进一步设置为：所述横向驱动装置包括设在横向滑块上的横向减速机、设在横向减速机上的横向伺服电机和设在横向减速机输出轴上的第一齿轮；

所述水平工作台上设有平行于横向导轨的横向齿条，所述第一齿轮与横向齿条啮合。

通过采用上述技术方案，本发明通过横向伺服电机和齿轮齿条的传动方式驱动横向滑块在横向齿条上匀速滑动，这种移动方式的移动速度稳定，移动精度高，能够提高实际焊接轨迹与设计焊接轨迹的重合度。

本发明进一步设置为：所述横向滑块上设有纵向距离调整部分；

所述纵向距离调整部分包括固定在横向滑块上的竖直操作台、设在竖直操作台上的纵向线性模组和用于驱动纵向线性模组动作的纵向驱动装置；

所述导向套固定安装在纵向线性模组上。

通过采用上述技术方案，当生产工件的规格改变时，纵向驱动装置带动纵向线性模组在平行于其轴线的方向移动，改变焊枪与工件之间的距离，能够有效扩大本发明的使用范围。

本发明进一步设置为：所述纵向线性模组包括垂直固定在竖直操作台上的纵向导轨和设在纵向导轨上的纵向滑块；

所述导向套固定安装在纵向滑块上。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种纵向线性模组的具体结构，纵向滑块在纵向导轨上滑动，能够改变焊枪与工件之间的距离。

本发明进一步设置为：所述纵向驱动装置包括固定在纵向滑块上的纵向减速机、设在纵向减速机上的纵向伺服电机和设在纵向减速机输出轴上的第二齿轮；

所述竖直操作台上设有平行于纵向导轨的纵向齿条，所述第二齿轮与纵向齿条啮合。

通过采用上述技术方案，本发明通过纵向伺服电机和齿轮齿条的传动方式驱动横向滑块在横向齿条上匀速滑动，这种移动方式的移动速度稳定，移动精度高，能够提高实际焊接轨迹与设计焊接轨迹的重合度。

本发明进一步设置为：所述焊枪上设有导向轮。

通过采用上述技术方案，导向轮在焊接过程中随之转动，能够有效降低其在前进过程中的阻力，并且该过程中焊枪不再与螺旋板接触，能够彻底避免机械磨损，延长焊枪的使用寿命。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.焊接过程中，本发明中的回转驱动装置带动回转台匀速转动，该过程中，横向线性模组在横向驱动装置的带动下在匀速运动，这样焊枪的移动轨迹就是一个参数确定的阿基米德螺旋线，该螺旋线与螺旋板端面的焊接轨迹吻合，因此仅需要确定回转台的转动速度和横向线性模组的移动速度两个参数就能够实现自动焊接，焊枪在焊接过程中连续作业，焊接速度快，焊接效率高，并且能够形成连续焊缝，避免了搭接式焊缝容易出现内伤的情况。

2.本发明中的纵向驱动装置能够带动焊枪向靠近或者远离工件的方向移动，这样在工件的规格发生改变时，也能够使用本发明进行焊接。

3．本发明在横向滑块上增加了微调装置，焊接过程中调整弹簧向焊枪施加一个推力，使其能够与螺旋板的端面保持接触压力，同时当端面的高度出现变化时，调整弹簧对应的伸长或缩短，使焊枪在导向套的孔内滑动，这样既能够保证焊接过程的正常进行，还能够避免接触压力过大导致的焊枪磨损和前进速度变慢导致的焊缝高度偏高或烧穿。

4.本发明在焊枪上增设了一个导向轮，焊接过程中导向轮随之转动，能够有效降低焊枪在前进过程中的阻力，并且该过程中焊枪不再与螺旋板接触，能够彻底避免机械磨损，延长焊枪的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例1的结构示意图。

图2是本发明的实施例2的结构示意图。

图3是本发明的微调装置的结构示意图。

图4是本发明的实施例3的结构示意图。

图5是图4中A部分的局部放大示意图。

图中，11、龙门架；12、水平工作台；13、焊枪；14、回转台；21、回转支承；22、回转减速机；23、回转伺服电机；24、回转齿轮；31、横向导轨；32、横向滑块；41、横向减速机；42、横向伺服电机；43、第一齿轮；44、横向齿条；5、导向轮；61、竖直操作台；62、纵向导轨；63、纵向滑块；71、纵向减速机；72、纵向伺服电机；73、第二齿轮；74、纵向齿条；81、导向套；82、孔；83、凸台；84、调整弹簧。

具体实施方式

实施例1

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图5（图5中的横向线性模组部分与图1中的横向线性模组部分结构相同），为本发明公开的一种螺旋板端面焊接装置，其中的主体为龙门架11，其余的各部分均直接或者间接的安装在龙门架上。

回转支承21螺栓连接在龙门架11上，回转台14螺栓连接回转支承21上，回转台14同样螺栓连接在回转支承21上。回转驱动装置由回转减速机22、回转伺服电机23和回转齿轮24组成，其中回转减速机22螺栓连接在龙门架11上，回转伺服电机23安装在回转减速机22的收入端上，回转齿轮24键连接在回转减速机22的输出轴上并与回转支承21啮合。回转伺服电机23动作时，通过回转减速机22带动回转齿轮24转动，回转齿轮24转动时，与之啮合的回转支承21同时发生转动。回转支承21转动时，带动回转台14转动。

横向线性模组由横向导轨31和横向滑块32两部分组成，其中横向导轨31螺栓连接在回转台14上，其轴线垂直于回转支承21的轴线，横向滑块32与横向导轨31滑动连接，能够在横向导轨31上做往复直线运动。

横向驱动装置由横向减速机41、横向伺服电机42和第一齿轮43组成，其中横向减速机41螺栓连接在横向滑块32上，横向伺服电机42连接在横向减速机41的输入端上，第一齿轮43键连接在横向减速机41的输出轴上。横向齿条44固定在水平工作台12上，其轴线平行于导轨31的轴线。第一齿轮43与横向齿条44啮合，横向伺服电机42动作时，通过横向减速机41带动第一齿轮43转动，第一齿轮43转动时在横向齿条44上移动，进而带动横向滑块32在横向导轨31上滑动。

焊枪13用螺栓或者卡扣固定在横向滑块32上，随着横向滑块32的移动而移动。焊枪13上固定安装有一个导向轮5，焊枪13在移动过程中，导向轮5随之滚动并始终与螺旋板的端面接触，该过程中焊枪13不与螺旋板的端面接触。当焊枪13与横向滑块32之间的距离过小，装拆不便时，可以在二者之间增加一个延长支架。

阿基米德螺线是一个点匀速离开一个固定点的同时又以固定的角速度绕该固定点转动而产生的轨迹，举一个形象一点的例子：时钟上的指针在作匀速转动，假如有一只虫子从时钟的中心，沿指针作匀速爬动，虫子前进时的线速度不变，角速度逐渐下降，虫子最终走出的轨迹就是阿基米德螺线，阿基米德螺线的一个突出特点就是螺距相等。

为了解释的更加清楚，下面对本发明的原理和控制方式进行进一步的解释：

螺旋板换热器有两张平行的金属板卷制而成，形成两个螺旋形的通道，这两个通道相互独立，里面的介质通过金属板完成换热。相邻金属板之间的距离相等，因此螺旋形通道的厚度也相等。如果将金属板在端面上的投影视为一根螺旋线，那么该螺旋线的螺距就是一个定值，即螺旋板换热器中的金属板是按照阿基米德螺旋线进行卷制的。

工作过程中，回转支承21在回转驱动装置的带动下匀速转动，其角速度不变，焊枪13在横向驱动装置的带动下做匀速直线运动，因此该情况下焊枪13的实际运动轨迹并不是阿基米德螺旋线，需要进行调整。具体的调整包括长度划分、设定参数和参数校正三部分，长度划分是根据实际的产品长度将焊枪13的实际运动轨迹划分成多个长度的线段，设定参数是改变每个线段对应的回转支承21的转动速度，这样焊枪13的理论运动轨迹就是一个由多段阿基米德螺旋线组成的曲线。

参数校正是对焊枪13的理论运动轨迹进行调整，使其尽可能的与实际焊接轨迹重合，该过程需要用到对比法。焊接过程中焊丝会在铁板上形成一个熔池，该熔池的尺寸要明显大于焊丝直径和焊缝的宽度，因此在焊接过程中允许出现焊丝与焊缝偏离，只要偏离程度在允许范围之内即可。用对比法校正焊枪13的运动轨迹时，将前述内容中制作的焊枪13运动轨迹与金属板的卷制轨迹进行对比，两根曲线上对应部分之间的距离就是对应的误差，该距离在误差允许的范围之内时，说明该段曲线不需要进行调整，误差超过允许范围时，则需要进行调整。

阿基米德螺旋线的极坐标方程为r=a+bθ，因此调整时需要调整a或b的数值，调整完成后，对应的该段曲线发生变化，然后再次进行对比，直至全部的曲线段与金属板卷制轨迹之间的距离在误差允许范围内。

本实施例的实施原理为：

首先进行参数准备，根据焊枪13的实际运动曲线编制回转伺服电机23和横向伺服电机42的工作参数，回转伺服电机23需要输入各时间段的长度和每个时间段内对应的转速，横向伺服电机42的移动速度恒定，只需要输入一个转速参数。

接着将需要焊接的螺旋板放置到龙门架11的正下方并校正摆放位置和焊接点，螺旋板的轴线与回转支承21的轴线重合，焊枪13位于焊接点的正上方。

接着焊枪13、回转伺服电机23和横向伺服电机42同时启动，焊枪13对焊缝进行焊接，横向伺服电机42通过横向减速机41带动第一齿轮43在横向齿条44上运动，带动焊枪13向远离或者靠近螺旋板轴线的方向移动；回转伺服电机23通过回转减速机22和回转齿轮24驱动回转支承21转动，使焊枪13围绕螺旋板的轴线转动。该过程中导向轮5始终与螺旋板接触。

焊接完成后纵向伺服电机72方向动作，带动焊枪13向远离螺旋板的方向移动，移动到指定位置后停止。焊枪13离开螺旋板后自动停止工作。

实施例2

参考图2和图3，实施例1中焊枪13在垂直于其运动轨迹的方向上无法移动，因此会出现与焊缝距离不稳定的情况，导致焊接高度出现波动。因此在本实施例中在焊枪13与横向滑块32之间增加了一个微调装置。

微调装置的主体部分为固定在横向滑块32上的导向套81，其上开有一个孔82，孔82内放置有一个调整弹簧84，其内壁上设有一个凸台83，焊枪13自下而上插入到孔82内。调整弹簧84的两端分别顶在凸台83和焊枪13上，焊枪13受力后在孔82内滑动，调整弹簧84随之伸长或缩短。

微调装置的工作原理为：

焊接过程中焊枪13上的导向轮5始终与需要焊接的螺旋板接触，螺旋板的高度存在波动，因此导向轮5会在垂直与其运动轨迹的方向上做直线往复运动，相应的焊枪13也会随之一起运动。微调装置中的调整弹簧84通过焊枪13对导向轮5施加一个推力，使其始终与需要焊接的螺旋板接触。导向轮5在垂直于其运动轨迹的方向上做直线往复运动时，调整弹簧84随之伸长或者缩短。该过程中焊枪13与焊缝之间的距离保持不变。

实施例3

参考图4和图5，实施例2中的焊枪13仅能够在小范围内波动，当需要焊接的螺旋板换热器规格发生改变时，还需要额外增加相应的举升装置，会带来额外的操作步骤，因此本实施例中增加了纵向距离调整部分，纵向距离调整部分能够调整焊枪13与螺旋板之间的距离。

纵向距离调整部分由竖直操作台61、纵向线性模组和纵向驱动装置几部分组成。其中竖直操作台61固定在横向滑块32上，能够在横向滑块32的的带动下沿着横向导轨31做直线运动。

纵向线性模组由纵向导轨62和纵向滑块63组成，其中纵向导轨62螺栓固定在竖直操作台61上，纵向滑块63与纵向导轨62滑动连接，能够沿着纵向导轨62做直线往复运动。

本实施例中将微调装置移动到了纵向滑块63上，即微调装置中的导向套81固定到了纵向滑块63上。

纵向驱动装置由纵向减速机71、纵向伺服电机72和第二齿轮73组成，其中纵向减速机71螺栓固定在纵向滑块63上，纵向伺服电机72连接在纵向减速机71的输入端上，第二齿轮73键连接在纵向减速机71的输出轴上。纵向齿条74同样螺栓固定在竖直操作台61上，其轴线平行于纵向导轨62的轴线。第二齿轮73与纵向齿条74啮合，纵向伺服电机72工作时，通过纵向减速机71带动第二齿轮73转动，第二齿轮73转动时在第二齿轮73上移动。

焊接过程中，纵向伺服电机72首先动作，通过纵向减速机71带动第二齿轮73在纵向齿条74上移动，使焊枪13向靠近焊接点的方向靠近，导向轮5与螺旋板接触后停止。后续过程与实施例1和实施例2中的工作过程相同，此处不再赘述。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种螺旋板端面焊接装置，包括龙门架（11），其特征在于：还包括与龙门架（11）转动连接的回转台（14）、设在龙门架（11）上用于驱动所述回转台（14）转动的回转驱动装置、设在回转台（14）上的水平工作台（12）、设在水平工作台（12）上的横向线性模组、设在横向线性模组上的焊枪（13）和设在横向线性模组上用于驱动横向线性模组动作的横向驱动装置。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述龙门架（11）上设有回转支承（21），所述回转台（14）固定安装在回转支承（21）上。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述回转驱动装置包括设在龙门架（11）上的回转减速机（22）、与回转减速机（22）连接的回转伺服电机（23）和设在回转减速机（22）输出轴上的回转齿轮（24）；

所述回转齿轮（24）与回转支承（21）啮合。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述横向线性模组包括设在水平工作台（12）上的横向导轨（31）和与横向导轨（31）滑动连接的横向滑块（32）；

所述焊枪（13）固定安装在横向滑块（32）上。

5.根据权利要求4所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述横向滑块（32）上设有微调装置；

所述微调装置包括固定在横向滑块（32）上的导向套（81）、开在导向套（81）上的孔（82）、设在孔（82）内壁上的凸台（83）和放置在孔（82）内的调整弹簧（84）；

所述焊枪（13）的一端插入到孔（82）内，所述调整弹簧（84）的两端分别抵接在凸台（83）和调整弹簧（84）上。

6.根据权利要求4所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述横向驱动装置包括设在横向滑块（32）上的横向减速机（41）、设在横向减速机（41）上的横向伺服电机（42）和设在横向减速机（41）输出轴上的第一齿轮（43）；

所述水平工作台（12）上设有平行于横向导轨（31）的横向齿条（44），所述第一齿轮（43）与横向齿条（44）啮合。

7.根据权利要求4所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述横向滑块（32）上设有纵向距离调整部分；

所述纵向距离调整部分包括固定在横向滑块（32）上的竖直操作台（61）、设在竖直操作台（61）上的纵向线性模组和用于驱动纵向线性模组动作的纵向驱动装置；

所述导向套（81）固定安装在纵向线性模组上。

8.根据权利要求7所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述纵向线性模组包括垂直固定在竖直操作台（61）上的纵向导轨（62）和设在纵向导轨（62）上的纵向滑块（63）；

所述导向套（81）固定安装在纵向滑块（63）上。

9.根据权利要求8所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述纵向驱动装置包括固定在纵向滑块（63）上的纵向减速机（71）、设在纵向减速机（71）上的纵向伺服电机（72）和设在纵向减速机（71）输出轴上的第二齿轮（73）；

所述竖直操作台（61）上设有平行于纵向导轨（62）的纵向齿条（74），所述第二齿轮（73）与纵向齿条（74）啮合。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种螺旋板端面焊接装置，其特征在于：所述焊枪（13）上设有导向轮（5）。