CN109986247A - 用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及厚壁压力容器焊接加工设备技术领域；用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，包括第一燃烧室、氩气管、吹氧管、铝丝电极装置、第二燃烧室、混热腔、压缩空气管，第一燃烧室为长椭球型容器，其长轴纵置，上端与吹氧管联通，吹氧管与其长轴共轴，氩气管连接在第一燃烧室上部侧面；第一燃烧室中部侧面对称开孔，并于开孔处安装两个铝丝电极装置；本发明提供了一种氩保护下电弧融铝并吹氧燃烧的加热装置，用于对厚壁焊件预热可避免燃烧产物对焊缝质量造成不利影响，使预热工序无需远离焊缝坡口区域，有效提高了能源利用率，降低了预热能耗，可以大幅改善生产环境，便于实现焊接机器人对厚壁压力容器焊件的精密加工。
Description
技术领域：
本发明涉及厚壁压力容器焊接加工设备技术领域。
背景技术：
高等级压力容器、管路有广泛的工业应用，尤其在化工行业中，由于化工工艺的压力要求，缺乏高等级压力容器往往意味着生产无法实现。
用于化工工业的高等级压力容器除抗压要求外，还会涉及耐腐蚀、磨损要求，因此其设计时需要为容器壁厚预留较大尺寸的腐蚀磨损余量，以保证设备在设计寿命范围内不会因腐蚀磨损导致抗压性能低于工艺需求。所以该领域的容器普遍有厚壁特征。
在对钢制厚壁容器进行焊接生产加工时，通常的加工流程采用厚钢材卷板加工为筒状，通过焊接使其两端连接成型，在焊接时需要对焊件进行预热以防止焊接过程中热变形造成废品。
上述预热焊接过程中，目前多采用乙炔焰灼烧加热。由于乙炔焰直接灼烧钢材会在钢材表面留下炭黑层，而该炭黑层如混入焊接熔池易导致焊缝缺陷，对于高等级压力容器而言这是必须避免的，因此对焊件的预热点需要远离焊缝区域，即对焊件整体加热，能源浪费严重并且会造成生产环境高温，使自动化的焊接机器人操作精度严重下降，在夏季易造成工人中暑，危害生产安全。
发明内容：
鉴于此，有必要设计一种不需要规避焊缝的厚壁压力容器焊接预热装置，降低预热过程的能耗。
用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，包括第一燃烧室、氩气管、吹氧管、铝丝电极装置、第二燃烧室、混热腔、压缩空气管。
其中，第一燃烧室为长椭球型容器，其长轴纵置，上端与吹氧管联通，吹氧管与其长轴共轴，氩气管连接在第一燃烧室上部侧面，氩气管与连接处的第一燃烧壁切线共面、输气方向向下倾斜；第一燃烧室中部侧面对称开孔，并于开孔处安装两个铝丝电极装置，该铝丝电极装置用于将两根铝丝分别由两个开孔推入第一燃烧室，并为上述两根铝丝通电，使其在第一燃烧室中央处产生电弧并升温。
第二燃烧室为纵置的圆管，竖直安装在第一燃烧室下端；混热腔上段为圆筒状有顶容腔，其顶部中央开孔，第二燃烧室下部由该孔伸入混热腔上段内部，混热腔下段为向下收敛的锥台状管，混热腔上段与混热腔下段相互连接密封，混热腔下段底部管口为加热喷口。
压缩空气管连接在混热腔上端侧面，压缩空气管与连接处的混热腔上段壁切线共面。
工作时，铝丝电极装置将两根铝丝分别从第一燃烧室侧壁开孔处匀速推入第一燃烧室，并对铝丝通电使两根铝丝之间产生电弧并升温融化，同时，吹氧管向第一燃烧室内通入纯氧，该纯氧气流冲击融化的铝丝使铝液滴破碎飞散，并使铝液在该过程中燃烧放热；纯氧气流与铝液滴在第二燃烧室中继续燃烧反应，直至离开第二燃烧室进入混热腔中。
上述过程中，氩气管用于提供贴附第一燃烧室与第二燃烧室内壁螺旋向下移动的惰性气流，使高温的纯氧气流不接触其内壁，防止第一燃烧室、第二燃烧室内壁材料氧化损毁。优选的，上述过程中纯氧供应量应过量，使铝材料充分反应。
反应后的剩余氧气、氧化铝残渣与氩气通过第二燃烧室进入混热腔，压缩空气管向混热腔内通入压缩空气，并使之在混热腔内旋转，空气流在混热腔下段收敛部向内汇集，带动反应剩余旋转并与其混合，使剩余氧气浓度降低并降温，防止烧蚀破坏下方焊件，同时使氧化铝残渣藉由离心作用散开，防止在焊件上局部堆积。之后上述气流、残渣冲击焊件并对焊件加温实现预热功能。
分散在焊件上的氧化铝残渣由于熔点高密度低的特性，会在熔池中浮起混入焊渣，不会对焊缝质量造成不利影响。
优选的，第一燃烧室采用陶瓷材料制作，防止铝在纯氧中燃烧大量放热损坏第一燃烧室，为方便制造，第一燃烧室为拼接的横剖或纵剖两段式结构，该两段式结构的接缝通过第一燃烧室中部，因此可由铝丝电极装置夹持紧固保持相互间的连接密封。
优选的，第二燃烧室采用陶瓷材料制作，防止铝在纯氧中燃烧大量放热损坏第二燃烧室，其上端与第一燃烧室螺纹连接密封。
优选的，混热腔上段采用钢材料制作，内壁镀银形成对热辐射的反射层，使热辐射能向下集中照射焊件，并防止混热腔壁过热变形，混热腔下段由于会与旋转的氧化铝残渣接触，属于易磨损件，采用铝合金制作方便更换并降低设备成本，混热腔上段与混热腔下段之间螺纹连接密封。
优选的，氩气管轴线与水平面间的夹角为5至15度，该夹角选择需与椭球型第一燃烧室的长短轴比例协调，在上述范围内，实用的第一燃烧室形状下惰性气体层可在第一燃烧室壁处均匀连续，并呈现上段非热影响区域惰性气体层较薄，下段热影响区域惰性气体层较厚的特征，提高对第一燃烧室的保护效果。
优选的，氩气管供气流量不大于吹氧管供气流量的三分之一，使第一、第二燃烧室内的氧气浓度维持较高水平利于燃烧反应进行，氩气管供气流速不小于吹氧管供气流速的两倍，保证惰性气体层在第二燃烧室中依然贴附第二燃烧室壁，即氩气管截面积应小于吹氧管截面积的六分之一。
优选的，混热腔下端面积为二分之一混热腔上段截面积。
本发明提供了一种氩保护下电弧融铝并吹氧燃烧的加热装置，用于对厚壁焊件预热可避免燃烧产物对焊缝质量造成不利影响，使预热工序无需远离焊缝坡口区域，有效提高了能源利用率，降低了预热能耗，可以大幅改善生产环境，便于实现焊接机器人对厚壁压力容器焊件的精密加工。
附图说明：
附图1是本发明用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置具体实施例结构示意图；
附图2是本发明用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置具体实施例第一燃烧室俯视剖视结构示意图；
附图3是本发明用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置具体实施例混热腔俯视剖视结构示意图。
图中：第一燃烧室1、吹氧管2、铝丝电极装置3、第二燃烧室4、混热腔5、氩气管6、压缩空气管7、焊件8、铝丝9。
具体实施方式：
用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，包括第一燃烧室1、氩气管6、吹氧管2、铝丝电极装置3、第二燃烧室4、混热腔5、压缩空气管7。
其中，第一燃烧室1为陶瓷材料制作的长椭球型容器，其长轴纵置，上端与吹氧管2联通，吹氧管2与其长轴共轴，氩气管6连接在第一燃烧室1上部侧面，氩气管6与连接处的第一燃烧壁切线共面、输气方向向下倾斜，氩气管6轴线与水平面间的夹角为7度，氩气管6截面积为吹氧管2截面积的八分之一；第一燃烧室1中部侧面对称开孔，并于开孔处安装两个铝丝电极装置3，该铝丝电极装置3用于将两根铝丝9分别由两个开孔推入第一燃烧室1，并为上述两根铝丝通电，使其在第一燃烧室1中央处产生电弧并升温。
第二燃烧室4为陶瓷材料制作的纵置圆管，其上端螺纹连接安装在第一燃烧室1下端；混热腔5上段为钢制圆筒状有顶容腔，内壁镀银，其顶部中央开孔，第二燃烧室4下部由该孔伸入混热腔5上段内部，混热腔5下段为铝合金制作的向下收敛的锥台状管，混热腔5上段与混热腔5下段相互螺纹连接密封，混热腔5下段底部管口为加热喷口，加热喷口截面积为二分之一混热腔5上段截面积。
压缩空气管7连接在混热腔5上端侧面，压缩空气管7与连接处的混热腔5上段壁切线共面。
Claims (7)
1.用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，包括第一燃烧室、氩气管、吹氧管、铝丝电极装置、第二燃烧室、混热腔、压缩空气管；
其中，第一燃烧室为长椭球型容器，其长轴纵置，上端与吹氧管联通，吹氧管与其长轴共轴，氩气管连接在第一燃烧室上部侧面，氩气管与连接处的第一燃烧壁切线共面、输气方向向下倾斜；第一燃烧室中部侧面对称开孔，并于开孔处安装两个铝丝电极装置，该铝丝电极装置用于将两根铝丝分别由两个开孔推入第一燃烧室，并为上述两根铝丝通电，使其在第一燃烧室中央处产生电弧并升温；
第二燃烧室为纵置的圆管，竖直安装在第一燃烧室下端；混热腔上段为圆筒状有顶容腔，其顶部中央开孔，第二燃烧室下部由该孔伸入混热腔上段内部，混热腔下段为向下收敛的锥台状管，混热腔上段与混热腔下段相互连接密封，混热腔下段底部管口为加热喷口；
压缩空气管连接在混热腔上端侧面，压缩空气管与连接处的混热腔上段壁切线共面。
2.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述第一燃烧室采用陶瓷材料制作，为拼接的横剖或纵剖两段式结构，由铝丝电极装置夹持紧固保持相互间的连接密封。
3.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述第二燃烧室采用陶瓷材料制作，其上端与第一燃烧室螺纹连接密封。
4.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述混热腔上段采用钢材料制作，内壁镀银，混热腔下段采用铝合金制作，混热腔上段与混热腔下段之间螺纹连接密封。
5.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述氩气管轴线与水平面间的夹角为5至15度。
6.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述氩气管供气流量不大于吹氧管供气流量的三分之一，氩气管供气流速不小于吹氧管供气流速的两倍。
7.如权利要求1所述的用于厚壁压力容器焊接的焊接机器人配套预热装置，其特征在于，所述混热腔下端面积为二分之一混热腔上段截面积。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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