CN110405320B - 一种导叶轴头堆焊自动工装及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导叶轴头堆焊自动工装及使用方法，其特征在于：导叶轴头堆焊自动工装包括前支架、后支架、回转装置、前加热枪、后加热枪和埋弧焊机，所述的回转装置包括用于连接导叶前后两端轴头的主动回转机构和从动回转机构，所述的前加热枪和后加热枪分别安装于前支架和后支架上，前加热枪和后加热枪的位置分别与导叶前后端的轴头对应，所述的埋弧焊机安装在前支架上方，埋弧焊机与前加热枪配合；使用方法包括：计算主动回转机构转速、调整前加热枪和后加热枪、轴头均匀加热、轴头堆焊。本发明提高轴头预热和堆焊的均匀性，导叶翻面简单，后续堆焊处打磨简单，粉尘污染小。

Description

一种导叶轴头堆焊自动工装及使用方法

技术领域

本发明属于导叶轴头加工设备技术领域，尤其涉及一种导叶轴头堆焊自动工装及使用方法，适用于大型导叶，如直板导叶或带轴头的其他叶片轴头堆焊。

背景技术

导叶是水轮发电机组导水机构中最重要的部件之一，通常呈环形分布于导水机构中，通过导叶的开闭程度来控制进入发电机组的水流，从而满足发电量。现代水电站均可通过与发电电网信息互通，实时知悉电量需求从而来控制导叶闭合来控制发电量，高效合理利用水能。因此导叶在开关闭合的过程中，上下轴头作为唯一支撑会受到巨大摩擦力，故在导叶轴头需要堆焊一层金属用于抗磨。

现有的导叶制造在轴头堆焊方面多采用人工堆焊进行，并需要辅以吊装翻身或者简易旋风工装的支持。采用人工堆焊，焊接工位无法使用正常工位，堆焊前的预热难以均匀预热，堆焊行程大，容错率低且难以控制每道焊层之间的间隙，返工率极高且对环境污染大；同时，焊后精加工需要花费大量时间去打磨不可避免的焊层高低，特别是对于大型的直板导叶，轴头堆焊面积大，且很难轻易翻身，堆焊难度更大。综上所述，采用人工堆焊轴头只适用于一些较小的导叶，而不适合中型和大型导叶，堆焊难度大，质量难以控制，后期精加工需要花费大量时间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中堆焊难度大、质量难以控制、后期精加工需要花费大量人力物力等问题，提出一种导叶轴头堆焊自动工装及使用方法。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及的一种导叶轴头堆焊自动工装，包括前支架、后支架、回转装置、前加热枪、后加热枪和埋弧焊机；所述的回转装置包括用于连接导叶前后两端轴头的主动回转机构和从动回转机构；所述的前加热枪和后加热枪分别安装于前支架和后支架上，前加热枪和后加热枪的位置分别与导叶前后端的轴头对应；所述的埋弧焊机安装在前支架上方，埋弧焊机与前加热枪配合。

优选地，所述的前支架和后支架的上表面均设置至少两组加热枪固定装置，每组加热枪固定装置均包括两块加热枪固定块和一块木质压板，木质压板的两端通过螺丝固定在两块加热枪固定块上，所述的前加热枪和后加热枪通过木质压板分别压在前、后支架上。加热枪采用至少两组加热枪固定装置固定，有利于加热枪固定的稳定性；加热枪固定装置采用加热枪固定块和木质压板的结构，调整加热枪位置时拧松木质压板一侧螺丝，便于加热枪位置调整，调整后重新拧紧螺丝。

优选地，其还包括前焊剂回收槽和后焊剂回收槽，前焊剂回收槽位于埋弧焊机的下方并固定在地面上，后焊剂回收槽位于导叶后端轴承正下方并固定在地面上。前焊剂回收槽和后焊剂回收槽分别回收前后轴头堆焊时残留的焊剂。

优选地，所述的后支架的上方也安装有埋弧焊机，且后支架的上方的埋弧焊接与后加热枪配合。当前后轴头的直径相同或相近时，采用主动回转机构以转速n带动导叶转动时，前后轴头处堆焊的线速度相同或相近，此时设置两组埋弧焊机同时对两端轴头进行堆焊，更能保证后端轴头的堆焊质量。

优选地，所述的主动回转机构配备有回转电机，主动回转机构位于前支架的前侧，所述的从动回转机构位于后支架的内部。

优选地，所述的前支架和后支架均包括底座、上部支架和甲板，上部支架通过支架紧固螺栓固定在底座上，甲板通过焊接或螺栓连接的方式固定在上部支架顶部。

一种导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、评定焊接工艺的热输入量，根据热输入量设定埋弧焊机的电流和电压以及堆焊的线速度，测量导叶两端轴头半径，根据半径计算主动回转机构转速；

步骤2、将导叶两端的轴头分别连接于主动回转机构和从动回转机构，根据前后轴头的位置分别调整前加热枪和后加热枪；

步骤3、启动主动回转机构，使导叶按照步骤1计算的转速旋转，同时启动前加热枪和后加热枪对前后轴头进行均匀加热；

步骤4、关闭前加热枪和后加热枪，启动埋弧焊机，导叶前端轴头通过埋弧焊机堆焊，后端轴头采用人工辅助堆焊。

优选地，若所述步骤1中测得的前后端的轴头的直径相同或相近，则在后支架上也安装埋弧焊机，所述步骤4中通过两端的埋弧焊机分别对前后轴头进行堆焊。当前后轴头的直径相同或相近时，采用主动回转机构以转速n带动导叶转动时，前后轴头处堆焊的线速度相同或相近，此时设置两组埋弧焊机同时对两端轴头进行堆焊，更能保证后端轴头的堆焊质量。

优选地，所述步骤1中主动回转机构转速根据公式v＝2πr·ω/360＝2πr·6n/360＝πrn/30计算，其中n为主动回转机构的转速，v为设定的堆焊线速度，r为轴头半径，ω为主动回转机构的角速度，π为圆周率。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明将导叶两端的轴头安装在主动回转机构和从动回转机构上，在对轴头进行加热和堆焊的过程中，主动回转机构带动导叶运输旋转，加热和堆焊更加均匀，加工质量得到保证，尤其是针对中型和大型导叶，降低了导叶翻转的难度，堆焊作业更加轻松；由于堆焊质量得到保证，层间紧密成型均匀，故堆焊完成只需简单打磨就可以转下一道工序，精加工花费时间和人力少。

2、本发明根据轴头的直径，通过调整主动回转机构的旋转速度、埋弧焊机输入的电压电流，以达到最佳的热输出量，使轴头摩擦强度更高。

3、本发明堆焊采用埋弧焊机进行，前后轴头的下方又分别布设了前焊剂回收槽和后焊剂回收槽，可对多余的焊剂进行回收，现场几乎没有粉尘污染。

附图说明

图1是实施例一中导叶轴头堆焊工装平台的立体图；

图2是实施例一中导叶轴头堆焊工装平台的主视图；

图3是前后加热枪安装示意图；

图4是实施例二中导叶轴头堆焊工装平台的立体图；

图5是实施例二中导叶轴头堆焊工装平台的主视图。

图示说明：1-前支架，11-底座，12-上部支架，13-甲板，14-支架紧固螺栓，15-加热枪固定块，16-木质压板，2-后支架，3-主动回转机构，4-从动回转机构，5-前加热枪，6-后加热枪，7-埋弧焊机，71-焊接机头，72-焊剂存储箱，8-前焊剂回收槽，9-后焊剂回收槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

本实施例用于加工的导叶两端轴头的直径大小存在较大的差异。

结合附图1和2所示，本发明采用的导叶轴头堆焊自动工装包括前支架1、后支架2、回转装置、前加热枪5、后加热枪6和埋弧焊机7。所述的前支架1和后支架2均包括底座11、上部支架12和甲板13，上部支架12通过支架紧固螺栓14固定在底座11上，甲板13通过焊接或螺栓连接的方式固定在上部支架12放入顶部；回转装置包括用于连接导叶前后两端轴头的主动回转机构3和从动回转机构4，主动回转机构3配备有回转电机，其位于前支架1的前侧，从动回转机构4位于后支架2的内部。

结合附图1和2所示，所述的前加热枪5和后加热枪6分别安装于前支架1和后支架2的甲板13上，前加热枪5和后加热枪6的位置分别与导叶前后端的轴头对应。前加热枪5和后加热枪6的安装方式如图3所示，前支架1和后支架2甲板13的上表面均设置至少两组加热枪固定装置，每组加热枪固定装置均包括两块加热枪固定块15和一块木质压板16，木质压板16的两端通过螺丝固定在两块加热枪15固定块上，所述的前加热枪5和后加热枪6通过木质压板16分别压在前、后支架上，当前加热枪5或后加热枪6需要调整位置时，拧松木质压板一侧螺丝，然后调整前加热枪5或后加热枪6的位置，位置调整后重新拧紧螺丝，固定前加热枪5或后加热枪6。

结合附图1和2所示，由于本实施例中导叶两端的轴头的直径大小存在较大的差异，故本实施例只在前支架1上方安装了埋弧焊机7，埋弧焊机7与前加热枪5配合。埋弧焊机7包括焊接机头71和焊剂存储箱72，焊剂存储箱72内存放有焊剂，焊剂的主要成分为直径为250mm的CrMo合金锻件，以及焊丝熔敷金属，焊丝熔敷金属包括0.05％的C、055％的Si、1.26％的Mn、0.016％的P、0.012％的S、1.25％的Ni和0.024％的Ti，焊接机头71和焊剂存储箱72通过管道连接，焊接机头71通过控制箱(图中未画出)将焊剂存储箱72内的焊剂吸到焊接机头71并输出，焊机接71的底部设有伸缩式导电杆(图中未画出)，用于将焊剂堆焊在轴套上。

结合附图1和2所示，本实施例涉及的导叶轴头堆焊自动工装还包括前焊剂回收槽8和后焊剂回收槽9，前焊剂回收槽8位于埋弧焊机7的下方并固定在地面上，后焊剂回收槽9位于导叶后端轴承正下方并固定在地面上。

上述导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、评定焊接工艺的最佳热输入量E₁，根据热输入量计算公式E＝ηUI/v以及最佳热输入量E₁设定埋弧焊机的电流I和电压U以及堆焊的线速度v，测量导叶两端轴头半径，经测量两端轴头半径相差较大，前端轴头的半径为r，再根据公式v＝2πr·ω/360＝2πr·6n/360＝πrn/30计算得到主动回转机构转速n，式中ω为主动回转机构的角速度，π为圆周率；

步骤2、将导叶两端的轴头分别连接于主动回转机构和从动回转机构，根据前后轴头的位置分别调整前加热枪5和后加热枪6，具体步骤是：

步骤2.1、根据导叶长度，调整前支架1和后支架2的底座11的间距，安装主动回转机构3和从动回转机构4，使主动回转机构3和从动回转机构4同轴；

步骤2.2、通过吊机将导叶吊到主动回转机构3和从动回转机构4之间，将导叶前端轴头安装在主动回转机构3的回转电机输出轴上，导叶后端轴头安装在从动回转机构4的转动轴上；

步骤2.3、通过支架紧固螺栓14将上部支架12固定在底座11上，然后将甲板13安装在上部支架12，两端甲板13的上表面均设置有两组加热枪固定块15和木质压板16；

步骤2.4、根据前后轴头的位置安装并调整前加热枪5和后加热枪6，然后拧紧木质压板16两端的螺丝，将前加热枪5和后加热枪6固定在甲板13上；

步骤3、启动主动回转机构，使导叶按照步骤1计算的转速旋转，同时启动前加热枪5和后加热枪6对前后轴头进行均匀加热；

步骤4、关闭前加热枪5和后加热枪6，启动埋弧焊机7，导叶前端轴头通过埋弧焊机7堆焊，后端轴头则采用人工辅助堆焊，堆焊完成后对堆焊部位简单打磨，多余的焊剂废料分别掉落到前焊剂回收槽8和后焊剂回收槽9中。

实施例二：

本实施例用于加工的导叶两端的轴头的直径大小相同或相近。

结合附图4和5所示，本实施例采用的导叶轴头堆焊自动工装包括前支架1、后支架2、回转装置、前加热枪5、后加热枪6和埋弧焊机7。所述的前支架1和后支架2均包括底座11、上部支架12和甲板13，上部支架12通过支架紧固螺栓14固定在底座11上，甲板13通过焊接或螺栓连接的方式固定在上部支架12放入顶部；回转装置包括用于连接导叶前后两端轴头的主动回转机构3和从动回转机构4，主动回转机构3配备有回转电机，其位于前支架1的前侧，从动回转机构4位于后支架2的内部。

结合附图4和5所示，所述的前加热枪5和后加热枪6分别安装于前支架1和后支架2的甲板13上，前加热枪5和后加热枪6的位置分别与导叶前后端的轴头对应。前加热枪5和后加热枪6的安装方式如图3所示，前支架1和后支架2甲板13的上表面均设置至少两组加热枪固定装置，每组加热枪固定装置均包括两块加热枪固定块15和一块木质压板16，木质压板16的两端通过螺丝固定在两块加热枪15固定块上，所述的前加热枪5和后加热枪6通过木质压板16分别压在前、后支架上，当前加热枪5或后加热枪6需要调整位置时，拧松木质压板一侧螺丝，然后调整前加热枪5或后加热枪6的位置，位置调整后重新拧紧螺丝，固定前加热枪5或后加热枪6。

结合附图4和5所示，由于本实施例中导叶两端的轴头的轴头的直径大小相同或相近，故本实施例在前支架1和后支架2上方均安装了埋弧焊机7，前端的埋弧焊机7与前加热枪5配合，后端的埋弧焊机7与后加热枪6配合。埋弧焊机7包括焊接机头71和焊剂存储箱72，焊剂存储箱72内存放有焊剂，焊剂的主要成分为直径为250mm的钢锻件，以及焊丝熔敷金属，焊丝熔敷金属包括0.06％的C、051％的Si、1.06％的Mn、0.016％的P、0.008％的S、1.18％的Cr和0.44％的Mo，焊接机头71和焊剂存储箱72通过管道连接，焊接机头71通过控制箱(图中未画出)将焊剂存储箱72内的焊剂吸到焊接机头71并输出，焊机接71的底部设有伸缩式导电杆(图中未画出)，用于将焊剂堆焊在轴套上。

结合附图1和2所示，本实施例涉及的导叶轴头堆焊自动工装还包括前焊剂回收槽8和后焊剂回收槽9，前焊剂回收槽8位于前端埋弧焊机7正下方并固定在地面上，后焊剂回收槽9位于后端导叶后端埋弧焊机7正下方并固定在地面上。

上述导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、评定焊接工艺的最佳热输入量E₁，根据热输入量计算公式E＝ηUI/v以及最佳热输入量E₁设定埋弧焊机的电流I和电压U以及堆焊的线速度v，测量导叶两端轴头半径，经测量两端轴头半径相同或相近，前后端轴头的半径为r或接近r，再根据公式v＝2πr·ω/360＝2πr·6n/360＝πrn/30计算得到主动回转机构转速n，式中ω为主动回转机构的角速度，π为圆周率；

步骤2、将导叶两端的轴头分别连接于主动回转机构和从动回转机构，根据前后轴头的位置分别调整前加热枪5和后加热枪6，具体步骤是：

步骤2.1、根据导叶长度，调整前支架1和后支架2的底座11的间距，安装主动回转机构3和从动回转机构4，使主动回转机构3和从动回转机构4同轴；

步骤2.2、通过吊机将导叶吊到主动回转机构3和从动回转机构4之间，将导叶两端的轴头分别安装在主动回转机构3和从动回转机构4的转动轴上；

步骤2.3、通过支架紧固螺栓14将上部支架12固定在底座11上，然后将甲板13安装在上部支架12，两端甲板13的上表面均设置有两组加热枪固定块15和木质压板16；

步骤2.4、根据前后轴头的位置安装并调整前加热枪5和后加热枪6，然后拧紧木质压板16两端的螺丝，将前加热枪5和后加热枪6固定在甲板13上；

步骤3、启动主动回转机构，使导叶按照步骤1计算的转速旋转，同时启动前加热枪5和后加热枪6对前后轴头进行均匀加热；

步骤4、关闭前加热枪5和后加热枪6，启动前后两端的埋弧焊机7，导叶前后端轴头通过埋弧焊机7堆焊，堆焊完成后对堆焊部位简单打磨，多余的焊剂废料分别掉落到前焊剂回收槽8和后焊剂回收槽9中。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于：采用一种导叶轴头堆焊自动工装，所述的导叶轴头堆焊自动工装包括前支架、后支架、回转装置、前加热枪、后加热枪和埋弧焊机；所述的回转装置包括用于连接导叶前后两端轴头的主动回转机构和从动回转机构；所述的前加热枪和后加热枪分别安装于前支架和后支架上，前加热枪和后加热枪的位置分别与导叶前后端的轴头对应；所述的埋弧焊机安装在前支架上方，埋弧焊机与前加热枪配合；所述的后支架的上方也安装有埋弧焊机，且后支架的上方的埋弧焊机与后加热枪配合；所述的前支架和后支架的上表面均设置至少两组加热枪固定装置，每组加热枪固定装置均包括两块加热枪固定块和一块木质压板，木质压板的两端通过螺丝固定在两块加热枪固定块上，所述的前加热枪和后加热枪通过木质压板分别压在前、后支架上；

所述的使用方法包括以下步骤：

步骤1、评定焊接工艺的最佳热输入量E1，根据热输入量计算公式E=ηUI/v以及最佳热输入量E1设定埋弧焊机的电流I和电压U以及堆焊的线速度v，测量导叶两端轴头半径，经测量两端轴头半径相同或相近，前后端轴头的半径为r或接近r，再根据公式v=2πr·ω/360=2πr·6n/360=πrn/30计算得到主动回转机构转速n，式中ω为主动回转机构的角速度，π为圆周率；

步骤2、将导叶两端的轴头分别连接于主动回转机构和从动回转机构，根据前后轴头的位置分别调整前加热枪和后加热枪，具体步骤是：

步骤2.1、根据导叶长度，调整前支架和后支架的底座的间距，安装主动回转机构和从动回转机构，使主动回转机构和从动回转机构同轴；

步骤2.2、通过吊机将导叶吊到主动回转机构和从动回转机构之间，将导叶两端的轴头分别安装在主动回转机构和从动回转机构的转动轴上；

步骤2.3、通过支架紧固螺栓将上部支架固定在底座上，然后将甲板安装在上部支架，两端甲板的上表面均设置有两组加热枪固定块和木质压板；

步骤2.4、根据前后轴头的位置安装并调整前加热枪和后加热枪，然后拧紧木质压板两端的螺丝，将前加热枪和后加热枪固定在甲板上；

步骤3、启动主动回转机构，使导叶按照步骤1计算的转速旋转，同时启动前加热枪和后加热枪对前后轴头进行均匀加热；

步骤4、关闭前加热枪和后加热枪，启动前后两端的埋弧焊机，导叶前后端轴头通过埋弧焊机堆焊，堆焊完成后对堆焊部位简单打磨，多余的焊剂废料分别掉落到前焊剂回收槽和后焊剂回收槽中。

2.根据权利要求1所述的导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于：其还包括前焊剂回收槽和后焊剂回收槽，前焊剂回收槽位于埋弧焊机的下方并固定在地面上，后焊剂回收槽位于导叶后端轴承正下方并固定在地面上。

3.根据权利要求1所述的导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于：所述的主动回转机构配备有回转电机，主动回转机构位于前支架的前侧，所述的从动回转机构位于后支架的内部。

4.根据权利要求1所述的导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于：所述的埋弧焊机包括焊接机头和焊剂存储箱，焊接机头和焊剂存储箱通过管道连接，焊机接头的底部设有伸缩式导电杆。

5.根据权利要求1所述的导叶轴头堆焊自动工装的使用方法，其特征在于：所述的前支架和后支架均包括底座、上部支架和甲板，上部支架通过支架紧固螺栓固定在底座上，甲板通过焊接或螺栓连接的方式固定在上部支架顶部。