CN110935995A - 核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核级闸阀座密封环修复技术领域，具体公开了一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法。该装置包括定位部件、传动部件和转盘枪头组件，其中，所述的定位部件匹配设在阀门中法兰端面上，传动部件安装在定位部件上，并可相对于定位部件前后移动和上下移动；在所述的传动部件下端设有转盘枪头组件，利用所述的传动部件可带动转盘枪头组件中的焊枪360°旋转；同时，所述的焊枪可在一定范围内沿其轴向和径向方向移动。该装置解决了核电站核级闸阀阀座密封面出现难以修复的缺陷，只能采取更换整阀的处理方式且更换过程中还需面临长周期、高成本、高辐射等一系列难题的现状。

Description

核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法

技术领域

本发明属于核级闸阀座密封环修复技术领域，具体涉及一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法。

背景技术

核级阀门在核电站中起到控制并调节介质的压力、温度、流向、流量等作用。这其中应用最广泛最普遍的就是闸阀，但是核安全等级较高的闸阀的设计、实验、制造过程、检测体系只被少数西方公司所掌握，所以当阀门密封面出现较大缺陷难以修复后，核电厂只能通过更换整阀的方式进行消缺。与此同时，还需面临核安全等级较高的闸阀采购周期较长，很可能在有限的时间窗口下无法到货进行现场整阀更换，焊接式的阀门更换工艺复杂，现场检修时间较长，在高辐射剂量的环境下对检修人员的辐射安全造成影响及带有高放射性的旧阀门后处理等一系列问题。所以，我们在发展闸阀自主设计、实验、制造过程、检测体系的过程中，还需不断拓展核级阀门修复手段，通过维修的手段实现核级阀门修复后再使用。

受核岛一回路边界阀门特有的“死管段”效应影响，秦一厂Ⅰ环热段至停冷入口管前隔离阀V08-01A阀门密封面腐蚀严重，已影响到阀门密封性能。维修人员解体该阀门后发现阀座密封面的合金堆焊层厚度已不满足研磨修复的条件，需通过更换整阀或者更换阀座环的方式来彻底消除缺陷。

为解决整阀更换工作的长周期、高成本、高辐射的局限性，通过维修的手段恢复阀门的密封功能，实现阀门阀座密封面缺陷的修复。需研发一种用于核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，完成密封面有腐蚀缺陷且无法通过研磨修复的阀座环的在线更换工作。在线更换阀座环的关键步骤主要有：旧阀座环的自动切割、旧阀座环取出、新阀座环定位、新阀座环自动焊接、新焊缝无损检测及新阀座环与阀板调整配对，由于核级闸阀阀座环在线更换目前国内没有应用业绩，在国际上具备相关技术能力的企业也屈指可数，步骤执行中涉及的机械装置在国内均没有很成熟产品，至于有关在高辐射环境下实现阀座环在线自动焊接装置的研究，在国内更是空白。

目前，国内已知的自动焊接装置存在适用范围小，作用对象单一，焊接稳定性差，自动化程度不高的缺点。国内外尚且没有应用于高辐射环境下的阀座环在线自动焊接装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法，解决目前核级闸阀阀座密封面出现难以修复的缺陷时，只能采取更换整阀的过程中面临长周期、高成本、高辐射等一系列难题的现状问题。

本发明的技术方案如下：一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，该装置包括定位部件、传动部件和转盘枪头组件，其中，所述的定位部件匹配设在阀门中法兰端面上，传动部件安装在定位部件上，并可相对于定位部件前后移动和上下移动；在所述的传动部件下端设有转盘枪头组件，利用所述的传动部件可带动转盘枪头组件中的焊枪360°旋转；同时，所述的焊枪可在一定范围内沿其轴向和径向方向移动。

所述的定位部件包括定位板、安装板、直线导轨组件、连接支架，其中，所述的定位板匹配固定在阀门中法兰端面上；在定位板上设有安装板，所述的安装板上端面上设有直线导轨组件，电动滑架通过连接支架与直线导轨组件相连接，使电动滑架可沿直线导轨组件直线导轨前后移动，并通过直线导轨组件上设置的旋动把手进行锁定；所述传动部件通过连接板与电动滑架相连接，利用电动滑架控制传动部件上下移动。

所述的连接板上开有滑槽，连接板通过滑槽可相对于电动滑架上下移动，并可利用紧固螺栓进行固定；在所述的连接板滑槽侧面设有刻度尺。

所述的安装板上端面设有送丝机，所述的送丝机采用直流电机及编码反馈模块。

所述的定位板为可拆式结构，能够与不同阀门中法兰端面相匹配，并可通过螺母与阀体相固定；所述的定位板中间开有通孔。

所述的安装板为环形结构，所述的安装板通过导向键和圆柱定位设置在定位板上；所述的安装板可相对于定位板微量转动。

所述的传动部件包括伺服电机系统、电机安装板以及齿轮传动箱，其中，伺服电机系统通过电机安装板固定在齿轮传动箱上，并使伺服电机系统的输出轴与齿轮传动箱的输入轴向连接，齿轮传动箱通过轮系间的传动从而带动齿轮传动箱下端安装的转盘枪头组件中的转盘旋转；所述的齿轮传动箱侧面加工有螺纹孔，其与定位部件中的连接板通过螺栓实现连接。

所述的齿轮传动箱上还设有触点开关，所述的触点开关可监测转盘枪头组件中焊枪的归位及寻找焊枪的起弧点。

所述的转盘枪头组件包括转盘、横摆滑架、弧长滑架以及水冷焊枪，其中，转盘与传动部件中齿轮传动箱的输出齿轮相连接，在所述的转盘上设有横摆滑架和弧长滑架一组十字电动滑架，水冷焊枪通过绝缘板固定在弧长滑架上，利用横摆滑架和弧长滑架可分别控制水冷焊枪的枪头的轴向与径向移动。

所述的绝缘板上还设有送丝支架，可对送丝角度及杆伸长度进行调节；所述的转盘枪头组件还包括摄像监视系统，利用摄像监视系统远程监控焊接前的定位及焊接过程中的熔池，实时调节焊接参数。

一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、将自动焊接装置安装在待焊接的阀座环上；

步骤1.1、将核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置从阀腔上部放入，并确认焊枪头正对需要执行焊接的阀座环；

步骤1.2、以阀腔上部的中法兰端面作为接触面，保证自动焊接装置的定位板与阀门中法兰端面充分贴合固定；

步骤1.3、松开旋动把手，前后移动直线导轨，利用监控摄像观察，确定焊枪移动到焊缝位置后，锁紧旋动把手，完成焊枪前后位置的初始定位；

步骤1.4、利用连接板两侧的滑槽及其侧面的刻度尺，调节焊枪相对于阀腔的上下位置；

步骤2、利用自动焊接装置对阀座环进行焊接；

步骤2.1、对焊枪前后方向和上下方向进行精准定位；

步骤2.2、对焊枪相对于焊缝的左右径向位置进行调整；

利用十字电动滑架的弧长滑架对焊枪相对于焊缝的左右位置进行调整；

步骤2.3、焊枪钨极碰工件起弧后提升到焊接高度开始自动焊接。

所述的步骤2.1中对焊枪前后方向和上下方向进行精准定位的具体步骤为：

安装人员远离现场阀门，进行远程操作控制，通过摄像监控系统，监测焊枪与焊接坡口的相对位置；利用十字电动滑架的横摆滑架实现焊枪前后位置的自动微量调整；利用电动滑架控制焊枪上下位置的微量调整，实现焊枪上下方向的精准定位。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置及方法具有如下优点：(1)通过手动操作的方式实现焊枪前后(轴向)位置、上下位置的原始定位，通过控制系统控制电动滑架和十字电动滑架实现焊枪上下位置，前后(轴向)位置，左右(径向)位置的自动再调整，实现阀座环中心位置的精准定位；(2)定位板、连接板、转盘，十字电动滑架均设计为可拆式，根据不同口径、不同尺寸的阀门，可以更换以上零部件，对其进行调整。所以此发明装置具有高度的适用性，适用于不同口径的阀门阀座环更换；(3)本发明装置具有自动弧长、电动径向调节功能，旋转为进口伺服电机控制系统，送丝电机采用进口直流电机，稳定性强，可靠性高；(4)本装置安装有远程监控系统及远程操作系统，自动完成阀座环焊接工作，保证了在高辐射环境下，足够的加工精度，同时极大限度的降低了人员辐照剂量；(5)本装置彻底解决了核电站核级闸阀阀座密封面出现难以修复的缺陷，只能采取更换整阀的处理方式且更换过程中还需面临长周期、高成本、高辐射等一系列难题的现状，开拓了全新维修方式和有效检修手段，将会在核电厂高辐环境下的阀门密封面在线维修工作上发挥重要的作用。

附图说明

图1为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置结构示意图；

图2为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置侧视图；

图3为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置中定位部件结构示意图；

图4为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置中传动部件结构示意图；

图5为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置中转盘枪头组件结构示意图；

图6为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置中转盘枪头组件后视图；

图7为本发明所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置中转盘枪头组件中枪头装配图；

图中：1、定位板；2、安装板；3、直线导轨组件；4、旋动把手；5、连接支架；6、电动滑架；7、连接板；8、送丝机；9、螺母；10、伺服电机系统； 11、电机安装板；12、齿轮传动箱；13、触点开关；14、转盘；15、横摆滑架； 16、弧长滑架；17、绝缘板；18、水冷焊枪；19、送丝支架；20、摄像监视系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1～图7所示，一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，包括定位部件、传动部件以及转盘枪头组件，其中，定位部件固定在阀门中法兰端面上，对安装在定位部件上的传动部件进行定位，定位部件能够自动控制传动部件上下移动，实现传动部件上下位置的精准定位；在传动部件下端安装有转盘枪头组件，利用传动部件可带动转盘枪头组件360°旋转，转盘枪头组件上设置的焊枪可在一定范围内沿其轴向和径向移动；

如图3所示，定位部件包括定位板1、安装板2、直线导轨组件3、连接支架5以及送丝机8，其中，中间开有通孔定位板1，与阀门中法兰端面配合，并通过螺母9与阀体固定，定位板1为可拆式结构，其能够根据不同中法兰尺寸的阀门，选择与其配对的定位板1；定位板1上端为环形结构的安装板2，定位板1通过导向键和圆柱定位与安装板2相连接，安装板2可以相对于定位板1 微量转动；在安装板2上端面一侧固定安装有送丝机8，送丝机8为一体式送丝机，采用直流电机，可无极调速，并含有编码器反馈，能够确保送丝的精确性及稳定性；在安装板2上端面上还安装有直线导轨组件3，电动滑架6通过连接支架5与直线导轨组件3相连接，该电动滑架6可通过直线导轨组件3前后移动，并可利用直线导轨组件3上安装的旋动把手4对电动滑架6前后移动位置进行锁紧，实现电动滑架6在阀腔轴向(前后位置)的原始定位；在电动滑架6 一侧安装有连接板7，该连接板7上开有两条对称的滑槽，连接板7通过滑槽可相对于电动滑架6上下移动，并利用4颗紧固螺栓进行固定；在连接板7滑槽侧面标注有刻度尺，用于现场阀门焊枪在上下位置的定位辅助；通过电动滑架6 的自动控制及连接板7滑槽的手动调整，实现焊枪在上下位置的精确定位；

如图4所示，传动部件包括伺服电机系统10、电机安装板11以及齿轮传动箱12，其中，伺服电机系统10通过电机安装板11固定在齿轮传动箱12上，并使伺服电机系统10的输出轴与齿轮传动箱12的输入轴向连接，齿轮传动箱12 通过轮系间的传动从而带动齿轮传动箱12下端安装的转盘枪头组件中的转盘14 旋转；齿轮传动箱14侧面加工有螺纹孔，其与定位部件中的连接板通过螺栓实现连接，便于拆卸；在齿轮传动箱12上还固定有触点开关13，可对转盘枪头组件中焊枪的归位及寻找焊枪的起弧点；

如图5～7所示，转盘枪头组件包括转盘14、横摆滑架15、弧长滑架16以及水冷焊枪18，其中，转盘14与传动部件中齿轮传动箱12的输出齿轮相连接，在转盘14上安装有横摆滑架15和弧长滑架16一组十字电动滑架，水冷焊枪18 通过绝缘板17固定在弧长滑架16上，利用横摆滑架15和弧长滑架16可分别控制水冷焊枪18的枪头的轴向(前后)与径向(左右)移动，在焊接过程中横摆滑架15可进行焊接横摆，增加焊接的焊接质量；弧长滑架16可在焊接中进行弧压跟踪，实时调节焊枪的位置，保证焊缝质量；在绝缘板17上还固定有送丝支架19，可对送丝角度及杆伸长度进行调节；转盘枪头组件还包括摄像监视系统20，利用摄像监视系统20远程监控焊接前的定位及焊接过程中的熔池，实时调节焊接参数，在摄像头内部设有水冷装置，可避免在长时间工作情况下高温堆摄像头的损坏。

一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、将自动焊接装置安装在待焊接的阀座环上；

步骤1.1、将核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置从阀腔上部放入，并确认焊枪头正对需要执行焊接的阀座环；

步骤1.2、以阀腔上部的中法兰端面作为接触面，保证自动焊接装置的定位板与阀门中法兰端面充分贴合固定；

步骤1.3、松开旋动把手，前后移动直线导轨，利用监控摄像观察，确定焊枪移动到焊缝位置后，锁紧旋动把手，完成焊枪前后位置的初始定位；

步骤1.4、利用连接板两侧的滑槽及其侧面的刻度尺，调节焊枪相对于阀腔的上下位置；

步骤2、利用自动焊接装置对阀座环进行焊接；

步骤2.1、对焊枪前后方向和上下方向进行精准定位；

安装人员远离现场阀门，进行远程操作控制，通过摄像监控系统，监测焊枪与焊接坡口的相对位置；利用十字电动滑架的横摆滑架实现焊枪前后位置的自动微量调整；利用电动滑架控制焊枪上下位置的微量调整，实现焊枪上下方向的精准定位；

步骤2.2、对焊枪相对于焊缝的左右径向位置进行调整；

利用十字电动滑架的弧长滑架对焊枪相对于焊缝的左右位置进行调整；

步骤2.3、焊枪钨极碰工件起弧后提升到焊接高度开始自动焊接；

开始自动焊接，并在焊接过程中利用摄像监视系统，实时观察，如需要对焊枪位置进行微调，可以通过各个方向的电动滑架进行及时调整，同时仔细观察熔池情况及关注采集系统采集的关键数据，直至焊接最终完成。

Claims (12)

1.一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：该装置包括定位部件、传动部件和转盘枪头组件，其中，所述的定位部件匹配设在阀门中法兰端面上，传动部件安装在定位部件上，并可相对于定位部件前后移动和上下移动；在所述的传动部件下端设有转盘枪头组件，利用所述的传动部件可带动转盘枪头组件中的焊枪360°旋转；同时，所述的焊枪可在一定范围内沿其轴向和径向方向移动。

2.根据权利要求1所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的定位部件包括定位板(1)、安装板(2)、直线导轨组件(3)、连接支架(5)，其中，所述的定位板匹配固定在阀门中法兰端面上；在定位板(1)上设有安装板(2)，所述的安装板(2)上端面上设有直线导轨组件(3)，电动滑架(6)通过连接支架(5)与直线导轨组件(3)相连接，使电动滑架(6)可沿直线导轨组件(3)直线导轨前后移动，并通过直线导轨组件(3)上设置的旋动把手(4)进行锁定；所述传动部件通过连接板(7)与电动滑架(6)相连接，利用电动滑架(6)控制传动部件上下移动。

3.根据权利要求2所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的连接板(7)上开有滑槽，连接板(7)通过滑槽可相对于电动滑架(6)上下移动，并可利用紧固螺栓进行固定；在所述的连接板(7)滑槽侧面设有刻度尺。

4.根据权利要求2所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的安装板(2)上端面设有送丝机(8)，所述的送丝机(8)采用直流电机及编码反馈模块。

5.根据权利要求2所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的定位板(1)为可拆式结构，能够与不同阀门中法兰端面相匹配，并可通过螺母(9)与阀体相固定；所述的定位板(1)中间开有通孔。

6.根据权利要求2或4所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的安装板(2)为环形结构，所述的安装板通过导向键和圆柱定位设置在定位板(1)上；所述的安装板(2)可相对于定位板(1)微量转动。

7.根据权利要求1所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的传动部件包括伺服电机系统(10)、电机安装板(11)以及齿轮传动箱(12)，其中，伺服电机系统(10)通过电机安装板(11)固定在齿轮传动箱(12)上，并使伺服电机系统(10)的输出轴与齿轮传动箱(12)的输入轴向连接，齿轮传动箱(12)通过轮系间的传动从而带动齿轮传动箱(12)下端安装的转盘枪头组件中的转盘(14)旋转；所述的齿轮传动箱(14)侧面加工有螺纹孔，其与定位部件中的连接板通过螺栓实现连接。

8.根据权利要求7所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的齿轮传动箱(14)上还设有触点开关(13)，所述的触点开关(13)可监测转盘枪头组件中焊枪的归位及寻找焊枪的起弧点。

9.根据权利要求1所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的转盘枪头组件包括转盘(14)、横摆滑架(15)、弧长滑架(16)以及水冷焊枪(18)，其中，转盘(14)与传动部件中齿轮传动箱(12)的输出齿轮相连接，在所述的转盘(14)上设有横摆滑架(15)和弧长滑架(16)一组十字电动滑架，水冷焊枪(18)通过绝缘板(17)固定在弧长滑架(16)上，利用横摆滑架(15)和弧长滑架(16)可分别控制水冷焊枪(18)的枪头的轴向与径向移动。

10.根据权利要求9所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置，其特征在于：所述的绝缘板(17)上还设有送丝支架(19)，可对送丝角度及杆伸长度进行调节；所述的转盘枪头组件还包括摄像监视系统(20)，利用摄像监视系统(20)远程监控焊接前的定位及焊接过程中的熔池，实时调节焊接参数。

11.一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

步骤1、将自动焊接装置安装在待焊接的阀座环上；

步骤1.1、将核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接装置从阀腔上部放入，并确认焊枪头正对需要执行焊接的阀座环；

步骤1.2、以阀腔上部的中法兰端面作为接触面，保证自动焊接装置的定位板与阀门中法兰端面充分贴合固定；

步骤1.3、松开旋动把手，前后移动直线导轨，利用监控摄像观察，确定焊枪移动到焊缝位置后，锁紧旋动把手，完成焊枪前后位置的初始定位；

步骤1.4、利用连接板两侧的滑槽及其侧面的刻度尺，调节焊枪相对于阀腔的上下位置；

步骤2、利用自动焊接装置对阀座环进行焊接；

步骤2.1、对焊枪前后方向和上下方向进行精准定位；

步骤2.2、对焊枪相对于焊缝的左右径向位置进行调整；

利用十字电动滑架的弧长滑架对焊枪相对于焊缝的左右位置进行调整；

步骤2.3、焊枪钨极碰工件起弧后提升到焊接高度开始自动焊接。

12.根据权利要求11所述的一种核级闸阀阀座密封环在线修复自动焊接方法，其特征在于：所述的步骤2.1中对焊枪前后方向和上下方向进行精准定位的具体步骤为：

安装人员远离现场阀门，进行远程操作控制，通过摄像监控系统，监测焊枪与焊接坡口的相对位置；利用十字电动滑架的横摆滑架实现焊枪前后位置的自动微量调整；利用电动滑架控制焊枪上下位置的微量调整，实现焊枪上下方向的精准定位。

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