CN1124187A - 轨道式焊接装置的导向头 - Google Patents

Abstract

一种将管子焊接到管片上的轨道式焊接装置。该焊接装置包括外壳、可转动地安装在外壳内的转动体、和从外壳下部伸出的导向头单元。导向头单元包括多个弹性安装的凸形凸起，它们相对于导向头单元在周向和纵向上隔开。这些球安装在导向单元的横向开口中。由弹簧支承的凸起可以使导向单元和焊接装置能更快和更精确地在要经电弧焊接到管片上的管子内定中心。此外，具有多个横向槽的导向头单元可用于对实际上为圆形的管子进行焊接。

Description

轨式焊接装置的导向头

本发明涉及适合于将管子焊到管片上的装置。具体地说，本发明涉及带有改进的导向头的焊接装置，导向头包含用于将焊炬相对于被密封地焊接到管片上的管子精确定位的凹槽和弹簧支承的凸起。

在多种类型的气密管式热交换设备中需将多根管子焊接到管片上，所述热交换设备包括蒸汽冷却器、中间冷却器、和其它类似的热交换器，这些热交换器要求将管子上靠近管片的两端可靠地线焊到管片上。这种焊接操作要求将电焊条精确地固定在管端上方以便形成密封的焊缝。为了完成这种操作已经研究了各种焊接设备，这些设备已在例如，Apblett等人的第2,908,805号U.S专利、Roberts等人的第3,754,115号U.S专利、Graham的第3,946,191号U.S专利、Hood et al的第4,004,125号U.S专利、Glatthorn的第4,327,269号U.S专利、和Kazlauskas的第4,427,868及4,476,367号U.S专利中公开。虽然在先专利已经公开了各种带有导向件的焊炬结构，且已发现其中的导向件对将管子的端部焊接到管片上是很有用的，但是在这些焊接装置中存在各种缺点和无法对准的问题。现在本发明已成功地解决了这些问题。

本发明提供了一种适合于将管子端部快速焊接到管片上的改进的轨道式焊接装置或焊炬。在这种焊接操作中该装置能使焊条相对于管子端部精确定位。

本发明包括一个含有转动部件的导向焊炬体、一个与转动部件相连接并适合于用连续GTA(气体保护钨极弧焊)将管子焊接到管片上的焊条、和从焊炬体的下侧向下延伸且适合于插入待焊管中以便将焊炬体和焊条相对于待焊管定位的导向头单元。

导向头通常是柱形的而且设有多个弹性安装的凸形横向凸起，例如弹簧支承的球，每个凸起在周向上和纵向上均与相邻的凸起或球体留有一定间隔。这种弹性安装的凸起既使在管子不完全是圆的情况下也能使导向头在待焊管内自动地定中心。可以通过在导向头单元中所设的横向开口内固定的压缩弹簧将凸形凸起弹性安装成成对对置的形式。每个凸起表面或球体从导向头体外表面向外径向延伸至少0.008英寸，最好是0.012-0.060英寸。

工作时，人工地将带有多个弹性安装的凸形凸起或球体的导向头插入要焊到管片上的待焊管中，使弹性安装表面牢固地与管子的内表面接触。这样使得导向头单元在弹性安装表面的作用下精确地在管内定中心。定中心要在将管端焊接到管片上之前完成。由于弹簧的作用，该装置能适应管子内表面的变化。然后启动焊炬装置的转动机构，并用焊条在管端及管片之间进行金属电弧焊。

在一个变换实施例中，导向头单元可以是具有多个横向槽的实心柱体。此外，虽然在此参照简单的熔焊对本发明进行了显示和说明，但是其还可以与用添加焊丝的角焊一起使用。

本发明对于通常用于将外径为约0.50-2.0英寸的金属管焊接到管片上的焊机是很有用的。本发明对于将由黄铜、铜、碳钢、不锈钢、钛合金制成的管子经电弧焊焊接到管片上是有很用的。

本发明较好地提供了一种改进的轨道型焊接装置，其包含导向头装置，该装置能使焊炬的气体保护电极形成更精确的准直定位，并且能将管子更迅速和更可靠地焊接到管片上。

下面将结合附图对本发明作进一步的说明，其中：

图1是按照本发明设置的轨道型管子焊接装置底部的平面图；

图2是表示带有导向头单元的轨道型焊接装置的局部俯视图，所说的导向头单元插在管子中并伸到用于焊接管子的工作位置上方；

图3是取自图2中线3-3的局部剖面正视图，其表示插入管子和在管内定中心的导向头；

图4、图5和图6分别是取自图3中线4-4、5-5和6-6的导向头单元的各剖面图；和

图7是局部剖面正视图，其表示设置在要焊接到管片上的管子中的导向头的第二实施例。

如图1和2所示，焊炬组件10包括带有手柄13和内部转动体14的主体单元12、包含气体保护钨极(或焊条)17的焊炬单元16、和从主体12的下侧向下延伸的导向头单元20。导向头单元20通过定位器臂18与焊炬转动体14相连，定位器臂18上带有从转动体14的中心线偏离的部分19，从而在焊条17和偏离部分19之间形成了水平距离(d)。距离(d)基本上等于要焊到管片32上的管子30的外半径加上通常焊接侧的偏移量，例如，千分之十(0.010)英寸。焊接装置的转动体和焊条单元在U.S专利3,946,191中有更详细地描述，为了更完整地说明本发明，在此引用该文件在需要时作为参考。

当将导向头单元20插入要用电弧焊接焊到管片32上的管子30上时，焊炬单元16的焊条17将环绕管端31的周围移动以便将管端压密地焊接到管片32上。

参照图3，其表示导向头单元20和管子30更详细的结构，将细长的心轴22通过中心连接棒21连接到焊炬定位器臂18的延伸部分19上，棒21上带有十字销23，其插入一个横向孔中，该孔与臂的延伸部19及中心对中棒21相交。中心棒21插入细长心轴22的上端并通过下部的横向销25可旋转地连接到细长心轴22的上端，横向销25安装在棒21的环形槽25a中。

图4表示用于将中心连接棒21固定地和可拆卸地安装到臂延伸部19上的结构的放大剖面图，而图5表示将细长的外部心轴22连接到中心连接棒21和焊炬组件10上的结构。这种连接装置允许在需要时将导向头单元20从焊接装置10上拆下。换句话说，销钉23和25以及凹槽25a可以在图中所示销钉23的位置上相结合，而且可以将中心连接棒21和心轴22做成一体。

细长的心轴22上设有多个弹性安装的凸形凸起或球体24，它们基本上沿心轴表面均匀地隔开。这些球体最好是成组设置，每一组都通过设在横向开口27中的压缩弹簧26进行弹簧支承。每个横向开口27都具有其尺寸适于保持球体24的较小直径部分27a，其使每个球能从心轴22的外表面径向向外伸出0.008-0.060英寸。每个球都穿过心轴22外表面和管子30内表面之间的间隙30a向外压在管子30的内壁上，由此使导向头单元20与要焊接到管片32上的管子30形成了对中定位。最好是，使弹簧支承的球体24在心轴22的周向和纵向上彼此均匀隔开。

如图6所示，最好是将每组中的一个球24固定在一个较小的直径部分27a上，27a在直径方向上与螺纹件28相对，螺纹件28在横向开口27的另一端拧到扩展的部分27b上。螺纹件28上设有较小的直径部分28a用以保持它这一方的球24。

两组弹簧支承的球24和螺纹件28沿心轴22的纵向隔开一定距离，该距离最好在心轴外径的约0.5和4.0倍之间的范围内。在导向头20的心轴22内至少使用四组最好使用六组至八组纵向上隔开的弹簧支承球，相邻组球的中心轴彼此成一角度A，该角度至少为30度，最好是45-90度。

心轴22通常用具有好的热传导性和机械特性的金属制作，例如黄铜。球体24通常用具有好的耐磨性和硬质的钢制作。对于压缩弹簧26而言，要选择好弹性系数以使得导向头容易插入待焊的钢管中，也就是说，弹簧不能太硬，而且要使导向头单元在管子中具有合适的稳定性，即弹簧不能太软。压缩弹簧最好是用耐热材料如不锈钢制作。

当希望在管子30和环形管片32之间进行线焊时，总是要用人工将焊接装置10的导向头单元20插入到管子30中，而且要将装置10下降到使其与工件接触。管子30的内径为0.020-0.040英寸，该内径大于心轴22的外径，所以在多个弹簧支承的球体24的作用下可以使导向头在管30中定中心，既使是管的内侧并不完全是圆的也没有关系。因此，既使是管子有些不圆或是其直径方向上有些不规则，导向头20也同样能使焊条17与管30的端部31精确对准。然后通过对焊条17形成隋性气体保护来操作焊炬，在焊条17尖端和管端31之间触发电弧，然后焊接头单元16在导向单元20周围沿圆形轨迹旋转以便熔化管端31并将它焊接到管片32上。

在本发明的一个变换实施例中，可以如图7所示在导向头单元上设置多个横向凹槽。这个导向头单元的实施例对那些待焊接管实际上是圆的且具有均匀壁厚的管子焊接领域是很有用的。导向头单元40包括一个细长的心轴42，其借助于中心连接棒41安装到臂延伸部19上，中心连接棒带有一个上十字销钉43。该中心棒41还插入细长心轴42的上端且通过横向销钉45连接到细长心轴42的上端，横向销钉45装在棒44的环形槽45a中。细长心轴42包含多个横向槽44，它们有助于将导向头40插入待焊接的管子50中，而且还有效地减小了导向头单元的重量并改善了导向头单元的空气冷却。按照纵向测量结果，通常每个凹槽44的宽度是0.12-0.15英寸，切去的径向深度是约0.25英寸，而间隔为0.18-0.22英寸。要得到较好的结果，心轴42的直径和管子50的内径之间的差值应为0.003-0.005英寸。

下面将结合以下实例对本发明作进一步说明，但其并不构成对本发明范围的限制。实例1

热交换器带有多个插入管片中以备将管端焊接到管片上的金属管。将一个象Hobart550型这样的但是具有本发明所述导向单元且包含六组弹簧支承球的轨道型焊接装置插入到一个管子中，使电焊条完全对准靠近管片开口处的管端。启动焊接装置以便在焊条和管子之间触发电弧，并在管端和管片之间形成环绕的焊缝。然后卸下焊接装置将其接着插入相邻的管子，并继续进行焊接操作。下面列出了管子和焊接装置的一些重要的典型特征：

管子内径(英寸)                  0.500

管子厚度(英寸)                  0.030

焊机导向器外径(英寸)            0.480

焊接部位偏移(英寸)              0.010

焊机导向器长度(英寸)            3

焊机导向器偏移尺寸″d″(英寸)   0.290

导向器和管子之间的间隙(英寸)    0.010-0.020

弹簧支承球的直径(英寸)          0.125

弹簧支承球径向向外的最          0.030

大运动量(英寸)

在球最大压缩情况下的弹簧力(1b)  4-6

虽然广泛地和以最佳实施例的形式对本发明进行了说明，但是很明显，可以对由下述权利要求所限定的本发明做出改进和变化。

Claims (8)

1、一种轨道式焊接装置，其适于将管子焊接到管片上，其特征在于，其包括外壳、转动地安装在外壳中且带有保护气体型焊条的转动体、和从外壳的下部伸出的中心导向头单元，所说的导向头单元带有多个弹性安装的横向凸起，每个凸起都纵向隔开并从导向外表面径向向外伸出。

2、如权利要求1所述的焊接装置，其中每个所说的横向凸起都具有一个球形外表面。

3、如权利要求1所述的焊接装置，其中将所说的横向凸起设置成多组沿导向头单元纵向隔开的球体，每组包括两个由弹簧支承的球，其由横向旋入导向头单元中的部件保持定位。

4、如权利要求3所述的焊接装置，其中所说组的纵向间隔距离等于导向头外径的0.5-4倍。

5、如权利要求3所述的焊接装置，其中沿导向头单元的长度等间隔地布置了4-8组凸起。

6、如权利要求3所述的焊接装置，其中所说的由弹簧支承的球体从导向体外表面径向向外伸出的距离为0.008-0.050英寸。

7、如权利要求3所述的焊接装置，其中每组相邻球都有中心轴线，中心轴线彼此间的角度为30-90度。

8、一种焊接装置，其适用于将管子焊接到管片上并且包括外壳、可转动地安装在外壳中且带有保护气体型焊条的转动体、和从外壳的下侧伸出的中心导向头单元，所说的导向头单元带有多组弹性安装的球体，其通过横向旋入导向头单元的部件保持定位，其中每个球从导向头外表面径向向外伸出的距离为0.008-0.050英寸，将所说的球设置成4-8组，各相邻组彼此之间具有一定角度。

Images