CN113770469A - 激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备和方法。包括焊枪单元，焊枪单元包括固定管及其内设置的加压部件、装填部件，加压部件固定在固定管上并输出沿管长方向伸缩的直线动力，装填部件包括固定在加压部件输出部上的压板及其上沿固定管轴向滑动套接的护套，护套和压板围成用于卸装钎料柱的装卸槽，护套连接有在护套从压板上滑落时将护套压回原位的回位结构；固定管的管口或靠近管口位置设有向管口内外方向发射激光的激光发生器。本发明利用塞焊的钎料柱在连接件和管道之间形成剪形连接，一方面利用钎料柱的抗剪性能好的特点，提高管道的焊接强度；另一方面以激光加热辅助塞焊的方式，提高塞焊加工的工作效率，更便于工业推广。

Description

激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备和方法
技术领域
本发明涉及一种激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备和方法。
背景技术
目前，在对长管内对接接缝进行焊接时，需要将两节长管对接后，在对接缝隙位置点焊后进行堆焊，从而完成管道对接焊装。但在较长管道中，这种对焊的方式会导致管道抗轴向应力的性能下降，不利于长期使用，漏点增加，检修寿命短。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高管道对接后焊接强度的激光和塞钎焊接的同轴复合焊接方法，其技术方案如下：
激光和塞钎焊接的同轴复合焊接方法，包括：
S1，在两管口之间夹入连接环套，连接环套的两端各设有搭接在同侧管口内壁上的搭接边缘，搭接边缘上开设有在圆周方向均布的塞焊孔；
S2，激光加热钎料柱的一端至融化状态，并将钎料柱以所述一端在先的方式压入所述塞焊孔中，钎料柱的另一端从塞焊孔的孔口露出；
S3，激光加热塞焊孔中所述另一端至软化状态；
S4，在所述另一端加压至其固化成形；
S5，重复上述S2-S4，在其他塞焊孔中依次进行塞焊。
本发明的另一目的是提供一种专用于上述同轴复合焊接方法的激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备，其技术方案如下：
激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备，包括焊枪单元，焊枪单元包括固定管及其内设置的加压部件、装填部件，加压部件固定在固定管上并输出沿管长方向伸缩的直线动力，装填部件包括固定在加压部件输出部上的压板及其上沿固定管轴向滑动套接的护套，护套和压板围成用于卸装钎料柱的装卸槽，护套连接有在护套从压板上滑落时将护套压回原位的回位结构；固定管的管口或靠近管口位置设有向管口内外方向发射激光的激光发生器。
优选地，还包括依次连接的牵引总成、执行总成和随动总成，执行机构包括前后延伸的伸缩机构及其上安装的焊枪单元，焊枪单元沿径向延伸的固定在伸缩机构上。
优选地，固定管的靠近管口位置相对开设有位于管壁上的反射窗口和激光窗口，所述激光发生器的出光口与激光窗口相通，反射窗口外设有尖端朝向固定管中心的三角形的基座部，基座部具有与固定管轴线平行的竖边侧以及一靠近固定管的管口的第一斜边侧、一远离固定管的管口的第二斜边侧，第一斜边侧上设有沿固定管径向滑动且镜面朝向管口的外反射镜以及驱动外反射镜移动的外平移机构，第二斜边侧上设有沿固定管径向滑动且镜面背向管口的内反射镜以及驱动内反射镜移动的内平移机构。
优选地，反射窗口和管口之间的距离等于护套的长度。
本发明的有益效果：
本发明利用塞焊的钎料柱在连接件和管道之间形成剪形连接，一方面在两管口之间出现轴向应力时，利用钎料柱的抗剪性能好的特点，提高管道的焊接强度；另一方面以激光加热辅助塞焊的方式，提高塞焊加工的工作效率，更便于工业推广。
附图说明
图1是本发明同轴复合焊接设备的示意图；
图2是本发明同轴复合焊接设备的传动盘示意图；
图3是本发明同轴复合焊接设备的驱动转盘的意图；
图4是本发明同轴复合焊接设备的驱动转盘另一视角下示意图；
图5是本发明同轴复合焊接设备的牵引总成示意图；
图6是本发明同轴复合焊接设备的焊接单元工作状态示意图；
图7是本发明同轴复合焊接设备的护套示意图；
图8是本发明同轴复合焊接设备的焊接单元供料机构示意图；
图9是应用本发明同轴复合焊接方法焊接而成的管道示意图。
具体实施方式
参见图1至图5，示出了本发明激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备示意图。该同轴复合焊接设备主要由自前向后依次设置的牵引总成1、执行总成2和随动总成3。牵引总成1和随动总成3之间自前向后依次连接的前铰链4、伸缩机构5和后铰链6。其中：
牵引总成1包括前后延伸的中心支架31及其上转动安装的前后延伸的丝杠，丝杠的一端传动连接有固定在中心支架31上的调节电机33。丝杠上螺旋连接有与中心支架31止转配合的丝母，丝母上铰接有短杆34，短杆34的另一端铰接有铰接在中心支架31上的长杆35，短杆34铰接在长杆35中部，短杆34、长杆35和丝母在中心支架31上形成曲柄滑块机构，长杆35的另一端连接有滚轮36，滚轮36传动连接有固定在长杆35上的驱动电机32。长杆35和短杆34组成的支腿组有三组以上、并在中心支架31圆周方向均布。优选地，同一组短杆可通过一十字形支架连接丝母。
随动总成3采用与牵引总成1类似的机构，不同之处在于，在随动总成2中无需驱动电机。
前铰链4和后铰链6均为球头铰链，该球头铰链包括套筒型的球座71及其两端固定的堵盖72、橡胶膜73，其中：球座71包括套筒形的座体，座体的一端内壁上设有卡槽，另一端的端口设有环形止口，环形止口的周面上设有内螺纹，并螺纹连接有衬套74和止脱环75，衬套74和止脱环75之间采用L型的接口对接，并在衬套74和止脱环75的周面对接位置设有与座体密封连接的密封圈；衬套74和止脱环75的L型接口竖杆部分夹设有金属密封环。球座71内设有充满内腔的ER流体及其内浸没设置的与球座71活动安装且与伸缩机构5连接的球头8，球头8和伸缩机构5夹设固定在橡胶膜73两侧。橡胶膜73的边缘预埋固定的金属材质的外环，外环的一面一体凸设有夹设固定在球座71及其开口端螺纹连接的止脱环75之间的金属密封环。橡胶膜73的中心预埋固定有夹设固定在伸缩机构5和球头8之间的金属材质的固定盘。橡胶膜73在固定盘和外环之间的部分有预留部分，以便于球头8在球座71内活动。
伸缩机构5为包括固定端连接在后铰链6上、移动端连接在前铰链4上的电动推杆，具体而言电动推杆的固定端也就是驱动端，如机座及其上设置的推杆电机、丝母等；活动端为丝杠推杆，在推杆电机的驱动下，丝母转动而带动与机座止转连接的丝杠推杆伸缩，以实现精确伸缩的效果。
活动端的伸出部分上固定套接有固定套9，固定套9上固定有在周向均布的三个扶正支腿。扶正支腿包括固定在固定套9上且沿固定套9径向延伸的固定杆10，固定杆10上开设有沿杆长方向延伸的T形槽，T形槽的开口端位于固定杆10的后侧面，T型材内沿杆长方向滑动连接有T形的活动杆11，活动杆11的后侧凸设有圆柱形的滑块。活动杆11的伸出端铰接有瓦片形的锁板12，锁板12的前段比后段长（以铰点为分界点），并在锁板12的前侧和活动杆11之间连接有倾斜设置的弹簧13。锁板12的外侧面设有锁齿，锁齿为直角三角形截面，且直面朝前。扶正支腿的后侧设有转动套接在固定套9上的驱动转盘14，驱动转盘14的前侧开设有与各滑块滑动各自插套配合且呈涡旋状延伸的驱动槽22；驱动转盘14的后侧同轴固定有锥齿圈15，锥齿圈15啮合传动连接有转动安装在活动端一侧的锥齿轮16，锥齿轮16后侧一体同轴固定连接有蜗轮17，蜗轮17啮合传动连接有沿平行于固定套9切线的方向延伸的蜗杆18，蜗杆18传动连接有固定在活动端上的扶正电机19。扶正电机19和驱动转盘14之间的蜗杆18、蜗轮17、锥齿轮16和锥齿圈15组成了转向传动机构。
固定端上安装有转动套接在固定端上的转动环20和用于驱动转动环20转动的执行电机21，所述执行总成2安装在转动环20上。执行总成2包括在转动环20圆周方向均布的摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元，摄像单元、焊枪单元、砂轮单元和测距单元属于现有技术，在此不再赘述。执行电机21和转动环20之间也设有如上所述的转向传动机构。
焊接单元包括一固定在转动环20上的固定管41及其上设置的加压部件42、装填部件、激光部件、供料部件。其中：
加压部件42位于固定管41内，并固定在固定管41根部位置处，加压部件42为沿固定管41轴向输出直线伸缩动力的驱动部件，如气缸、液压缸、电动推杆等，优选地，为实现焊接工作的柔性作业，加压部件42采用气缸，其缸体固定在固定管41的内壁上，活塞杆如图6所示的，同轴的向上设置在固定管41中。
装填部件主要由压板51、护套52和回位结构组成。其中，压板51为圆盘形，压板51的外周上开设圆环形的卡槽，卡槽的横截面为直角梯形且斜边位于上侧；压板51同轴固定在加压部件42的活塞杆上端，压板51的边沿和固定管41的内壁间隙配合。护套52上下滑动套接在压板51的外周上，护套52和压板51围成用于卸装钎料柱的装卸槽，护套52的下端设有在圆周方向均布的三瓣扣爪53，扣爪53的内壁上设有与所述卡槽吻合卡扣配合的卡台，相邻扣爪53之间具有沿护套52轴向延伸的涨缝，涨缝的根部具有直径比涨缝宽度大的漏孔。护套52连接有在护套52从压板51上滑落时将护套52压回原位的回位结构，回位结构包括连接在护套52下端的橡胶波纹套55，橡胶波纹套55的上端抵顶连接在护套52的下端，下端连接在活塞杆外周上固定的挡盘54上。
固定管41的管壁上开设有位于靠近管口位置处的反射窗口61和激光窗口62，反射窗口61和激光窗口62沿固定管41的径向相对设置，并且反射窗口61为小端朝内的截头锥形窗口，激光窗口62为小端朝外的截头锥形窗口。固定管41的外周上固定有套接在反射窗口61和激光窗口62外的固定环63，固定环63的下环端面和固定管41的管口之间的距离等于护套52的长度，以便于扣爪53向外张开，实现护套52和压板51之间的解锁和锁止。激光部件主要由激光发生器64和反射镜组件组成。激光发生器64的出光口与激光窗口62相通。反射窗口61外设有尖端朝向固定管41中心的三角形的基座部65，基座部65具有与固定管41轴线平行的竖边侧以及一靠近固定管41的管口的第一斜边侧、一远离固定管41的管口的第二斜边侧。反射镜组件由第一斜边侧设置的外反射镜66和第二斜边侧设置的内反射镜67组成，外反射镜66和内反射镜67均为平面反射镜，其背面固定有位于外边缘侧的导向挡沿，该导向挡沿以燕尾形结构滑动设置在基座部65上，导向挡沿中心活动穿套有与对应侧反射镜平行的固定导向柱，固定导向柱上套接有复位弹簧，复位弹簧的外端抵顶在导向挡沿上，内端抵顶在基座部65尖端的电磁铁上。第一斜边侧还设有驱动外反射镜66移动的外平移机构，第二斜边侧设有驱动内反射镜67移动的内平移机构，该内平移机构和外平移机构均是由基座部65尖端设置的电磁铁和导向挡沿上设置的永磁体组成，以在外反射镜66移动至固定管41内时，将激光发生器64射出的光线反射至管口外；在内反射镜67移动至固定管41内时，将激光发生器64射出的光线反射向伸缩机构。
固定管41的管壁上还开设有在加压部件42处于初始位置时护套52上方位置处的加料口71。供料部件包括被蝶形螺栓可拆固定在固定管41上的料仓72，料仓72的侧面开设有与所述加料口71相通的送料口及其相对侧的推送机构，推送机构包括电动推杆73及其输出端连接的碗状的推盘74，推盘74抵顶在钎料柱的侧面，以实现向固定管内推送钎料柱81，使其落入护套内的作用。在本实施例中送料口位于料仓72顶部，故在料仓72底部设有抵顶在一列钎料柱81的下方的举升弹簧，以使得最顶部的一钎料柱81始终被抵顶在料仓72的顶部。在其他实施例中，如送料口位于料仓72的底部，可依靠钎料柱81的自重实现自动补位。
该同轴复合焊接设备的工作过程是：
S1，在两管口之间夹入连接环套91，连接环套91的两端各设有搭接在同侧管口内壁上的搭接边缘，搭接边缘上开设有在圆周方向均布的塞焊孔92；
S2，激光加热钎料柱81的一端至融化状态，并将钎料柱81以所述一端在先的方式压入所述塞焊孔92中，钎料柱81的另一端从塞焊孔92的孔口露出；
S3，激光加热塞焊孔92中所述另一端至软化状态；
S4，在所述另一端加压至其固化成形；
S5，重复上述S2-S4，在其他塞焊孔92中依次进行塞焊。
以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在发明的保护范围内。

Claims (5)

1.激光和塞钎焊接的同轴复合焊接方法，其特征在于，包括：
S1，在两管口之间夹入连接环套，连接环套的两端各设有搭接在同侧管口内壁上的搭接边缘，搭接边缘上开设有在圆周方向均布的塞焊孔；
S2，激光加热钎料柱的一端至融化状态，并将钎料柱以所述一端在先的方式压入所述塞焊孔中，钎料柱的另一端从塞焊孔的孔口露出；
S3，激光加热塞焊孔中所述另一端至软化状态；
S4，在所述另一端加压至其固化成形；
S5，重复上述S2-S4，在其他塞焊孔中依次进行塞焊。
2.专用于实现权利要求1所述激光和塞钎焊接的同轴复合焊接方法的激光和塞钎焊接的同轴复合焊接设备，包括焊枪单元，其特征在于，焊枪单元包括固定管及其内设置的加压部件、装填部件，加压部件固定在固定管上并输出沿管长方向伸缩的直线动力，装填部件包括固定在加压部件输出部上的压板及其上沿固定管轴向滑动套接的护套，护套和压板围成用于卸装钎料柱的装卸槽，护套连接有在护套从压板上滑落时将护套压回原位的回位结构；固定管的管口或靠近管口位置设有向管口内外方向发射激光的激光发生器。
3.根据权利要求2所述的同轴复合焊接设备，其特征在于，还包括依次连接的牵引总成、执行总成和随动总成，执行机构包括前后延伸的伸缩机构及其上安装的焊枪单元，焊枪单元沿径向延伸的固定在伸缩机构上。
4.根据权利要求2或3所述的同轴复合焊接设备，其特征在于，固定管的靠近管口位置相对开设有位于管壁上的反射窗口和激光窗口，所述激光发生器的出光口与激光窗口相通，反射窗口外设有尖端朝向固定管中心的三角形的基座部，基座部具有与固定管轴线平行的竖边侧以及一靠近固定管的管口的第一斜边侧、一远离固定管的管口的第二斜边侧，第一斜边侧上设有沿固定管径向滑动且镜面朝向管口的外反射镜以及驱动外反射镜移动的外平移机构，第二斜边侧上设有沿固定管径向滑动且镜面背向管口的内反射镜以及驱动内反射镜移动的内平移机构。
5.根据权利要求4所述的同轴复合焊接设备，其特征在于，反射窗口和管口之间的距离等于护套的长度。
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