CN113996900A - 一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及方法，属于焊接技术领域，包括陶瓷保护罩，所述陶瓷保护罩具有中空结构，陶瓷保护罩外侧壁设置出气孔，陶瓷保护罩外侧壁还设置第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔，第一进气孔和出气孔相对设置，且第二进气孔、第三进气孔以第一进气孔为中心对称设置。

Description

一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，随着风电制造技术的进步，风机机组数量也日益增加。在风机运行一段时间后，不少风电场已发现风机基础出现安全性问题。在这种大趋势下，风机基础加固是解决此问题行之有效的手段，在加固过程中，常采用风电塔筒焊接焊钉加外包钢筋混凝土的方法。其中，焊钉属于一种高强度刚性连接的紧固件，具有一定的屈服延展性，是土木工程施工中最常见的一种施工材料。

风电塔筒焊钉焊接时常采用电弧焊钉焊的方法，其主要操作流程是，将焊钉端头置于陶瓷保护罩内与母材接触并通以直流电，以使焊钉与母材之间激发电弧，电弧产生的热量使焊钉和母材熔化，维持一定的电弧燃烧时间后将焊钉压入母材局部熔化区内。

发明人发现，现有陶瓷保护罩的作用是集中电弧热量，并防止熔融金属的飞溅，当焊钉横向焊接在垂直于地面的风电塔筒外壁上时，熔化的金属液会在重力的影响下向下流动，导致焊钉焊脚出现局部未熔合的缺陷，从而影响焊钉焊接强度。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及方法，该保护装置利用高压气流向上的力抵消焊接熔液的重力，使得焊钉横向焊接在垂直于地面的风电塔筒外壁上时焊脚分布均匀，解决了风电塔筒焊钉端部焊接局部未熔合缺陷的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种用于风机加固焊钉焊接保护装置，包括陶瓷保护罩，包括陶瓷保护罩，所述陶瓷保护罩具有中空结构，陶瓷保护罩外侧壁设置出气孔，陶瓷保护罩外侧壁还设置第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔，第一进气孔和出气孔相对设置，且第二进气孔、第三进气孔以第一进气孔为中心对称设置。

作为进一步的技术方案，所述第一进气孔的孔道、第二进气孔的孔道、第三进气孔的孔道和出气孔的孔道均与陶瓷保护罩内部中空连通。

作为进一步的技术方案，所述第一进气孔的孔道、第二进气孔的孔道、第三进气孔的孔道和出气孔的孔道均沿陶瓷保护罩径向布置。

作为进一步的技术方案，所述第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔间隔设置，且第二进气孔、第三进气孔与第一进气孔的弧形角度小于90°。

作为进一步的技术方案，所述第二进气孔和第三进气孔均设置多个。

作为进一步的技术方案，所述第一进气孔处设置第一接头，第二进气孔处设置第二接头，第三进气孔处设置第三接头，出气孔处设置第四接头。

作为进一步的技术方案，所述第一接头、第二接头、第三接头和第四接头均呈倾斜状，各接头与陶瓷保护罩底面成相同的角度。

作为进一步的技术方案，所述第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔均与高压气泵连接，出气孔与抽气泵连接。

作为进一步的技术方案，所述陶瓷保护罩为圆台形，陶瓷保护罩的底面为弧面。

第二方面，本发明提出一种如上所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置的工作方法，包括以下步骤：

将陶瓷保护罩置于焊接工件上，焊钉穿过陶瓷保护罩中心孔与焊接工件接触，连接焊机；第二进气孔、第一进气孔和第三进气孔位于焊钉的下方，出气孔位于焊钉的上方；

将各进气孔与高压气泵连接，将出气孔和抽气泵连接；

待焊钉焊接时，首先将高压气流通入到第一进气孔内，同时抽气泵开始工作，待电弧燃烧时间到达后，将焊钉压入焊接工件，然后切断电流，再将第二进气孔和第三进气孔同时通入高压气体，熔液向下的重力与高压气流向上的力抵消，使熔液能够悬浮于焊钉表面；

待熔化金属凝固后退出焊枪，关闭气泵，焊接结束。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过在陶瓷保护罩设置相对的第一进气孔和出气孔，并设置第二进气孔和第三进气孔，在焊接时可通入高压惰性气体，利用高压气流向上的力抵消焊接熔液的重力，避免了焊接熔液的掉落，解决焊钉端部焊接缺陷，大幅度提高焊钉焊接强度，降低施工成本，提高施工效率。

(2)本发明进气孔与出气孔相对设置在陶瓷保护罩两侧的外侧壁上，进气孔位于陶瓷保护罩的一半侧壁上且不超过半边侧壁，避免了高压气流对焊接熔液重力的吹落，保证了高压气流对焊接熔液重力的抵消效果。

(3)本发明进气孔和出气孔均采用接头且呈一定角度设置在陶瓷保护罩的外侧壁上，方便了高压气泵和抽气泵的快速连接，提高了施工效率，且保证了软管的连接强度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于风机加固焊钉焊接保护装置的整体结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于风机加固焊钉焊接保护装置的俯视结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于风机加固焊钉焊接保护装置的侧视结构示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于风机加固焊钉焊接保护装置的剖面结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、出气孔；2、第二进气孔；3、第一进气孔；4、第三进气孔；5、陶瓷保护罩。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有陶瓷保护罩的作用是集中电弧热量，并防止熔融金属的飞溅，当焊钉横向焊接在垂直于地面的风电塔筒外壁上时，熔化的金属液会在重力的影响下向下流动，导致焊钉焊脚出现局部未熔合的缺陷，从而影响焊钉焊接强度的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于风机加固焊钉焊接保护装置及工作方法。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提出一种用于风机加固焊钉焊接保护装置，包括，陶瓷保护罩5，所述陶瓷保护罩5外侧壁上设有三个进气孔和一个出气孔。

陶瓷保护罩5的作用是集中电弧热量，并防止熔融金属的飞溅，本实施例中陶瓷保护罩5整体形状为圆台形。

圆台形陶瓷保护罩5的内部为中空结构，陶瓷保护罩的顶端为小径端，陶瓷保护罩的低端为大径端，陶瓷保护罩由顶端至底端的横截面直径逐渐增大；

陶瓷保护罩的顶端小面处用于电弧焊机的焊枪伸入工作，底端大面处用于贴合焊接工件并允许焊钉进入陶瓷保护罩5内，本实施例中的焊接工件为风电塔筒外壁。

圆台形的设计更加便于使用者的拿取以及安装，为了提高拿取的稳定性，也可以在陶瓷保护罩的外壁上防滑结构，例如防滑纹、防滑垫等。

当然可以理解的是，在其他实施例中，陶瓷保护罩5的整体形状也可以设计成四边台形、圆台形等结构形式，最优选为圆台形。

该陶瓷保护罩整体为圆台形式，而省去现有保护罩的底部凸起，可以更好的贴合被焊工件表面。

在优选的实施方案中，为了保证陶瓷保护罩5能够紧贴塔筒壁，将陶瓷保护罩5底端大面处设置成弧面结构，具体弧形尺寸可根据实际塔筒外壁面的弧形进行设计，这里不做过多限制。

陶瓷保护罩5的外侧壁上设有第二进气孔2、第一进气孔3、第三进气孔4和一个出气孔1，第一进气孔、第二进气孔、第三进气孔和出气孔的孔道均与陶瓷保护罩内部中空连通。

为了便于理解，本实施例以附图2中两条虚线作为分界线，分别为横向的x轴分界线和竖向的y轴分界线，其中，第一进气孔3与出气孔沿x轴分界线相对设置，分别设置在陶瓷保护罩5两端的外侧壁上，第二进气孔2和第三进气孔4以x轴分界线为中心线对称设置，且第二进气孔2、第三进气孔4与第一进气孔3的角度不超过90°。

具体的，第二进气孔2、第一进气孔3和第三进气孔4两两之间呈设定的夹角布置在陶瓷保护罩的弧形壁上，本实施例中夹角约为60°，这种设置不仅保证了高压气体可以完全在陶瓷保护罩5内从焊钉的下端向上吹出，保证高压气流向上的力抵消焊接熔液重力的效果，还能最大程度的缩减进气孔的设置数量，简化了装置的结构，降低了使用难度。

可以理解的是，在其他实施例中，也可以根据实际的高压气流强度设置不同数量的进气孔，且数量需要≥3，否则无法保证高压气体可以完全在陶瓷保护罩5内从焊钉的下端向上吹出；且相应的根据实际进气孔的数量选择间隔角度，只要能够保证最边缘处的两个进气孔与位于中间的进气孔的夹角不超过90度(即所有进气孔均为本实施例中的y轴分界线右侧)即可，否则会影响高压气流对焊接熔液重力的抵消效果。

进气孔和出气孔的孔径相同，本实施例中均设置为3mm，在其他实施例中可以根据实际抵消效果选择不同的尺寸，这里不做过多限制。

为了确保高压气流对焊接熔液重力的抵消效果，在实际应用中陶瓷保护罩5放置时需要保证出气孔1位于焊钉的上方，第二进气孔2、第一进气孔3和第三进气孔4均位于焊钉的下方，最优为第二进气孔3位于焊钉的正下方，这样可以做到热液的有效承托。

为了确保进气孔处输入的气流能够与熔液自重保持平衡，使得焊接熔液能够悬浮于焊钉表面，输入气流的气泵优选为高压气泵，并在出气孔1处连接抽气泵，以保证气体能够快速排出，高压气泵和抽气泵的连接均采用软管，即输气软管和出气软管。

在第一进气孔处设置第一接头，在第二进气孔处设置第二接头，在第三进气孔处设置第三接头，在出气孔处设置第四接头，各接头用于与气泵的管路连通；在优选的实施方案中，各接头设置为宝塔形接头，不仅能够快速与高压气泵连接，提高安装效率，还能提高进气孔和出气孔与软管的连接强度。

在可选的实施方案中，各进气孔孔道、出气孔孔道均沿陶瓷保护罩径向布置。

为了便于进气孔和出气孔安装软管，将进气孔和三个出气孔的接头均设置成倾斜状，各接头与陶瓷保护罩5底面成相同的角度，接头内通道和进气孔、出气孔的孔道连通，从而使得接头内通道和进气孔孔道/出气孔孔道形成气体流通通道，气体经由气体流通通道先倾斜再平直进入陶瓷保护罩，可以先对气体进行缓冲，而后气体以稳流状态进入陶瓷保护罩内部，在陶瓷保护罩内气流的力更为均匀，有效保障焊接过程的稳定性。

另外，将各接头设置成倾斜形式，可以保证气流在喷射进保护罩的时候始终有一个方向的分量冲向侧壁，保证了气流与塔筒侧壁的绝对接触，进而确保能够承托全部热液。

本实施例中进气孔和三个出气孔的接头均设置成与陶瓷保护罩5底面呈30°夹角，在其他实施例中也可以根据实际需求设置成其他角度，这里不做过多限制。

为了保证输入的高压气体不会对焊接熔液产生影响，选择惰性气体作为输入气体，本实施例中选择氮气做为输入气体以降低使用成本。

在其他实施例中也可以选用氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)等其他惰性气体，这里不做过多限制。

实施例2

本申请的另一典型实施例中，提供如实施例1中用于风机加固焊钉焊接保护装置的施工方法，具体如下：

将陶瓷保护罩5置于焊接工件上，焊钉穿过陶瓷保护罩5中心孔与焊接工件接触，连接电弧焊机；

在上述陶瓷保护罩5的放置过程中，应保证第二进气孔2、第一进气孔3和第三进气孔4位于焊钉的下方，出气孔位于焊钉的上方；

然后，利用输气软管将第二进气孔2、第一进气孔3和第三进气孔4与高压气泵连接，通入高压气体--氮气，并利用出气软管将出气孔1与抽气泵连接，辅助抽出气流；

待焊钉焊接时，高压气泵开始工作，首先将高压气流通入到第一进气孔3内，同时抽气泵开始工作，待电弧燃烧时间到达后，将焊钉压入焊接工件，然后切断电流，再将第二进气孔2和第三进气孔4同时通入高压气体，熔液向下的重力与高压气流向上的力抵消，使熔液能够悬浮于焊钉表面；

上述操作中，电弧燃烧时熔液产生较少，熔液重量较小，不同时使用多个进气孔是为了避免气流过大将熔液吹飞，当电弧燃烧时间到达后，焊接溶解增多，熔液重量增大，从而增加进气孔的使用量，以抵消熔液的重力。

待熔化金属凝固后退出焊枪，关闭气泵，焊接结束，敲碎陶瓷保护罩5，检查焊接是否合格。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，包括陶瓷保护罩，所述陶瓷保护罩具有中空结构，陶瓷保护罩外侧壁设置出气孔，陶瓷保护罩外侧壁还设置第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔，第一进气孔和出气孔相对设置，且第二进气孔、第三进气孔以第一进气孔为中心对称设置。

2.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一进气孔的孔道、第二进气孔的孔道、第三进气孔的孔道和出气孔的孔道均与陶瓷保护罩内部中空连通。

3.如权利要求1或2所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一进气孔的孔道、第二进气孔的孔道、第三进气孔的孔道和出气孔的孔道均沿陶瓷保护罩径向布置。

4.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔间隔设置，且第二进气孔、第三进气孔与第一进气孔的弧形角度小于90°。

5.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第二进气孔和第三进气孔均设置多个。

6.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一进气孔处设置第一接头，第二进气孔处设置第二接头，第三进气孔处设置第三接头，出气孔处设置第四接头。

7.如权利要求6所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一接头、第二接头、第三接头和第四接头均呈倾斜状，各接头与陶瓷保护罩底面成相同的角度。

8.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述第一进气孔、第二进气孔和第三进气孔均与高压气泵连接，出气孔与抽气泵连接。

9.如权利要求1所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置，其特征是，所述陶瓷保护罩为圆台形，陶瓷保护罩的底面为弧面。

10.如权利要求1-9任一项所述的用于风机加固焊钉焊接保护装置的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

将陶瓷保护罩置于焊接工件上，焊钉穿过陶瓷保护罩中心孔与焊接工件接触，连接焊机；第二进气孔、第一进气孔和第三进气孔位于焊钉的下方，出气孔位于焊钉的上方；

将各进气孔与高压气泵连接，将出气孔和抽气泵连接；

待焊钉焊接时，首先将高压气流通入到第一进气孔内，同时抽气泵开始工作，待电弧燃烧时间到达后，将焊钉压入焊接工件，然后切断电流，再将第二进气孔和第三进气孔同时通入高压气体，熔液向下的重力与高压气流向上的力抵消，使熔液能够悬浮于焊钉表面；

待熔化金属凝固后退出焊枪，关闭气泵，焊接结束。

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