CN114346438B - 一种烘干架异形管焊接用堵座以及焊接装置和焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种烘干架异形管焊接用堵座，包括一体的堵片和圆形凸台，其中，所述堵片，厚度与异形管的管壁厚度t相同，压装后与异形管的端面面接触，其外边缘相对于异形管的边缘形状等距缩小0.3t，形成t*0.3t的焊接坡口；所述圆形凸台，数量至少有一组，压装后内置于管段内腔并且紧贴于内管壁。与现有技术相比，本发明通过设置易于加工和压装的堵座进而与各类异形管进行配合，于管腔外形成有焊接坡口，在焊接时通过焊接装置实现了激光焊接的单周向且连续地焊接操作，避免了管端堵座组装不平和焊接质量差等质量问题，在适应范围上以及焊接质量、焊接效率上均得到了显著提升。

Description

一种烘干架异形管焊接用堵座以及焊接装置和焊接方法

技术领域

本发明涉及烘干架领域，具体涉及一种烘干架异形管焊接用堵座以及焊接装置和焊接方法。

背景技术

当前，烘干架越来越深得消费者喜爱，逐步成为日常家用品，随着消费观念的逐步多元化，产品的型号种类也逐步突破传统的圆管和矩形管的限制，出现各类异形管件，虽然仅仅是截面形状的改变，但对工艺造成的联动变动是及其巨大的。

例如，在烘干架的制作过程中，各异形管端均需焊接封堵并通过压力测试，通常是将与内壁相符的堵片装入异形管口内，经铜焊或气保焊焊接成形，一方面现有工艺设备无法适用于类型不一的异形管件，目前尚且只有人工焊接的方式，但人工焊接不仅效率低下，质量也难以得到保障，更重要的是：这种管端堵片的焊接方式及结构，存在组装时歪斜，铜焊或气保焊后管端焊残留焊痕较大，后期焊痕需要抛光或打磨处理，劳动强度大，生产成本较高；而且，抛光打磨后存在各管端长短不一，抛光不平塌角等不良，严重影响产品外观，堵片组装歪斜及焊接后抛光打磨后极易导致焊接片焊道厚薄不一，焊接可靠性差，焊接处容易出现漏气，严重影响产品性能及使用安全。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种烘干架异形管焊接用堵座以及焊接装置和焊接方法来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种烘干架异形管焊接用堵座，包括一体的堵片和圆形凸台，其中，

所述堵片，厚度与异形管的管壁厚度t相同，压装后与异形管的端面面接触，其外边缘相对于异形管的边缘形状等距缩小0.3t，形成t*0.3t的焊接坡口；

所述圆形凸台，数量至少有1组，压装后内置于管段内腔并且紧贴于内管壁。

作为优选地，所述圆形凸台的高度不小于3t，当熔池生长至圆形凸台处后，圆形凸台的长度保证其与异形管内壁的接触定位作用不受影响，避免了堵座侧移倾斜。

一种用于异形管和堵座焊接的焊接装置，包括：

二维移动平台，在一个平行于焊接面的平面内移动；

驱动电机，固定于二维移动平台上；

转轮，连接在驱动电机的输出上；

激光焊枪，设置在转轮上，与管件端面呈20°夹角。所述驱动电机通过驱动转轮间接驱动激光焊枪转动，使得激光焊枪在二维移动平台和驱动电机的联动驱动下相对于堵座边缘圆周转动，在焊接坡口处完成全周向且连续地激光焊接操作。

作为优选地，所述转轮包括中心轮、行星轮和外轮，所述中心轮与驱动电机无转动连接，外轮与中心轮通过行星轮啮合连接，所述激光焊枪设置在外轮上；所述转轮为定轴行星轮系，作用在于降低转轮的整体重量进而降低驱动电机输出轴所承载的弯矩。

作为优选地，还包括有：

转轴，所述中心轮同轴无转动套设于其上；

支撑座，一端套设在转轴上，另一端固定连接在二维移动平台上；

连接法兰，设于二维移动平台上，其两端分别连接转轴和驱动电机；

支撑座的作用在于将转轮的重量转移至二维移动平台上，缩短转轮对于驱动电机输出的力矩以进一步降低弯矩，连接法兰的作用在于传递扭力和维持系统动作的稳定。

作为优选地，所述连接法兰内安装有夹持气缸，夹持气缸的输出活塞杆贯穿转轴后连接有撞击锤；所述撞击锤在夹持气缸的往复动作下不断伸缩进而对堵座进行撞击，作用在于在焊后冷却过程中不断锤击堵座以消除焊缝的内应力以尽可能降低延迟裂纹的产生概率。

作为优选地，所述外轮上设置有安装部，安装部上设置有滑槽，还包括有：

封板，设置在转轮两侧，将转轮的内部空间封装隔离；

安装杆，连接在封板上；

球节，设置在安装杆上；

滑座，活动设置在滑槽处，所述激光焊枪套设于球节内，且非焊头的一端枢接在滑座上；

避位气缸，固定在安装部上，其输出端连接在滑座上。

此设置的作用在于避免撞击锤锤击堵座时对激光焊枪的碰撞风险，进而为控制二维移动平台和驱动电机的联动输出程序提供更为宽泛和精准的基准中心，依据常理，基准中心以焊接轨迹的对称中心位置为最佳，通过避让设置，激光焊枪的焊头部位可位于转轮的轴线上。

一种烘干架异形管焊接方法，包括以下步骤：

压装堵座，将圆形凸台压入异形管内，并且堵片与异形管端面贴合；

激光焊接，控制激光焊枪以焊接坡口轨迹单向周转一圈连续焊接。

作为优选地，激光焊接步骤前还包括有：

夹持动作，夹持气缸驱动撞击锤夹紧在异形管两端的堵座上，维持堵座位置固定；

激光焊接步骤后还包括有：

避位动作，所述避位气缸动作带动激光焊枪与焊道脱离；和，

锤击动作，所述气缸驱动撞击锤往复撞击在焊后的堵座上，消除焊道内应力。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过设置易于加工和压装的堵座进而与各类异形管进行配合，于管腔外形成有焊接坡口，在焊接时通过焊接装置实现了激光焊接的单周向且连续地焊接操作，避免了管端堵座组装不平和焊接质量差等质量问题，在适应范围上以及焊接质量、焊接效率上均得到了显著提升。

附图说明

图1：实施例1的堵座结构示意图；

图2：实施例1的堵座与异形管的配合截面示意图；

图3：实施例1的堵座与异形管的压装配合效果图；

图4：实施例2的堵座结构示意图；

图5：实施例2的堵座与异形管的配合截面示意图；

图6：实施例2的堵座与异形管的压装配合效果图；

图7：实施例3的堵座结构示意图；

图8：实施例3的堵座与异形管的配合截面示意图；

图9：实施例3的堵座与异形管的压装配合效果图；

图10：设置1个圆形凸台的实施例4的堵座结构示意图；

图11：设置2个圆形凸台的实施例4的堵座结构示意图；

图12：设置3个圆形凸台的实施例4的堵座结构示意图；

图13：设置4个圆形凸台的实施例4的堵座结构示意图；

图14：实施例3的堵座加工制造定位示意图；

图15：堵座加工制造定位示意图激光焊枪在焊接坡口的焊接示意图；

图16：焊接装置的结构示意图；

图17：转轮的结构侧视图；

图中：堵座1、堵片11、圆形凸台12、异形管2、焊接装置3、二维移动平台4、驱动电机5、转轮6、激光焊枪7、中心轮8、行星轮9、外轮10、转轴11、支撑座12、连接法兰13、夹持气缸14、撞击锤15、封板16、安装杆17、球节18、安装部101、滑槽102、滑座19、避位气缸20。

具体实施方式

接下来结合附图1-17对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

一种烘干架异形管焊接用堵座1，包括一体的堵片11和圆形凸台12，所述堵片11的厚度与异形管的管壁厚度t相同，所述圆形凸台12的数量设置有至少2组，在将堵座1压装至烘干架异形管2的管端内腔后，所述圆形凸台12内置于管段内腔并且紧贴于内管壁上起到多点定位的作用，而堵片11则与异形管的端面面接触，并且，堵片11的外边缘相对于异形管的边缘形状等距缩小0.3t(t为异形管的管壁厚度)，故而在压装堵座1后，通过设置的圆形凸台12保证了与异形管内壁两面或多线接触地紧配组装，组装后与管端面外形平齐，形成t*0.3t的焊接坡口。

参考附图1-3，在一个实施例1中，所述异形管的截面为类椭圆形(椭圆与圆的组合)，此时，所述堵座1的堵片11也呈现椭圆形，所述圆形凸台12的数量为设置于位于椭圆长轴的对称两端的两个，且在压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在两处面接触。

参考附图4-6，在一个实施例2中，所述异形管的截面为矩形和半个椭圆形的组合，此时，所述堵座1的堵片11也矩形和半个椭圆形的结合形状，而所述圆形凸台12的数量为包括设置于位于矩形两端的两个以及位于半个椭圆形中部的一个共三个，在压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在五处线接触。

参考附图7-9，在一个实施例3中，所述异形管的截面为类矩形和半圆形的组合，此时，所述堵座1的堵片11也呈现矩形和半圆形的组合形状，而所述圆形凸台12的数量为与半圆形接触的两个，在压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在两处面接触。

参考附图10-13，在一个实施例4中，所述异形管的截面为矩形，此时，所述堵座1的堵片11也呈现矩形，而所述圆形凸台12的数量为1-4个，在压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在4-8处线接触。具体地，附图10中圆形凸台12的数量为1，压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在4处线接触；附图11中圆形凸台12的数量为2，压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在4处线接触；附图12中圆形凸台12的数量为3，压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在5处线接触；附图13中圆形凸台12的数量为4，压装后圆形凸台12与异形管内腔壁存在8处线接触。

参考上述所列举的有限的四个实施例，可以看出本发明所采用的堵座1结构简单，在焊接前与异形管存在多处接触，保证了焊接质量，其结构简单易于制造，可依据异形管的形状进行匹配制造，成本优势明显。特别需要说明的是，相对于现有技术下所采用的堵头压装的方式而言，本申请的压装难度小，现有技术下的堵头与管件压装所采用的是过盈配合，即堵头与管件的形状完全一致，压装后其与管件内部存在全周向的接触且存在力的作用，在焊接时往往在配合面处采用钎焊或电焊的方式实现焊接，而钎焊依靠毛细现象进行扩散，焊接效率低，且不论何种焊接方式尤其是电焊，在焊接时基于过盈配合所存在的相互作用力，在匆匆熔池产生后存在径向向外的形变趋势，使得后续组装时出现歪斜的情况；而本申请中，所焊接的部位为组装后与管端面外形平齐形成的t*0.3t焊接坡口，而非圆形凸台12与异形管内壁的接触面，避免了背景技术中所描述的焊接问题的产生，并且，圆形凸台12与内腔壁的接触是非连续且无相互作用或相互作用可忽略不计的，使得在熔池产生后无形变产生，熔池的生长也不受影响，保证了焊接质量。

所述圆形凸台12的高度不小于3t，即圆形凸台12的高度不小于异形管管壁厚度的三倍，其作用在于，当熔池生长至圆形凸台处后，圆形凸台的长度保证其与异形管内壁的接触定位作用不受影响，避免了堵座1侧移倾斜。

所述堵座1采用冷板冲压形成，所述冷板是普通碳素结构钢冷轧板的简称，它是由普通碳素结构钢热轧钢带，经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板，由于在常温下轧制，不产生氧化铁皮，因此，冷板表面质量好，尺寸精度高，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板。

正如前述所说，所述堵座1可依据异形管的形状匹配制造且制造成本相较于现有的堵头也显著降低，参考附图14，以实施例3所述的堵座1进行阐述：首先，以异形管外形为基准冲压形成等距缩小的相同外形的片状堵片11，堵片11的边缘与异形管边缘均匀间距0.3t；而后，采用数控车床将堵片11装夹，装夹余量为0.3t，一次装夹分别以堵片配合凸台为圆心，车加工成形得到位于堵片上的圆形凸台12，其中凸台配合面或点距堵片边缘的距离为t-0.3t。

参考附图15，基于堵座1以及所形成的t*0.3t焊接坡口的设置，本发明摈弃现有技术的钎焊和电焊技术，采用激光焊接的方式实现熔焊，并且，激光焊头与管件端面呈20°夹角，沿焊接坡口一次性连续焊接成形，以保障焊接强度可靠，最终使得焊缝呈圆弧状且焊缝均匀光滑。

参考附图16-17，本发明还提供一种用于烘干架异形管2和堵座1焊接的焊接装置3，包括二维移动平台4，所述二维移动平台4与焊接面平行，作用在于可在驱动部件的作用下在一个平行于焊接面的平面内移动，二维移动平台4上固定有驱动电机5，驱动电机5的输出连接有转轮6，转轮6上连接有激光焊枪7，所述激光焊枪7与管件端面呈20°夹角，所述驱动电机5通过驱动转轮6间接驱动激光焊枪7转动，使得激光焊枪7在二维移动平台4和驱动电机5的联动驱动下相对于堵座边缘圆周转动，在焊接坡口处完成全周向且连续地激光焊接操作。

所述转轮6包括中心轮8、行星轮9和外轮10，所述中心轮8与驱动电机5无转动连接，外轮10与中心轮8通过行星轮9啮合连接，行星轮9的作用包括悬空支撑外轮10以及通过啮合传动驱动外轮10转动，所述中心轮8、行星轮9和外轮10可构成定轴行星轮系，降低转轮6的整体重量进而降低驱动电机5输出轴所承载的弯矩。

所述中心轮8同轴无转动套设于转轴11上，转轴11上套设有支撑座12，支撑座12连接在二维移动平台4上，支撑座12的作用在于将转轮6的重量转移至二维移动平台4上，缩短转轮6对于驱动电机输出的力矩以进一步降低弯矩，同时，所述转轴11还通过连接法兰13连接在驱动电机5的输出轴上，转轴11通过连接法兰13与驱动电机5同步转动，且所述的连接法兰13卡设于二维移动平台4上，连接法兰13存在相对于二维移动平台4的转动自由度，但二维移动平台4限制连接法兰13的位移自由度，连接法兰13的作用在于传递扭力和维持系统动作的稳定。

所述连接法兰13内安装有夹持气缸14，即连接法兰13的作用还在于提供夹持气缸14的安装空间，夹持气缸14的输出活塞杆贯穿转轴11后连接有撞击锤15，所述撞击锤15在夹持气缸14的往复动作下于转轴11内伸缩动作。所述夹持气缸14的作用被配置为在焊接过程中夹持异形管的两端以维持堵座位置固定，即撞击锤15夹持紧贴在堵座外露于异形管外部的堵片上，基于前述，堵座与异形管之间的配合不同于常规的过盈配合，在焊接时虽然激光焊的焊道小，但依旧存在因熔池不对称的特性所导致的堵座倾斜、侧移的微小形变，通过撞击锤15与堵座的面接触，在压力和摩擦力的作用下强制堵座维持位置固定以保证焊接质量。

所述夹持气缸14还被配置为在焊后产生持续锤击力以消除焊道内应力，虽然激光焊的焊道小，焊接处的内应力相对于传统电焊的要小，但本发明通过配置夹持气缸14产生循环的伸缩动作，控制撞击锤对堵座进行撞击，在焊后冷却过程中不断锤击堵座以消除焊缝的内应力以尽可能降低延迟裂纹的产生概率。

所述转轮6两侧设置有封板16，封板16的作用在于将转轮6的内部空间封装隔离，一方面避免行星轮9脱位，另一方面避免焊接过程中的烟尘及金属溶滴进入转轮6内；所述封板16的作用还在于其上连接有安装杆17，安装杆17上设置有球节18，所述球节18存在相对于安装杆17的转动自由度，所述外轮10上设置有安装部101，安装部101上设置有滑槽102，滑槽102处设置有滑座19，所述的激光焊枪7套设于球节18内，且非焊头外的一端枢接在滑座19上，所述安装部101上还固定有避位气缸20，避位气缸20的输出端连接在滑座19上，所述避位气缸20动作后拉动滑座19在滑槽102内滑动。

此设置的作用在于实现异形管取放的自动化作业，避免异形管在机械手的抓取放置过程中与激光焊枪7发生碰撞，即在焊接前以及焊接后，避位气缸20驱动激光焊枪动作以避位异形管，同时动作在焊后撞击锤15锤击堵座之前，避免撞击时振动对激光焊枪枪头的冲击。基于此设置，可为控制二维移动平台4和驱动电机5的联动输出程序提供更为宽泛和精准的基准中心，依据常理，基准中心以焊接轨迹的对称中心位置为最佳，通过避让设置，激光焊枪7的焊头部位可位于转轮6的轴线上。在焊接时，所述激光焊枪7与异形管件端面呈20°夹角，而焊后锤击前，避位气缸20动作拉动滑座19在滑槽102内滑动以远离异形管，此时激光焊枪7一方面相对于球节滑动并带动球节转动，另一方面与滑座19的枢接处与滑座19一同移动，最终表现在激光焊枪7与异形管件端面的夹角变大，且位置相对于初始位置靠上，避开撞击锤15。

本发明还涉及一种烘干架异形管焊接方法，包括以下步骤：

压装堵座，将圆形凸台压入异形管内，并且堵片与异形管端面贴合；

激光焊接，控制激光焊枪以焊接坡口轨迹单向周转一圈连续焊接。

激光焊接步骤前还包括有：

夹持动作，夹持气缸驱动撞击锤夹紧在异形管两端的堵座上，维持堵座位置固定；

激光焊接步骤后还包括有：

避位动作，所述避位气缸动作带动激光焊枪与焊道脱离；和，

锤击动作，所述气缸驱动撞击锤往复撞击在焊后的堵座上，消除焊道内应力。

本发明通过设置易于加工和压装的堵座进而与各类异形管进行配合，于管腔外形成有焊接坡口，在焊接时通过焊接装置实现了激光焊接的单周向且连续地焊接操作，避免了管端堵座组装不平和焊接质量差等质量问题，在适应范围上以及焊接质量、焊接效率上均得到了显著提升。

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 (2)

1.一种用于烘干架异形管与堵座焊接的焊接装置，其特征在于包括：

二维移动平台（4），在一个平行于焊接面的平面内移动；

驱动电机（5），固定于二维移动平台（4）上；

转轮（6），连接在驱动电机的输出上；

激光焊枪（7），设置在转轮（6）上，与管件端面呈20°夹角；

所述转轮（6）包括中心轮（8）、行星轮（9）和外轮（10），所述中心轮（8）与驱动电机（5）无转动连接，外轮（10）与中心轮（8）通过行星轮（9）啮合连接，所述激光焊枪（7）设置在外轮（10）上；

还包括有：

转轴（11），所述中心轮（8）同轴无转动套设于其上；

支撑座（12），一端套设在转轴（11）上，另一端固定连接在二维移动平台（4）上；

连接法兰（13），设于二维移动平台（4）上，其两端分别连接转轴（11）和驱动电机（5）；

所述连接法兰（13）内安装有夹持气缸（14），夹持气缸（14）的输出活塞杆贯穿转轴（11）后连接有撞击锤（15）；

所述外轮（10）上设置有安装部（101），安装部（101）上设置有滑槽（102）；

还包括有：

封板（16），设置在转轮（6）两侧，将转轮（6）的内部空间封装隔离；

安装杆（17），连接在封板（16）上；

球节（18），设置在安装杆（17）上；

滑座（19），活动设置在滑槽（102）处，所述激光焊枪（7）套设于球节（18）内，且非焊头的一端枢接在滑座（19）上；

避位气缸（20），固定在安装部（101）上，其输出端连接在滑座（19）上。

2.一种基于权利要求1所述的焊接装置的用于烘干架异形管与堵座的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

压装堵座，将圆形凸台压入异形管内，并且堵片与异形管端面贴合；

激光焊接，控制激光焊枪以焊接坡口轨迹单向周转一圈连续焊接；

所述激光焊接步骤前还包括有：

夹持动作，夹持气缸驱动撞击锤夹紧在异形管两端的堵座上，维持堵座位置固定；

激光焊接步骤后还包括有：

避位动作，所述避位气缸动作带动激光焊枪与焊道脱离；和，

锤击动作，所述气缸驱动撞击锤往复撞击在焊后的堵座上，消除焊道内应力。