CN114728379B - 一种用于制造调节流体的球阀的方法、一种球阀以及一种用于保持和操纵阀部件的焊接工具 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于生产用于调节流体的阀(1)的方法。所述阀包括带有中心部件(3)且带有连接端(4)的阀壳体(2)。球(5)在中心部件(3)内相对于一个或多个阀座(7)布置。用于生产阀壳体(2)的方法至少包含以可旋转方式以及以中心部件的端部(3a)朝向彼此的方式布置至少第一和第二壳体部件(2a，2b)，以及将球(5)布置于中心部件(3)的内部空间(3b)内的固定的位置。然后，在使第一和第二壳体部件(2a，2b)旋转时以及在将球(5)保持于中心部件(3)内的固定的且无旋转的位置中时，从中心部件(3)的外侧焊接第一和第二壳体部件(2a，2b)。在焊接步骤期间，将保护气体供应至中心部件(3)的内部空间(3b)。结果是一种具有布置于阀壳体(2)的中心部件(3)处的单个焊接接缝的阀壳体。还公开一种阀以及一种用于在焊接步骤期间保持阀部件的焊接工具。

Description

一种用于制造调节流体的球阀的方法、一种球阀以及一种用 于保持和操纵阀部件的焊接工具
技术领域
本发明涉及一种用于调节流体的球阀，所述球阀包含阀壳体，所述阀壳体带有中心部件并且带有两个连接端，所述连接端远离所述中心部件延伸，其中在所述中心部件的内部布置有带有至少一个贯通孔口的球，其中所述球相对于一个或多个阀座布置于所述阀壳体的中心部件中。
本发明还涉及一种用于生产所述球阀的方法。
最后，本发明还涉及一种用于在焊接期间保持和操纵所述球阀的壳体部件和球的焊接工具。
背景技术
通常已知的是，制造阀、例如球阀，并且由此制造由若干个部件制成的阀壳体，然后围绕阀座和球组装这些部件。这样的阀壳体传统上由黄铜或其它铜基合金制成。
近来，已经引入用于由钢(例如碳钢或不锈钢)制造阀壳体的方法，钢较便宜，并且与在铸造和机加工黄铜工件时的可能的情况相比，钢可以直接从板件或管件利用现代生产设备更快且更便宜地加工。
阀壳体通常由若干个部件组装而成，例如通过单独地处理所述壳体的连接端和中心部件，然后在将所述球和阀座安装于所述壳体的中心部件内部之后组装所述阀壳体(参见图1)。所述壳体可以通过相应的部件中的对应的螺纹来组装、或者替代地借助于螺栓连接的凸缘来组装、通过将部件焊接在一起来组装、或者通过这些方式的组合来组装。
当谈到球阀时，正如名称所指的，所述球通常为球形的并且具有大于阀壳体中的连接开口的外部尺寸。球阀也可以具有非球形的球。
因此，这样的阀具有带有内部几何形状的阀壳体，在所述阀壳体中设置有阀座和球。所述阀壳体通常在所述球的附近进行接合，因为后者需要最大的内部尺寸。这样的阀通常由铸造的工件制成，或者所述工件由管状物品或杆状物品成形。通过机加工将所述工件形成和成形为期望的几何形状。然而，出于若干原因，这种成形工艺是相当高成本的。各个工件将要被铸造并且接着在合适的金属切割单元中被逐一操纵和机加工。由于所述工件是单独机加工的，所以该工艺是耗时的，而与现代化的且快速的工艺的应用无关。
除了在围绕阀座和球进行组装之前操纵和机加工铸造工件之外，材料的成本也起到重要作用。黄铜或其它合金很多时候是昂贵的，并且与例如普通的可焊接碳钢或不锈钢相比意味着明显更大的成本。
存在这样的方法，其中球阀的阀壳体由两个壳体部件制成，并且其中焊接接缝被设置为定中地布置于所述阀壳体的中心壳体部件处的单个焊接接缝。
在该已知方法中，保护带在所述球与阀壳体的内表面之间布置于所述阀壳体的中心部件内侧。在完成焊接接缝之后，必须将该保护带从所述阀取出。这是相当困难的并且必须通过连接端进行。所述球阀被置于半打开位置，然后可以从阀内部取出保护带。这是相当困难且耗时的，因为可用于从阀内部抽取该保护带的空间有限。
如果使用例如等离子焊接，则高温导致温度敏感物品(即球、阀座等等)易于受到等离子焊接中使用的升高的温度的损害。尤其是该方法还具有以下缺点：不可能提供从外表面至内表面穿透所述阀壳体的焊接接缝。焊接接缝的这种不完全穿透可能导致沿着焊接接缝的内侧的空腔。这样的不完整的焊接接缝可能在阀壳体的内部、在焊接接缝中引起缝隙腐蚀。进一步，在大多数情况下，当在焊接接缝中使用额外的材料进行焊接时，可能使熔化的额外的材料进入所述阀壳体中并且接着(作为硬化的金属)附接至阀壳体的内表面和/或附接至布置于中心部件内部的球。这可能导致无效的阀。
CN 107243704 A描述一种制造方法，其中铸造阀元件和阀壳体并且在组装之前以高温涂料涂覆所述阀元件和阀壳体。在组装之前将支撑件焊接至所述阀壳体。将工具臂在一个端部处安装至所述阀壳体和所述阀元件。使所述阀元件旋转并且以45度的角度固定。在将两个壳体部件的第一部分焊接在一起之前，将所述阀壳体预热至100℃。然后，使所述阀元件旋转90度并且再次固定。然后将所述两个壳体部件的剩余部分焊接在一起。
JPH 07174253 A描述一种检查球阀的焊接的方法，其中沿着焊缝的外部布置膜并且将带有枢转构件的臂通过连接端插入至阀壳体中。通过穿过所述阀壳体中的阀主轴开口的螺钉将所述球固定至所述枢转构件。使所述球枢转成大约45度的角度，以使得可以通过位于所述臂上的辐射源使焊接接缝暴露。然后，由所述膜捕获所述焊接接缝中的任何缺陷。
同时，还非常期望在阀上执行尽可能少的焊接工艺，以及在生产所述阀时减少工时并且因此减少成本。这是因为这样的焊接工艺步骤是耗时的，这显然增加了产品的总成本。另外，将焊接接缝的数量减少到最小值通常将提高阀生产的质量水平，因为较低数量的焊接接缝也降低每个阀中的缺陷或错误的风险发生率。
发明目的
本发明的目的是提供一种球阀、一种用于制造阀的方法以及一种使得能够生产所述阀的焊接工具，所述焊接工具是为了制造球阀，并且具有以下优点：
■使焊接操作最小化至最低程度。
■阀的高速生产。
■焊接操作的自动化成为可能。
■均质的焊接接缝。
■在焊接工艺期间不产生过剩材料。
■阀体上的坚固的、均匀的和/或高质量的焊接接缝。
■在焊接期间保护密封件、阀座、球等，因为所述密封件、阀座、球等在焊接工艺之前安装于所述阀壳体中。
■可以生产具有最小重量和降低的材料成本的阀。
■在焊接期间所述阀壳体内部的视频检查的可能性在其生产期间确保对焊接接缝质量的100％验证。
发明内容
通过一种用于生产用于调节流体的阀的方法来满足这些目的，所述阀包含阀壳体，所述阀壳体带有中心部件并且带有两个连接端，所述连接端远离所述中心部件延伸。在所述中心部件的内部布置有球，所述球例如是带有至少一个贯通孔口的球。所述球相对于一个或多个阀座布置于所述阀壳体的所述中心部件中。
所述生产阀壳体的方法至少包含以下步骤：
-提供至少第一壳体部件和第二壳体部件，所述第一壳体部件和第二壳体部件各自包括至少中心壳体部件和连接端，以及
-提供球；
-将所述第一壳体部件和第二壳体部件布置于其中中心部件的端部面向彼此的位置处，并且进一步将所述球布置于所述中心部件的内部空间内的位置处，
-使用焊接工具将所述第一壳体部件和第二壳体部件焊接在一起，同时在所述第一壳体部件和第二壳体部件的位置与所述球和所述焊接工具的位置之间围绕轴向旋转轴线沿旋转方向执行相对旋转，以为阀壳体提供布置于所述阀壳体的所述中心部件处的单个焊接接缝，所述旋转轴线与所述球的中心轴线重合。
由此获得一种用于制造球阀并且在组装阀壳体之前将球布置于所述阀壳体的中心部件内的快速且有效的方法。
所述方法使用如下文进一步描述的焊接工具，所述焊接工具在其焊接期间使壳体部件旋转同时将所述球维持于固定的且无旋转的位置中，或反之亦然。替代地，在焊接期间可以使所述壳体部件和所述球两者进行旋转、优选地沿相反的旋转方向旋转。
除非另有说明，否则本文中所使用的术语“相对旋转”指的是在所述阀壳体部件与所述球(以及焊接激光器/焊炬)之间执行的沿围绕所述旋转轴线的旋转方向观察的任何旋转运动。
这还使得能够生产具有最小重量和降低的材料成本的阀壳体，因为生产基本不会产生过剩材料/废弃材料。
因此，在实践中，可以在所述阀壳体上提供球形的中心部件，所述球形的中心部件仅略微大于安装在所述阀壳体内的所述球。因此，取决于阀的总尺寸，在所述球的外侧与所述阀壳体的内侧之间可以存在小到0.5mm至5mm的自由空间。
优选地，从所述中心部件的内部空间或外部执行所述焊接。与常规焊接方法相比，所述方法容许更灵活地焊接所述阀壳体部件，其中所述焊接激光器/焊炬可以定位于所述阀壳体的所述中心部件外部或内部。因此，取决于球阀的特定的焊接设置和/或设计，可以在所述壳体部件的一侧或两侧上执行所述焊接。
这还使得能够以最少的焊接操作生产所述阀壳体，因为所述阀壳体可以被制造成在所述阀壳体的所述中心部件上具有单个焊接接缝。
进一步，所述方法确保阀体上的均质的焊接接缝以及坚固的、均匀的和/或高质量的焊接接缝。
优选地利用激光焊接制造所述焊接接缝，所述激光焊接为形成所述阀壳体的金属提供低热量输入。激光焊接还提供均匀的且具有均匀高质量的焊接接缝。另外，激光焊接不会增加任何显著的焊接接缝并且因此不会增加额外的材料，因为激光焊接基于使所述阀壳体的焊接端的一小部分熔化。这进一步降低损坏或破坏所述球和/或阀座、密封件或填料等(它们在将所述阀壳体部件焊接在一起之前被预先安装于所述阀壳体的所述中心部件内)的风险。也可以使用冷金属过渡(CMT)焊接来制造所述焊接接缝。也可以应用其它焊接技术、特别是具有低放热的焊接工艺。
所述保护气体确保焊接区域中的腐蚀防护，因为在焊接期间氧气被移除。进一步，所述保护气体还可以在焊接期间对密封件、阀座、球等等提供保护。通过在所述阀壳体内提供保护气体，该气体还可以为内部部件提供一定的冷却，从而在焊接热敏部件(其在焊接步骤之前布置于所述阀壳体内)期间提供针对热量的防护。因此，所述保护气体还可以有助于在焊接期间保护密封件、阀座、球等等。所述保护气体可以由本领域技术人员根据用于阀壳体和/或球的材料来选择和/或被选择成适于所选择的焊接工艺。
可以通过几种可能的方式(比如通过穿过所述臂的一个或多个孔/管连接件和/或通过连接端的开口)将所述保护气体提供至所述阀壳体的所述中心部件的所述内部空间。
所述第一壳体部件和第二壳体部件的形状优选地为相同的。这将提供带有在所述阀壳体的所述中心部件的中心处的单个焊接接缝的最终的阀壳体以及对称的阀壳体。当生产根据本发明的阀时，这减少库存的不同的部件的数量。所述中心部件中的用于安装阀主轴的中心开口因此可以与定位器(indexer)对准，并且因此可以用于检查所述焊接工具的定位器的正确的位置等等(对于所述定位器的描述，进一步参见下文)。
所述壳体部件在经历焊接操作之前被预先成形为它们的最终形式。所述壳体部件优选地由管状物品制成，其中所述中心壳体部件和所述连接端由现代化生产设备直接由管件通过塑性变形形成。所述塑性变形可以例如包括增大第一端部件的直径并且因此形成所述阀壳体的所述中心部件和/或使所述阀壳体的所述中心部件成形，和/或减小所述管状物品的形成所述连接端件的至少一部分的直径。
以这种方式，还可以为所述连接端的远侧端(即，所述连接端的远离所述中心部件的端部)提供用于连接至另一个元件(例如，另一个管道)的装置。因此，所述远侧端的形状可以取决于设置在另一个管道构件上的连接装置。因此，所述远侧端可以根据需要例如设置有凸缘、增大的或减小的直径、或者不具有变化的直径，以确保通过常规方式适当地连接至其它管道构件。
塑性变形的工件通常将被应力消除退火，以便恢复原始特性。当使用本方法时，所述壳体部件可以预先成形，然后在所述阀壳体部件被焊接在一起之前被应力消除退火。
还可以照惯例将工件铸造和机加工成最终的壳体部件的期望的形状，尽管这由于用于获得所述壳体部件的不同的加工工艺的增加而预期更高的总成本。
通过本方法，可以在组装所述阀壳体之前将阀座(多个阀座)布置于所述第一壳体部件和/或第二壳体部件中。
如上文已经指出的，借助于焊接工具将所述球维持于所述阀壳体的中心部件内部的固定的且无旋转的位置中。所述焊接工具包括用来将所述球保持于所述阀壳体的中心部件内的位置中的保持装置。所述保持装置可以例如为带有定位器的臂。因此，通过将带有定位器的臂插入穿过球主体中的贯通孔口而将阀球主体保持于所述臂上的固定位置。因此，通过使所述定位器从球主体的内部接合所述球中的定位器孔口而将所述球主体保持于所述臂上的固定的且无旋转的位置中。
替代地，所述焊接工具的用来将所述球保持于所述阀壳体的中心部件内的位置中的保持装置包括可扩展的心轴，所述可扩展的心轴可以在所述心轴被插入至所述贯通孔口中并且然后扩展时将球元件牢固地保持于所述心轴上。
所述保持装置可以可选地为配合的旋转装置，以用于使所述球相对于所述壳体部件围绕所述旋转轴线旋转。因此，可以使用其它的保持装置来相对于所述球将所述壳体部件维持于固定的且无旋转的位置中。
所述定位器被保持于焊接发生的位置下方的固定位置中。这使得所述定位器能够收集由焊接过程引起的任何过剩材料。因此，来自焊接工艺的任何熔化的金属均被捕获于所述定位器中并且不会附接至所述球或所述阀座、密封件等等。在下文中进一步详细描述所述定位器以及其收集来自焊接工艺的熔化物的能力。
这提供对所述球的固定位置的简单且有效的控制，并且提供对所述球的有效保护以防止从焊接表面收集任何过剩熔化物。
优选地，布置于所述焊接工具的臂上的照相机在所述阀壳体的所述中心部件的内部检查焊接接缝。这使得能够实现视频检查以及能够在生产期间确保对焊接接缝质量的验证。
还通过一种用于调节流体的球阀来满足本发明的目的，所述球阀包含阀壳体，所述阀壳体带有中心部件以及两个连接端，所述连接端远离所述中心部件延伸，其中在所述中心部件的内部布置有球，所述球例如是带有至少一个贯通孔口的球，其中所述球相对于一个或多个阀座布置于所述阀壳体的所述中心部件中，其中通过定中地设置于所述阀壳体的所述中心部件处的单个焊接接缝来组装所述阀壳体。
当由如上所述的方法以及使用如下所述的焊接工具制造所述阀时，所述阀本身也获得如关于所述方法和所述焊接工具所描述的上述优点和效果。
所述球阀特别地为浮动式球阀或耳轴球阀。
所述球优选地包括定位器孔口。如上文关于所述方法所描述的，所述定位器孔口能够与所述焊接工具的定位器协作。还参考下文进一步对所述焊接工具以及其定位器的更详细的描述。
如果球保持装置包括如下所述的可扩展的心轴，则所述定位器孔口可以被免除。因此，主轴开口可以与所述定位器孔口类似地起作用并且遵循焊炬/焊接激光器的位置。进一步，所述球中的主轴开口可以用于抽吸出任何熔化的过剩物质，如上文和/或下文所讨论的。所述主轴开口还可以用于将保护气体/背面保护气体(backing gas)引入所述中心部件的所述内部空间中或者从所述中心部件的所述内部空间抽取保护气体/背面保护气体。
所述球中的定位器孔口的尺寸、形状和/或位置适配成与焊接辅助工具的定位器接合。
还通过一种用于在焊接期间保持和操纵球阀的壳体部件和球的焊接工具来满足本发明的目的，所述焊接工具包括：
-焊接激光器或焊炬，所述焊接激光器或焊炬被构造成至少相对于所述壳体部件定位并且将所述壳体部件焊接在一起，
-保持装置，所述保持装置被构造成将所述球保持于所述球阀的阀壳体的中心部件内的位置中，以及
-旋转装置，所述旋转装置被构造成在阀壳体部件的位置与所述球和所述焊接激光器或焊炬的位置之间围绕轴向旋转轴线执行相对旋转。
所述保持装置优选地包括臂，所述臂带有径向孔，在所述径向孔中布置有定位器，并且其中所述定位器被可滑动地布置成借助于布置在所述臂中的定位致动器而径向地滑动离开和/或进入所述径向孔，如上文已经提到的以及如下文进一步公开的。
替代地，所述焊接工具的保持装置包括可扩展的心轴，所述可扩展的心轴被构造成插入至所述球的贯通孔口中，其中所述心轴被进一步构造成在被插入至所述贯通孔口中时扩展，以使得所述球被牢固地保持于所述心轴上。
这使得在焊接过程期间所述球能够保持固定同时所述壳体部件能够旋转，或反之亦然。另外，在焊接期间对所述阀壳体部件的自动化操纵进一步使得能够以简单、低成本且有效的方式使焊接过程自动化。焊接过程的自动化可以例如包括使用机器人执行将阀部件安装于焊接工具中和/或执行焊接步骤。
阀壳体部件的旋转轴线以及所述臂的纵向轴线/轴向方向原则上是重合的。所述球的中心轴线可以进一步与上述旋转轴线重合。
所述焊接工具的臂包括径向孔，所述定位器安装于所述径向孔中。所述孔的形状对应于所述定位器的形状，并且为例如圆形、椭圆形或多边形(例如三角形、正方形、矩形或具有更多边的形状)。所述孔和定位器的形状并不重要，只要在一些实施例(在下文进一步讨论)中的定位器不能在所述孔内旋转即可。
所述定位器被布置成借助于布置于所述臂中的定位致动器径向地滑动离开和/或进入所述径向孔中。因此，所述定位器致动器径向地将所述定位器推出所述径向孔。由此，所述定位器接合所述球中的定位器孔口并且确保所述球被保持于所述臂上的固定位置，如上文已经描述的。例如，如果所述焊接接缝布置于所述阀壳体的中心部件上的非对称位置，则所述定位器还可以相对于径向位置成角度。当所述阀壳体的所述中心部件的形状为圆柱形的(或非球形的其它形状)时，这例如可能是有意义的。
所述定位器被保持于焊接发生的焊接点下方的固定位置中。因此，所述定位器能够在径向向内(即，相对于所述旋转轴线径向向内)延伸于所述定位器主体中的孔中收集来自焊接步骤的任何熔化的材料。由此，如果所述阀壳体部件旋转，则所述定位器也在焊接过程期间将所述球保持于固定的且无旋转的位置中。即使所述定位器和球进行旋转并且所述阀壳体部件处于固定的且无旋转的位置中，所述定位器仍然被保持于所述焊接点下方的固定位置中。因此，所述焊接激光器/焊炬以及所述定位器沿径向方向对准以确保一直收集熔化的材料。所述定位器主体中的孔优选地为圆柱形的或圆锥形的，并且因此提供用于收集熔化的过剩物质的漏斗状构件。
所述定位器致动器包括能够沿所述臂的轴向方向运动的杆状构件。所述定位器致动器的外端部包括与所述定位器上的对应的滑动表面接触的楔形表面。因此，当从所述臂伸出时，随着所述定位器沿着所述楔形表面向上滑动，所述定位器致动器径向向外推动所述定位器。当使所述定位器致动器缩回时，所述定位器沿着所述定位器致动器上的楔形表面向下滑动返回并且撤回至所述臂中。所述定位器致动器的形状并不重要，只要所述定位器致动器能够将所述定位器推出所述定位器孔即可。替代地，可以使用气动、电动或液压的定位器致动器，例如活塞或汽缸。
所述焊接工具进一步包括旋转装置，所述旋转装置用于使所述阀壳体部件围绕轴向旋转轴线并且围绕所述焊接工具的臂旋转。这使得能够在焊接过程期间使所述壳体部件旋转，同时将所述球保持于所述臂上的固定的且无旋转的位置中。
用于使所述阀壳体部件围绕轴向旋转轴线旋转的旋转装置优选地包括转台和轴承。所述轴承被布置成包围所述臂并且支撑支撑衬套，所述支撑衬套用于保持第一阀壳体部件的连接端。所述转台被布置成与第二阀壳体的相对的连接端接合。相反的顺序也是可能的，即，所述转台被布置成包围所述臂，而带有所述支撑衬套的轴承在被布置于所述焊接工具中时被布置于所述阀壳体的相对的端部处。
所述转台使得能够通过使所述第一壳体部件旋转而在焊接期间使所述阀壳体部件旋转，并且所述轴承支撑所述第二壳体部件的共同旋转，因为这两个壳体部件被夹持于带有所述支撑衬套的所述轴承与所述转台之间。
在对包围所述阀壳体的所述中心部件的焊接接缝进行焊接期间，所述焊接激光器或焊炬保持于固定位置中而所述阀壳体旋转。
相反的情况同样是可能的，因为可以使所述焊接激光器或焊炬在焊接过程期间围绕固定的阀壳体旋转，同时将所述定位器一直保持于所述焊接区域下方。在这种情况下，所述球也与所述焊炬或焊接激光器一起旋转。在这种情况下，优选地，还经由通过所述定位器和所述臂中的孔抽取所述保护气体(例如，通过抽吸)而使所述保护气体在所述阀壳体内循环，如下文还将描述的。这使得所述定位器能够在熔化的物质被抽吸至所述定位器孔中时收集任何熔化的过剩物质。因此，即使所述定位器的开口向下成角度(在它旋转期间)，所述定位器也能够从所述焊接步骤收集熔化的物质。
当焊接完成时，所述阀壳体将与所述球对准，以便使所述阀壳体中的用于安装主轴短柱和主轴的开口与所述球中的用于安装所述主轴的主轴安装开口对准。
然后，可以将其中布置有所述主轴的主轴短柱布置于所述阀壳体中的开口中。在安装所述主轴短柱和所述主轴之后，可以将所述主轴短柱激光焊接至所述壳体。这可以通过将所述激光焊炬保持于固定位置中并且使激光焊接工具围绕所述主轴短柱的轴线旋转以在所述阀壳体与所述主轴短柱之间的过渡部处提供激光焊接接缝来完成。
当所述定位器被停用(即，撤回至所述焊接工具的臂中的径向孔中)时，应当注意的是，由于所述阀座将所述球保持于相对于所述阀壳体的适当位置中，所述球将与所述壳体一起旋转。
如上文已经提到的，所述焊接工具包括一个或多个气体导管，用于将保护气体引入所述阀壳体的内部空间中和/或从所述阀壳体的内部空间抽取保护气体。
可以通过几种可能的方式(比如通过穿过所述臂的一个或多个孔/管道连接件和/或通过连接端的开口)将所述保护气体提供至所述阀壳体的所述中心部件的所述内部空间。
在优选的变型中，通过所述定位器施加所述保护气体，因为这确保所述保护气体被非常接近于所述焊接区域供应。替代地，可以通过所述定位器和所述臂中的孔(例如通过抽吸)来抽取所述保护气体。如果所述定位器进一步包括用于至少在所述定位器处于伸展位置中时将所述臂中的至少一个气体导管与所述定位器的径向孔连接的连接孔，则这是可能的。
所述焊接工具可以设置有安装于所述臂上的照相机。所述照相机优选地指向所述定位器的相反方向。所述照相机例如径向指向外并且指向所述球中的用于阀主轴(其将在所述阀壳体部件被焊接在一起之后被紧固)的开口。以这种方式，所述照相机可以连接至带有相关软件的计算机，并且能够在焊接过程期间在所述阀壳体的内部检查焊接接缝。这改善所述阀的质量，因为在所述照相机检查检测到所述焊接接缝中的缺陷或错误的情况下，可以调整焊接过程。结果将是较少数量的“不合格”阀，并且因此进一步降低总生产成本。
如前所述，所述焊接工具的旋转装置优选地被构造成使所述第一壳体部件和第二壳体部件相对于所述球和所述焊接激光器或焊炬的位置旋转，和/或使所述球和所述焊接激光器或焊炬相对于所述第一壳体部件和第二壳体部件的位置旋转。
与CN 107243704 A相比，在焊接期间，使所述球和臂围绕纵向旋转轴线连续旋转同时将所述阀壳体部件保持于无旋定位置中，或反之亦然。进一步，所述阀壳体部件在连续工艺中被焊接在一起，而CN 107243704 A中的焊接工艺被以两个步骤执行。这提供有利地可以由机器人单元执行的更快且更简单的组装工艺。
所述焊接激光器/焊炬可以从所述阀壳体的外侧相对于阀壳体部件的焊接端对准。所述焊接激光器/焊炬可以连接至外部电源/能量源，以使得它将焊接束(例如激光束)直接发射至焊接点的区域上以形成所述焊接接缝。替代地或另外地，所述焊接激光器/焊炬可以相对于所述阀壳体部件中的一个阀壳体部件的连接端对准。然后可以将一个或多个反射镜布置于所述阀壳体内、特别地布置于所述中心部件的内部空间内，以用于反射所述焊接束。反射镜(多个反射镜)可以与所述阀壳体部件的焊接端对准并且进一步与所述焊接激光器/焊炬对准，以使得焊接束被反射至焊接点的区域上。
所述定位器可以在焊接发生的位置下方在所述阀壳体的外侧处保持于固定位置中。替代地或另外地，所述定位器可以在焊接点下方在所述阀壳体的内部空间处保持于固定位置中。这使得所述定位器能够收集由焊接过程产生的任何过剩材料，因此所述过剩材料不会附接至所述球或所述阀座、密封件等等。
如果从内部进行焊接，则所述球可以保持于所述阀壳体的内部空间中的固定的且不旋转的位置中。臂可以延伸至所述阀壳体部件中的一个阀壳体部件的连接部中、优选地延伸于所述焊接激光器/焊炬的相对的连接端中。所述臂可以具有自由端，所述自由端被成形为使得当被插入至所述连接端中时面对所述球的定位器孔口，其中所述臂的自由端可以与所述球的外表面齐平或略微突出至所述球与所述阀壳体的所述中心部件之间的空间中。
尽管在本文中关于下文的球阀主要地描述了本发明，但是清楚的是，本发明也可以应用于其它类型的阀，其中所述球布置于所述阀壳体内、特别地布置于所述阀壳体的相对于所述连接端具有增加的横截面尺寸的部段中。
附图说明
现在将参考附图对本发明进行解释说明，其中：
图1以剖视图示出利用两个焊接接缝组装的现有技术的阀；
图2示出带有根据本发明的阀壳体的阀；
图3以剖视图示出图1中的阀；
图4示出根据本发明的球阀的球；
图5示出用于制造根据本发明的阀的预先成形和预先组装的阀壳体部件；
图6a-图6c示出将图5中所示的阀壳体部件焊接在一起的工艺中的步骤；以及
图7示出组装根据本发明的阀壳体部件的替代实施例。
在对附图的解释说明中，相同的或对应的元件在不同的附图中将被提供以相同的名称。因此，结合每个单独附图不会给出对所有细节的解释说明。
具体实施方式
图1以剖视图示出传统的球阀。在图1中，球阀为浮动式球阀。该阀具有阀壳体2，所述阀壳体带有附接至中心部件3的连接端4，其中连接端4面向阀壳体2的相反的两纵向方向。传统的阀壳体通过中心部件3与相应的连接端4a、4b中的每个之间的过渡区域2c处的焊接接缝焊接在一起。
图2示出根据本发明的阀1。该阀也具有阀壳体2，所述阀壳体带有附接至中心部件3的连接端4。
图2中的阀被制造成具有包围中心部件3的单个焊接接缝9。在图2中，阀主轴布置于主轴短柱8中。因此，图1中的阀壳体由如图5中所示的两个预先形成的壳体部件2a、2b制成。壳体半部件2a、2b为预先形成的，如上文进一步描述的。每个壳体部件具有阀座7，在通过将壳体半部件2a、2b在焊接端3c处(也参见图5)焊接在一起而组装阀壳体之前安装所述阀座。
图3示出图2中的阀的横截面(阀主轴和主轴短柱8在图2中未公开)。图3中所示的球5为带有至少贯通通道6的球5，所述贯通通道容许流体流动通过球主体5c。在图4中也示出球。球主体5c包括贯通孔口6和主轴附接开口5a。定位器孔口5b也布置于球5中。在下文进一步描述定位器孔口5b的功能。在图4中，定位器孔口5b被显示为椭圆形，但是其它形状也是可能的，如还在上文所讨论的，只要定位器孔口5b容许定位器12进入定位器孔口5b中并且以无旋转方式牢固地固定球主体5c，如还将在下文进一步讨论的。
如图3中所示，球主体5c定位于阀壳体2的中心部件3内并且被保持于阀座7之间的适当位置中。焊接接缝9定中地布置于阀壳体的中心部件3上。
接下来，参考图6a-图6c描述焊接工具以及生产阀的方法。
焊接工具10被构造成用于在焊接期间保持和操纵阀壳体部件2a、2b和球5。焊接工具包括带有径向孔11a的臂或轴11，在所述径向孔中布置有定位器12。定位器12可滑动地布置于臂11内，并且被构造成借助于布置于臂11中的定位器致动器13而径向地滑动离开和/或进入径向孔11a，如利用图6b中的箭头12d所示。
焊接工具进一步包括旋转装置15、17，以用于使壳体部件围绕与臂11的轴向轴线重合的旋转轴线18旋转，参见图6c中的箭头18a。
由此，在焊接过程期间，球5可以保持固定而壳体部件2a、2b可以旋转。这进一步使得焊接接缝能够为均匀的并且具有均匀高质量。另外，在焊接期间对阀壳体部件的自动化操纵进一步使得能够以简单、低成本且有效的方式使焊接过程自动化。焊接过程的自动化可以例如包括使用机器人来执行将阀部件安装于焊接工具中和/或执行焊接步骤。
阀壳体部件的旋转轴线以及臂11的纵向轴线/轴向方向原则上是重合的，并且在图6a和图6c中被显示为线18。
替代地，旋转装置15、17可以被布置成使得臂11以及因此使得球5而非壳体部件21、2b围绕旋转轴线18旋转。由此，在焊接过程期间，壳体部件2a、2b可以保持固定而球5可以旋转。这也使得焊接接缝能够为均匀的并且具有均匀高质量。
定位器12被布置成借助于布置于臂11中的定位致动器13而径向地滑动离开和/或进入径向孔11a。如上文所讨论的，定位器致动器的形状并不重要，并且可以例如替代地包括气动、电动或液压驱动的定位器致动器，例如可以使用活塞或汽缸。因此，图6a-图6c中所示的定位器致动器仅仅为定位器致动器的可能的构造的示例。
在图6a-图6c中，定位器致动器能够沿轴向方向18运动，如图6b中的箭头13b所示。由此，定位器致动器13上的楔形表面13a借助于它与定位器12的内端上的对应的滑动表面12b的接触而将定位器径向地推出臂11中的径向孔11a。因此，当从臂11伸出时，随着定位器12沿着定位器致动器13上的楔形表面13a向上滑动，定位器致动器13径向向外推动定位器12(参见图6b中的箭头12d)。当使定位器致动器13缩回时，定位器12沿着定位器致动器13上的楔形表面13a向下滑动返回并且撤回至臂11中的径向孔11a中。
定位器12保持于焊接发生的点9a下方的固定的位置中。因此，定位器12能够在径向向内(即，相对于旋转轴线径向向内)延伸于定位器主体12中的孔12a中收集来自焊接步骤的任何熔化的材料。由此，定位器12还在焊接过程期间将球5保持于固定的且无旋转的位置中。定位器主体中的孔12a优选地为圆柱形或圆锥形，如图6a-图6c中所示，并且因此提供用于收集熔化的过剩物质的漏斗状构件。应当注意的是，定位器12可以被从径向孔11a中取出并且被替换为新的定位器(或清洁后的定位器)，例如如果定位器孔12a被熔化的物质堵塞。应当注意的是，孔12a的漏斗形形状/圆锥形形状为优选的，因为对于孔12a中所捕获的任何熔化的金属，孔12a随后更容易被清洁。
焊接工具10进一步包括旋转装置15、17，以用于使阀壳体部件2a、2b围绕轴向旋转轴线18并且围绕焊接工具的臂旋转。这使得能够在焊接过程期间使壳体部件2a、2b旋转，同时将球5保持于臂上的固定的且无旋转的位置中。
用于使阀壳体部件围绕轴向旋转轴线旋转的旋转装置优选地包括图6a-图6c中的转台15和轴承17，轴承17被布置成包围臂11并且支撑用于保持第一阀壳体部件2a的连接端4a的支撑衬套16。转台15被布置成与第二阀壳体部件2b的相对的连接端4b接合。相反的顺序也是可能的，即转台15被布置成包围臂11而带有支撑衬套16的轴承17在布置于焊接工具10中时被布置于阀壳体1的相对的端部处。
转台15使得能够通过使第一壳体部件2a旋转而在焊接期间使阀壳体部件2a、2b沿旋转方向18a旋转，并且轴承16支撑第二壳体部件2b的共同旋转，因为这两个壳体部件都被夹持于带有支撑衬套16的轴承17与所述转台之间。
在对包围阀壳体2的中心部件3的焊接接缝9进行焊接期间，焊接激光器或焊炬10a保持于固定位置中，而阀壳体2旋转。相反的情况同样是可能的，因为可以使焊接激光器或焊炬在焊接过程期间围绕固定的阀壳体2旋转，同时将定位器12一直保持于焊接点9a的区域(对应于焊接接缝9)下方。在这种情况下，优选地，经由通过定位器12中的孔12a、12c和臂中的至少一个孔抽取(例如，通过抽吸)保护气体而使保护气体在阀壳体2b内部循环，如下文还将描述的。这使得定位器12能够在熔化的物质被抽吸至定位器孔12a中时收集任何熔化的过剩物质。因此，即使定位器的开口/孔12a向下成角度(在它旋转期间)，定位器也能够在焊接期间收集熔化的物质。
当焊接完成时，阀壳体2将与球5对准，以便将阀壳体中的用于安装主轴短柱和主轴8的开口8a对准于球5中的主轴安装开口5a处。
然后，可以将其中布置有主轴的主轴短柱布置于阀壳体中的开口8a中。在安装主轴短柱和主轴8之后，可以将主轴短柱激光焊接至壳体。这可以通过将激光焊炬保持于固定位置中并且使激光焊接工具围绕主轴短柱的轴线旋转以在阀壳体与主轴短柱之间的过渡部处提供激光焊接接缝来完成。
当定位器12被停用(即，所述定位器撤回至焊接工具的臂中的径向孔11a中，参见图6a)时，应当注意的是，由于阀座7将球5保持于相对于阀壳体2的适当位置中，球5将能够与阀壳体2一起旋转。
可以通过几种可能的方式(比如通过穿过臂的一个或多个孔/管道连接件14和/或通过连接端的开口)将保护气体提供至阀壳体的中心部件3的内部空间3b。因此，保护气体在焊接步骤期间也用作背面保护气体。
在优选的变型中，通过定位器12施加保护气体，因为这确保保护气体被非常接近于焊接区域9供应。替代地，可以通过定位器中的孔12a、12b以及臂中的孔14抽取保护气体。如果定位器12进一步包括用于至少在定位器处于如图6b-图6c中所示的伸展位置中时将臂中的至少一个气体导管14与定位器的径向孔12a连接的连接孔12c，则这是可能的。
焊接工具可以设置有照相机19，所述照相机优选地安装于臂上。照相机19优选地指向定位器的相反方向。照相机例如径向指向外并且指向球5中的用于附接阀主轴8的主轴开口5a。以这种方式，照相机可以连接至带有相关软件的计算机，并且能够在焊接过程期间在所述阀壳体的内部检查焊接接缝。这改善了阀的质量，因为在照相机检查检测到焊接接缝中的缺陷或错误的情况下，可以调整焊接过程。结果将是较少数量的“不合格”阀，并且因此进一步降低总生产成本。
图7示出本发明的替代实施例，其中从阀壳体2的内部空间执行焊接工艺。这里，焊接激光器/焊炬10a相对于第二壳体部件2b的连接端4b布置。焊接激光器/焊炬10a连接至同样位于阀壳体2外部的电源/能量源(未示出)。反射镜10b布置于中心部件3的内部空间内。反射镜10b与第一壳体部件2a和第二壳体部件2b的焊接端3c对准并且进一步与焊接激光器/焊炬10a对准。焊接束(例如激光束)从焊接激光器/焊炬发射并且被反射镜10b反射以形成焊接接缝9。
定位器12’在焊接发生的位置9a下方在阀壳体2的外侧处保持于固定位置中。替代地或另外地，定位器可以在焊接点9a下方在阀壳体2的内部空间处保持于固定位置中。这使得定位器能够收集由焊接过程产生的任何过剩材料，因此所述过剩材料不会附接至球或阀座、密封件等等。
球5被保持于阀壳体2的内部空间中的固定的且无旋转的位置中。这通过延伸至第一壳体部件2a的连接部4a中的臂11’所实现。臂11’具有自由端，所述自由端被成形为使得当在被插入至连接端中时面对球5的定位器孔口5b。臂的自由端的端表面可以与球5的外表面齐平、或者略微突出至球5与阀壳体的中心部件3之间的空间中。
在本申请中，使用术语“近似”，所述术语“近似”包含被本领域技术人员视为正常的公差。例如，使用术语“近似圆形的”，并且“近似”在这里被理解成使得本领域技术人员在视觉上看出所述形状为圆形的或大致圆形的，除了包含本领域技术人员通过可能的测量和确定工件的形状而视为正常的的公差之外。
本发明不限于上述实施例并且不限于附图中所示的实施例，并且如权利要求中所指定和限定的本发明可以以本领域技术人员所建议的任何方式来补充和修改。
附图标记列表
1.阀
2.阀壳体
a.第一(半)壳体部件
b.第二(半)壳体部件
c.中心部件与连接端之间的过渡区域
3.中心部件
a.中心壳体的(半)部件
b.阀壳体的中心部件的内部空间
c.焊接端
4.连接端
a.第一连接端
b.第二连接端
5.球
a.主轴附接开口
b.定位器孔口
c.球主体
6.球中的贯通开口
7.阀座
8.阀主轴
a.阀壳体中的阀主轴开口
9.阀壳体上的焊接接缝
a.焊接点
10.焊接工具
a.焊接激光器/焊炬
b.反射镜
11.焊接工具的臂/轴
a.用于定位器的径向孔
12.定位器
a.孔(圆锥形的)
b.滑动表面
c.连接孔
d.指示定位器的径向进入/离开运动的箭头
13.定位器致动器
a.滑动表面，楔形表面
b.指示定位器致动器的轴向进入/离开运动的箭头
14.臂/轴中的导管或孔
15.转台
16.用于阀壳体部件的衬套/保持件
17.轴承
18.旋转轴线/纵向轴线
a.旋转方向
19.照相机位置

Claims (21)

1.一种用于生产用于调节流体的球阀的方法，所述球阀包含阀壳体，所述阀壳体带有中心部件并且带有两个连接端，所述两个连接端远离所述中心部件延伸，其中在所述中心部件的内部布置有阀元件，所述阀元件相对于一个或多个阀座布置于所述阀壳体的所述中心部件中，并且其中生产所述阀壳体的方法包含以下步骤：
-提供至少第一壳体部件和第二壳体部件，所述第一壳体部件和第二壳体部件各自包括至少中心壳体部件和所述两个连接端中的一个连接端，以及
-提供成形为带有至少一个贯通孔口的球的阀元件；
-将所述第一壳体部件和第二壳体部件布置于其中所述中心壳体部件面向彼此的位置处，并且进一步将所述球布置于所述中心部件的由相应的所述中心壳体部件限定的内部空间内的位置处，
-使用焊接工具将所述第一壳体部件和第二壳体部件焊接在一起，同时在所述第一壳体部件和第二壳体部件的位置与所述球和所述焊接工具的位置之间围绕轴向旋转轴线沿旋转方向执行相对旋转，以为所述阀壳体提供布置于所述阀壳体的中心部件处的单个焊接接缝，所述轴向旋转轴线与所述球的中心轴线以及所述第一壳体部件和第二壳体部件的纵向轴线重合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用激光焊接制造所述单个焊接接缝。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从所述中心部件的所述内部空间或外侧执行焊接。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过以下方式执行相对旋转：
-使所述第一壳体部件和第二壳体部件相对于所述球和所述焊接工具的位置旋转，和/或
-使所述球和所述焊接工具相对于所述第一壳体部件和第二壳体部件的位置旋转。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一壳体部件和第二壳体部件的形状为相同的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述阀壳体的组装之前将所述一个或多个阀座布置于所述第一壳体部件和/或所述第二壳体部件中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球借助于所述焊接工具被维持于所述阀壳体的所述中心部件内部并且被相对于所述阀壳体的所述中心部件维持，所述焊接工具具有：
-可扩展的心轴，其中当所述心轴被插入至所述球的所述至少一个贯通孔口中并且接着扩展时，所述球被牢固地保持于所述心轴上，或者
-带有定位器的臂，其中通过使所述定位器接合所述球中的定位器孔口而将所述球保持于所述臂上的固定位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过穿过所述臂的连接件和/或通过连接端的开口将保护气体引入至所述阀壳体的所述中心部件的所述内部空间中。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括检查在所述阀壳体的所述中心部件的内部上的所述单个焊接接缝。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用布置于所述臂上的照相机执行对在所述阀壳体的所述中心部件的内部上的所述单个焊接接缝的检查。
11.一种用于调节流体的球阀，所述球阀包含阀壳体，所述阀壳体带有中心部件并且带有两个连接端，所述两个连接端远离所述中心部件延伸，其中在所述中心部件的内部布置有成形为带有至少一个贯通孔口的球的阀元件，其中所述球相对于一个或多个阀座布置于所述阀壳体的所述中心部件中并且所述球被构造成与焊接工具的保持装置接合，其中所述贯通孔口允许所述保持装置将所述球保持在所述阀壳体的所述中心部件内的位置，同时所述焊接工具在阀壳体的位置与所述球和所述焊接工具的位置之间围绕轴向旋转轴线执行相对旋转，其中所述轴向旋转轴线与所述球的中心轴线以及所述壳体部件的纵向轴线重合，其中通过定中地设置于所述阀壳体的所述中心部件处的单个焊接接缝来组装所述阀壳体。
12.根据权利要求11所述的球阀，其特征在于，所述球阀为浮动式球阀或耳轴球阀。
13.根据权利要求11所述的球阀，其特征在于，所述球进一步包括定位器孔口，其中所述球中的所述定位器孔口在尺寸、形状和/或位置上适配成与焊接工具的定位器接合。
14.一种用于在焊接期间保持和操纵球阀的壳体部件和球的焊接工具，所述焊接工具包括：
-焊接激光器或焊炬，所述焊接激光器或焊炬被构造成至少相对于所述壳体部件定位并且将所述壳体部件焊接在一起，
-保持装置，所述保持装置被构造成将所述球保持于所述球阀的阀壳体的中心部件内的位置中，以及
-旋转装置，所述旋转装置被构造成在阀壳体部件的位置与所述球和所述焊接激光器或焊炬的位置之间围绕轴向旋转轴线执行相对旋转，其中所述轴向旋转轴线与所述球的中心轴线以及所述壳体部件的纵向轴线重合。
15.根据权利要求14所述的焊接工具，其特征在于，所述保持装置包括：
-可扩展的心轴，所述可扩展的心轴被构造成被插入至所述球的贯通孔口中，其中所述心轴被进一步构造成在被插入至所述贯通孔口中时扩展，以使得所述球被牢固地保持于所述心轴上，或者
-臂，所述臂带有径向孔，在所述径向孔中布置有定位器，并且其中所述定位器被构造成借助于布置在所述臂中的定位器致动器而径向地滑动离开和/或进入所述径向孔。
16.根据权利要求14所述的焊接工具，其特征在于，所述焊接工具包括一个或多个气体导管，所述一个或多个气体导管用于将保护气体引入所述阀壳体的内部空间中和/或从所述阀壳体的内部空间抽取保护气体。
17.根据权利要求15所述的焊接工具，其特征在于，所述定位器进一步包括连接孔，所述连接孔用于至少在所述定位器处于伸展位置时将至少一个气体导管与所述定位器的所述径向孔连接。
18.根据权利要求15所述的焊接工具，其特征在于，所述旋转装置包括转台和轴承，其中所述轴承布置于所述阀壳体的一个连接端处并且包围所述臂，并且其中所述转台被布置成与所述阀壳体的另一连接端接合以便使所述阀壳体部件能够旋转。
19.根据权利要求15所述的焊接工具，其特征在于，所述旋转装置包括转台和轴承，其中所述转台布置于所述阀壳体的一个连接端处并且包围所述臂，并且其中所述轴承被布置成与所述阀壳体的另一连接端接合以便使所述阀壳体部件能够旋转。
20.根据权利要求14所述的焊接工具，其特征在于，所述旋转装置被构造成：
-使所述壳体部件相对于所述球和所述焊接激光器或焊炬的位置旋转，和/或
-使所述球和所述焊接激光器或焊炬相对于所述壳体部件的位置旋转。
21.根据权利要求15所述的焊接工具，其特征在于，所述焊接激光器或焊炬与所述定位器在径向方向上对准，以使得在焊接期间所述定位器相对于焊接点被保持在固定位置。
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