CN116275404A - 一种不锈钢石化工艺管道机器人tig焊背部辅助成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，属于管道焊接领域，该装置包括用于保护气进出的辅助成型装置，辅助成型装置包括不锈钢底板和凹槽内开阵列式微小气孔的铜板；辅助成型装置通过多轴万向支架进行固定。多轴万向支架，包括固定环和多个直杆，杆与杆之间通过双头万向连接球装置进行连接，可实现杆与杆之间任意角度转动。本发明公开的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置的结构简单，设计合理，且能够解决管‑法兰实际生产过程中背部保护位置定位不精确以及保护不充分造成的部分位置氧化的问题。
Description
技术领域
本发明属于管道焊接领域，具体是一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置。
背景技术
对于不锈钢石化工艺管道机器人自动TIG焊接过程中存在背部容易被氧化产生缺陷的问题，需要采取背部保护措施，这样可以保证焊缝的力学性能和耐腐蚀性等。一般采用人工手持连接氩气软管的金属管子，使其对着背部熔池从而进行局部保护。但是在实际生产过程中，工人无法时刻保持金属管子一直对着背部熔池，这样导致焊缝背部部分位置被氧化。
发明内容
针对上述问题，本发明为一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，能够极大了提高的生产效率以及减少时间和材料的浪费。本发明采用变位机进行管道转动而焊枪保持不变，因此可以将背部辅助成型装置与焊枪进行连接从而保证了背部辅助成型装置能够保持在熔池背面位置不变。
本发明提供一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，解决上述背景技术中人工手持金属管子进行背部气体保护方法造成的部分位置被氧化的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，包括
多轴万向支架，用于固定辅助成型装置；
多轴万向支架一端连接焊枪，另外一端连接辅助成型装置。
多轴万向支架，包括固定环和直杆一、直杆二、直杆三、直杆四组成，直杆之间两两相连形成支架结构，固定环与焊枪进行夹紧。
固定环与焊枪的夹紧连接，通过调节螺杆进行调整。固定环套在焊枪枪身上，旋转螺杆使得固定环逐渐加紧在焊枪枪身上，从而固定多轴万向支架与焊枪。
多轴万向支架杆一的长度设置为30-40cm之间，多轴万向支架杆二的长度设置为40-50cm，多轴万向支架杆三的长度设置为20-30cm，多轴万向支架杆四的长度设置为20-30cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。
辅助成型装置，用于保护气进出；
辅助成型装置包括不锈钢底板和具有顶部凹槽的铜板，凹槽内阵列式设置出气微孔；在不锈钢管-法兰自动TIG焊前将保护气软管固定在辅助成型装置进气孔处并保持一定送气流量；焊接过程中，保护气从出气微孔出来进行背面熔池和局部焊缝保护。
不锈钢底板和铜板尺寸均为20mm×40mm×5mm，不锈钢底板的底部与多轴万向支架进行连接，不锈钢底板四角设有用于连接铜板的紧固螺钉。自动TIG焊前，将不锈钢底板与多轴万向支架进行固定连接，其后通过四角的紧固螺钉固定不锈钢底板和铜板。不锈钢底板和铜板用于保护气进气与出气，保护气从侧面的进气孔进气，同时保护气从铜板凹槽内出气微孔出气，从而实现背部熔池和局部焊缝背面保护。
不锈钢底板顶部中心位置有一个形状为半圆弧的进气孔且直径与氩气软管直径尺寸相同。进气孔的深度占不锈钢底板长度的2/5-4/5之间。自动TIG焊前，半圆弧的进气孔主要用于保护气进气，进气孔未完全打通主要是迫使保护气从出气微孔出气，从而有效利用保护气体。
铜板底部中心位置开一个与不锈钢底板顶部中心位置一样大小和深度的半圆弧进气孔，与不锈钢底板顶部中心位置的半圆弧进气孔构成一个完整的进气孔，从而固定保护气软管。
铜板四角留有螺纹孔，便于通过紧固螺钉与不锈钢底板进行紧固连接。
铜板的出气微孔为阵列式排布。
本发明的不锈钢材质石化工艺管道机器人自动TIG焊背部辅助成型装置，相对于现有技术相比具有显著优点为：1、本发明解决管-法兰实际生产过程中背部熔池位置定位不精准以及保护不充分造成部分位置氧化的问题；2、本发明结构简单，设计合理，当进行管-法兰机器人自动焊时，焊前通过多轴万向支架将其固定焊枪上，并将辅助成型装置放置于焊枪正下方，从而保证背部保护位置精确定位以及减少保护气的浪费。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是不锈钢管-法兰自动TIG焊示意图。
图2是辅助成型装置的左视图和俯视图，（a）左视图、（b）俯视图。
图3是双向万向连接球的示意图。
图4是不锈钢管-管自动TIG焊中多轴万向支架示意图。
图中：1.焊枪、2.固定环、3.直杆一、4直杆二、5.直杆三、6.直杆四、7.法兰、8.紧固螺钉、9.不锈钢底板、10.铜板、11.进气孔、12.出气微孔、13.转动球、14.紧固螺钉、15.夹板。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。如图1所示，本发明主要应用于管-法兰自动TIG焊，焊接过程中采用焊枪保持不动，通过变位机转动管-法兰实现管-法兰全位置自动TIG焊。
一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，该装置包括
辅助成型装置，用于保护气进出；
辅助成型装置包括不锈钢底板9、具有顶部凹槽的铜板10，凹槽内阵列式设置出气微孔12；
辅助成型装置通过多轴万向支架进行固定；
多轴万向支架一端连接焊枪1，另外一端连接辅助成型装置；
多轴万向支架，包括固定环2、直杆一3、直杆二4、直杆三5、直杆四6，直杆之间两两相连形成支架结构，固定环2与焊枪1进行夹紧。
本发明通过辅助成型装置、多轴万向支架的设置及改进实现背部熔池位置定位不精准以及保护不充分造成部分位置氧化的问题。其中，多轴万向支架自动TIG焊前通过调节直杆之间的角度，使得辅助成型装置位于钨极正下方的位置，同时使得辅助成型装置在焊接过程中与钨极保持相对不变的位置。本发明的多轴万向支架杆一的长度设置为30-40cm之间，多轴万向支架杆二的长度设置为40-50cm，多轴万向支架杆三的长度设置为20-30cm，多轴万向支架杆四的长度设置为20-30cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。通过不同的长度的控制，才能实现通过调节双头万向连接球装置改变杆与杆之间的角度，从而使得辅助成型装置稳定的位于钨极正下方位置。
另一方面，辅助成型装置的整个通气结构要求：自动TIG焊前，需要将保护气软管固定在辅助成型装置进气孔处并保持一定送气流量；这样焊接过程中，保护气从出气微孔出来进行背面熔池和局部焊缝保护。整个焊接过程中，不锈钢底板和铜板用于保护气进气与出气，保护气从侧面的进气孔进气，同时保护气从铜板凹槽内出气微孔出气，从而实现背部熔池和局部焊缝背面保护。阵列为4×（8-12），直径为0.5mm以及行间距和列间距均为0.5mm。
具体为阵列式排布的出气微孔可以有效均匀分散保护气，使得背部熔池和部分焊缝得到较好的保护。
多轴万向支架能够实现辅助成型装置任意角度转动以适应不同焊接角度；辅助成型装置能够将保护气均匀分散开来从而保护熔池以及刚凝固的焊缝。由于石化工艺管道尺寸以及组对类型不同需要对多轴万向支架尺寸和出气微孔的阵列进行改变。比如管直径和管壁厚度的增加，则需要增加多轴万向支架尺寸以保证辅助成型装置能够到达管道背部以及增加出气微孔阵列数以确保熔池和刚凝固焊缝不被氧化；管-法兰与管-管不同组对类型需要不同数量的直杆的多轴万向支架，其中由于法兰外部直径较大，管-法兰组对需要4个直杆的多轴万向支架以便支架能够绕过尺寸较大的法兰；而管-管组对只需要3个直杆的多轴万向支架便可以将辅助成型装置送至管道背面。
以下通过不同的应用场景，进一步说明：
实施例1
实现直径为250mm以及管壁厚度为5mm的管-法兰自动TIG焊，采用如图1-3所示的一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，包括
多轴万向支架，用于固定辅助成型装置；
多轴万向支架一端连接焊枪1，另外一端连接辅助成型装置。
多轴万向支架，包括固定环2和直杆一3、直杆二4、直杆三5、直杆四6组成，直杆之间两两相连形成支架结构，固定环2与焊枪1进行夹紧。自动TIG焊前通过调节直杆之间的角度，使得辅助成型装置位于钨极正下方的位置，同时使得辅助成型装置在焊接过程中与钨极保持相对不变的位置。
固定环2与焊枪1的夹紧连接，通过调节螺杆进行调整。固定环2套在焊枪1枪身上，旋转螺杆使得固定环2逐渐加紧在焊枪1枪身上，从而固定多轴万向支架与焊枪。
多轴万向支架杆一3的长度设置为30cm之间，多轴万向支架杆二4的长度设置为40cm，多轴万向支架杆三5的长度设置为20cm，多轴万向支架杆四6的长度设置为20cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。自动TIG焊前，通过调节双头万向连接球装置改变杆与杆之间的角度，从而使得辅助成型装置稳定的位于钨极正下方位置。
辅助成型装置，用于保护气进出；
辅助成型装置包括不锈钢底板9和具有顶部凹槽的铜板10，凹槽内设置阵列式出气微孔12。在不锈钢管-法兰自动TIG焊前将保护气软管固定在辅助成型装置进气孔11处并保持一定送气流量。焊接过程中，保护气从出气微孔12出来进行背面熔池和局部焊缝保护。
不锈钢底板9和铜板10尺寸均为20mm×40mm×5mm，不锈钢底板9的底部与多轴万向支架进行连接，不锈钢底板9四角设有用于连接铜板的紧固螺钉28。自动TIG焊前，将不锈钢底板9与多轴万向支架进行固定连接，其后通过四角的紧固螺钉8固定不锈钢底板9和铜板10。不锈钢底板9和铜板10主要用于保护气进气与出气，保护气从侧面的进气孔11进气，同时保护气从铜板凹槽内出气微孔12出气，从而实现背部熔池和局部焊缝背面保护。
不锈钢底板9顶部有一个形状为半圆弧的进气孔11且直径与氩气软管直径一样大小，即进气孔直径为6mm。
进气孔11的深度占不锈钢底板9长度的2/5。半圆弧的进气孔11主要用于保护气进气，进气孔11未完全打通主要是迫使保护气从出气微孔12出气，从而有效利用保护气体。
铜板10底部开一个与不锈钢对应的半弧形进气孔，大小和深度均相同。主要与不锈钢底板半圆弧的进气孔构成完整的进气孔12，从而固定保护气软管。
铜板10四角留有螺纹孔，便于通过紧固螺钉8与不锈钢底板9进行紧固连接。
铜板10的出气微孔12为阵列式排布。由于管-法兰坡口间隙在2-3mm之间，因此，熔池宽度尺寸也在2-3mm之间。为了更好的保护熔池以及刚凝固成形的焊缝，制造出阵列式出气微孔12，其中阵列为4×8，出气微孔的直径为0.5mm，行间距和列间距均为0.5mm。阵列式排布的出气微孔12可以有效均匀分散保护气，使得背部熔池和部分焊缝得到较好的保护。
实施例2
在石化工艺管道领域应用不同直径管道，本发明不仅实现250mm直径的管-法兰焊接，还需要实现直径为350mm的管-法兰自动TIG焊。实现直径为350mm以及管壁厚度为9mm的管-法兰自动TIG焊，结合图1和图2说明本实施方式，由于采用直径更大的管-法兰试样，杆二的长度需要有所增加才能使得杆三和杆四下降到管口处。因此，本实施方式确定多轴万向支架尺寸如下，多轴万向支架杆一3的长度设置依旧为30cm，多轴万向支架杆二4的长度从40mm改为45cm，多轴万向支架杆三5的长度设置为20cm，多轴万向支架杆四6的长度设置为20cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。
由于管-法兰板厚的增加，实际焊接电流会有所增加，使得热输入较大，导致熔池尺寸变大以及刚成型焊缝需要更长时间进行冷却保护，所以出气微孔的阵列数需要有所增加，同时出气微孔的阵列数的增加会连带着进气孔深度的增加。因此将进气孔深度占不锈钢底板9长度从2/5调整为3/5，出气微孔12的阵列为从4×8增加到4×12，出气微孔的直径为0.5mm，行间距和列间距均为0.5mm。阵列式排布的出气微孔12恰好可以有效均匀分散保护气，使得背部熔池和部分焊缝得到较好的保护。
实施例3
本发明设计的自动TIG焊背部辅助成型装置不仅用于不锈钢管-法兰焊接，而且还可以用于不锈钢管-管自动TIG焊。以直径为350mm以及管壁厚度9mm的管-管自动TIG焊为例，使其在石化管道具有更大的实用性。结合图4说明本实施方式，由于管外直径远小于法兰外直径，所以多轴万向支架只需通过3个直杆就能将辅助成型装置放置于钨极正下方处。本实施例多轴万向支架杆的尺寸设置如下，多轴万向支架杆一3的长度设置为30cm，多轴万向支架杆二4的长度设置为45cm，多轴万向支架杆三5的长度设置为25cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。本实施例的管厚与实施例1管厚一致，因此，进气孔深度占不锈钢底板9长度的3/5，出气微孔12的阵列为4×12，出气微孔的直径为0.5mm，行间距和列间距均为0.5mm。阵列式排布的出气微孔12可以有效均匀分散保护气，使得背部熔池和部分焊缝得到较好的保护。
本发明在管-法兰机器人自动TIG焊前进行安装，通过固定环2将多轴万向支架与焊枪1进行连接，其次，通过调整多轴万向支架使得辅助成型装置位于焊枪1正下方，最后，将氩气软管连接到所开出气孔中。本发明无需每次进行安装，可实现同尺寸多数量管-法兰自动焊。
以上述依据本发明的理想实施例为启发，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：包括
辅助成型装置，用于保护气进出；
辅助成型装置包括不锈钢底板（9）、具有顶部凹槽的铜板（10），凹槽内阵列式设置出气微孔（12）；
辅助成型装置通过多轴万向支架进行固定；
多轴万向支架一端连接焊枪（1），另外一端连接辅助成型装置；
多轴万向支架，包括固定环（2）、直杆一（3）、直杆二（4）、直杆三（5）、直杆四（6），直杆之间两两相连形成支架结构，固定环（2）与焊枪（1）进行夹紧。
2.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：固定环（2）与焊枪（1）的夹紧连接，通过调节螺杆进行调整。
3.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：多轴万向支架直杆一（3）的长度设置为30-35cm之间，多轴万向支架直杆二（4）的长度设置为40-45cm，多轴万向支架直杆三（5）的长度设置为20-25cm，多轴万向支架直杆四（6）的长度设置为20cm，杆与杆之间采用双头万向连接球装置进行连接。
4.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：不锈钢底板（9）和铜板（10）尺寸均为20mm×40mm×5mm。
5.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：不锈钢底板（9）的底部与多轴万向支架进行连接，不锈钢底板（9）四角设有用于连接铜板（10）的紧固螺钉（8）。
6.根据权利要求1或5所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：不锈钢底板（9）顶部设有形状为半圆弧的进气孔（11），进气孔（11）的直径与其所连接的氩气软管直径尺寸相同。
7.根据权利要求6所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：进气孔（11）的深度占不锈钢底板（9）长度的2/5-3/5之间。
8.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：铜板（10）底部开有一个与不锈钢底板（9）对应的半弧形进气孔。
9.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：铜板（10）四角留有螺纹孔，便于通过紧固螺钉（8）与不锈钢底板（9）进行紧固连接。
10.根据权利要求1所述的不锈钢石化工艺管道机器人TIG焊背部辅助成型装置，其特征在于：铜板（10）的出气微孔（12）为阵列式排布，其中阵列为4×（8-12），直径为0.5mm以及行间距和列间距均为0.5mm。
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2023
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