CN117206633B - 堆焊设备以及核电主泵泵壳堆焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明堆焊设备以及核电主泵泵壳堆焊方法，提供了一种轧机换辊装置，包括支撑架、操作架一、操作架二、操作架三、焊接枪头和安装工件的旋转平台；操作架二一端与操作架一经过电动关节一活动连接，另一端与操作架三经过电动关节二活动连接；电动关节一和电动关节二均可进行0‑180°的角度调节；固定钨极尖的焊接枪头固定于操作架三的末端；焊接枪头沿其长度方向可伸缩。堆焊方法，将泵壳划分成对应数量的回转体单元；将泵壳安置于旋转平台上，且待堆焊的回转体单元的开口朝上；将堆焊设备由待堆焊的回转体单元的开口伸入待堆焊回转体单元内腔，实现内壁的半自动堆焊。该方式，能够兼容不同型号的泵壳内壁堆焊要求，同时规避了操作人员手工作业的弊端。

Description

堆焊设备以及核电主泵泵壳堆焊方法

技术领域

本发明涉及核电主泵泵壳制造领域，尤其是对于有复杂内壁结构的内壁堆焊方法。

背景技术

目前，国内三代核电机组的主泵泵壳内壁由回转体与回转体之间倒角或相贯面组成，结构极其复杂，且不同型号的泵壳内壁结构尺寸差异较大，导致在进行内壁不锈钢堆焊时堆焊方法选取极为困难。

目前，在进行主泵泵壳内壁堆焊时，主要采用以下两种堆焊方式：

其一、机械+手工方法堆焊方式。对于泵壳内壁规则区域，使用带极堆焊方式进行以提高堆焊效率，在非规则区域使用手工焊条电弧焊进行焊接以保证焊接质量，由于堆焊需预热≥150℃，带极堆焊、手工焊条电弧焊堆焊均需要操作人员进入泵壳内壁操作，操作环境恶劣，焊接操作人员劳动强度高，焊接质量难以保证，堆焊层的表面容易在水压试验后的PT检测时出现点状显示缺陷；

其二、全自动堆焊方式。堆焊过程中泵壳本体保持不动，依靠焊接设备的无限回转技术配合预先设定的轨迹进行自动堆焊，该方法需要使用专机进行操作，由于需要预先设计轨迹，导致焊接设备的兼容性较差，泵壳内壁结构稍微修改后，需要重新预设轨迹；专用设备造价高，且操作复杂，且若要实现批量生产，焊接设备和人员方面的投入较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种堆焊设备以及核电主泵泵壳堆焊方法，兼顾低劳动强度和高适应性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种堆焊设备，包括支撑架、操作架一、操作架二、操作架三、焊接枪头和用于安装工件的旋转平台；

所述操作架一沿竖向设置，并沿竖向活动悬吊于支撑架上，所述操作架二一端与操作架一经过电动关节一活动连接，另一端与操作架三经过电动关节二活动连接；所述电动关节一和电动关节二均可进行0-180°的角度调节；固定钨极尖的焊接枪头固定于操作架三的末端；

所述焊接枪头沿其长度方向可伸缩。

进一步的，在操作架一的底部设置有测距激光器一，所述测距激光器一沿操作架一长度方向活动安装于操作架一的底部；

所述测距激光器一对中钨极尖；

测距激光器一监测焊接半径，并将半径信号反馈至旋转平台，指示旋转平台调整旋转角速度。

进一步的，在所述焊接枪头上设置有测距激光器二，所述测距激光器二发射的激光平行于钨极尖，且测距激光器二发射的激光与钨极尖之间的距离恒定。

进一步的，所述旋转平台水平设置。

进一步的，在操作架一上设置有观察焊接枪头和焊接部位的摄像头；所述摄像头沿竖向位于电动关节一上方。

核电主泵泵壳堆焊方法，

步骤一、按泵壳上与内腔相连通的开口的中轴线为基准，将泵壳划分成对应数量的回转体单元，各个回转体单元的壳内壁均为以该回转体单元中轴线的回转面；

步骤二、使待堆焊的回转体单元的中轴线垂直于旋转平台，将泵壳安置于旋转平台上，且待堆焊的回转体单元的开口朝上；

步骤三、将堆焊设备由待堆焊的回转体单元的开口伸入待堆焊回转体单元内腔，通过摄像头观察焊接部位和枪头的姿态，手动控制角度、收弧和起弧，实现内壁的半自动堆焊。

进一步的，通过电动关节一和电动关节二调节焊接枪头角度；

通过测距激光器二测量钨极尖到焊接表面的距离，并将该距离值实时反馈给控制器，控制器控制焊接枪头根据距离值进行伸缩调节，保持钨极尖距离工件表面距离为恒定值。

进一步的，沿轴向，根据泵壳不同高度处的壁厚，根据壁厚相等原则，将泵壳进行分区形成多个区域；然后，使用柔性电缆对各个区域进行缠绕。

进一步的，缠绕电缆前，先使用保温棉覆盖泵壳外壁。

进一步的，各个区域中，壁厚较大的区域缠绕密度大于壁厚较小的区域缠绕密度。

本发明的有益效果是：本发明，通过将泵壳划分为多个回转体单元，通过对各个回转体单元进行焊接，各个回转体单元的堆焊轨迹更简单，并依靠堆焊设备自动调节钨极尖距离工件表面距离为恒定值、以及钨极尖的焊接角度以及焊接速度的自动调节，使得泵壳内壁堆焊，焊接方法原理简单、操作便捷、能够兼容不同型号的泵壳内壁堆焊要求。

旋转平台在水平面内转动，带动待堆焊的回转体单元绕旋转平台的转动轴旋转，而焊接枪头无需转动，只需要进行伸缩调节，以满足钨极尖距离工件表面距离为恒定值；以及电动关节一或电动关节二活动，来调节钨极尖焊接角度。原理简单，满足堆焊质量要求的同时，各个部件的运动简单易于控制。

本发明公开的堆焊设备结构简单，造价低，还能兼容不同型号的泵壳内壁堆焊要求。且，本发明，规避了操作人员手工作业的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍；显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例公开的泵壳主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3为泵壳分区示意图；

图4为泵壳分区示意图；

图5为回转体单元一旋转示意图；

图6为回转体单元二旋转示意图；

图7为堆焊设备示意图；

图8为堆焊设备的焊炬放大示意图；

图9为图8的俯视图；

图10为回转体单元一堆焊示意图；

图11为回转体单元二堆焊示意图；

图12为泵体保温分区示意图。

图中：支撑架11、操作架一1、操作架二2、操作架三3、焊接枪头4、测距激光器一5、测距激光器二6、电动关节一7、电动关节二8、钨极尖9、摄像头10、泵壳12、回转体单元一12A、回转体单元二12B、旋转平台13。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

一种堆焊设备，如图7、图8和图9所示，包括支撑架11、操作架一1、操作架二2、操作架三3、焊接枪头4和用于安装工件的旋转平台13；所述操作架一1沿竖向设置，并沿竖向活动悬吊于支撑架11上，即，支撑架11用于安装操作架一1，使操作架沿竖向竖直向下延伸。所述操作架二2一端与操作架一1经过电动关节一7活动连接，另一端与操作架三3经过电动关节二8活动连接；所述电动关节一7和电动关节二8均可进行0-180°的角度调节，即，通过电动控制电动关节一7或电动关节二8活动来调整焊接枪头4和焊接钨极尖9的角度以满足焊接要求。固定钨极尖9的焊接枪头4固定于操作架三3的末端；所述焊接枪头4沿其长度方向可伸缩，通过焊接枪头4伸缩，可调节钨极尖9距离工件表面距离为恒定值以满足焊接要求。

具体的，焊接枪头4沿其长度方向可以分为伸缩段和安装段，安装段临近钨极尖9，用于固定钨极尖9，伸缩段可以沿其长度方向伸缩，伸缩段可以采用小型气缸等自动伸缩机构。

在所述焊接枪头4上设置有测距激光器二6，所述测距激光器二6发射的激光平行于钨极尖9，且测距激光器二6发射的激光与钨极尖9之间的距离恒定。

在焊接过程中，焊接控制电脑实时记录测距激光器二6距离工件的表面距离，当焊接行走一段距离时，依靠焊接枪头4的伸缩段的伸缩调节保持钨极尖9距离工件表面距离为恒定值。此过程，主要依靠测距激光器二6距离工件的表面距离数据反馈到对应控制器，通过控制器控制焊接枪头4的伸缩段进行伸缩。

在操作架一1的底部设置有测距激光器一5，所述测距激光器一5沿操作架一1长度方向活动安装于操作架一1的底部，即测距激光器一5可沿操作架一1长度方向在操作架一1上进行位置调节。沿竖向，测距激光器一5在电动关节一7下方。所述测距激光器一5对中钨极尖9。使得测距激光器一5的激光发射到钨极尖9上以实时监控此时的焊接半径，即焊接半径为测距激光器一5测量的长度，并将半径信号反馈至旋转平台13，旋转平台13通过信号调整旋转角速度以达到控制焊接速度的目的。

为了对泵壳12进行有效支撑，并使得旋转平台13的运动轨迹更简单，从而更便于控制，所述旋转平台13水平设置。

一种核电主泵泵壳堆焊方法，

步骤一、按泵壳12上与内腔相连通的开口的中轴线为基准，将泵壳12划分成对应数量的回转体单元，各个回转体单元的壳内壁均为以该回转体单元中轴线的回转面。

泵壳通常都是三通结构，一个进口，一个出口，一个放置叶轮等设备的底座，一般分回转体单元的原则是简单化，三个口对应部位都是一个简单的回转体，不同型号的泵壳回转体壳体可以有球体、圆柱体、椎体。

步骤二、使待堆焊的回转体单元的中轴线垂直于旋转平台13，将泵壳12安置于旋转平台13上，且待堆焊的回转体单元的开口朝上。如此设置，旋转平台13在水平面内转动，带动待堆焊的回转体单元绕旋转平台13的转动轴旋转，而焊接枪头4无需转动，只需要进行伸缩调节，以满足钨极尖9距离工件表面距离为恒定值；以及电动关节一7或电动关节二8活动，来调节钨极尖9焊接角度。原理简单，满足堆焊质量要求的同时，各个部件的运动简单易于控制。

步骤三、将堆焊设备由待堆焊的回转体单元的开口伸入待堆焊回转体单元内腔，通过摄像头10观察焊接部位和枪头的姿态，手动控制角度、收弧和起弧，实现内壁的半自动堆焊。堆焊设备始终沿竖向伸入到泵壳12的内腔，即在焊接过程中，其安装控制中心线始终保持不便，不会进行大幅度位置调节，不仅方便了安装，还利于保证焊接质量。需要注意的是在调节控制角度等操作时，可以将堆焊设备开出回转体单元来进行调整，即便操作人员进入泵壳内调整作业，时间也较短，相比于堆焊时间，设备调整时间最多占堆焊时间的1%，大大缩减了操作人员泵壳内作业的时长。

通过将泵壳12划分为多个回转体单元，通过对各个回转体单元进行焊接，各个回转体单元的堆焊轨迹更简单，并依靠堆焊设备自动调节钨极尖9距离工件表面距离为恒定值、以及钨极尖9的焊接角度以及焊接速度的自动调节，使得泵壳内壁堆焊，焊接方法原理简单、操作便捷、能够兼容不同型号的泵壳内壁堆焊要求。

而本发明公开的堆焊设备结构简单，能兼容不同型号的泵壳内壁堆焊要求。

具体的，焊接时，通过电动关节一7和电动关节二8调节焊接枪头4角度；

通过测距激光器二6测量钨极尖9到焊接表面的距离，并将该距离值实时反馈给控制器，控制器控制焊接枪头4根据距离值进行伸缩调节，保持钨极尖9距离工件表面距离为恒定值。

为了使得12各处的温度均匀以达到堆焊的要求。沿轴向，根据泵壳12不同高度处的壁厚，根据壁厚相等原则，将泵壳12进行分区形成多个区域；然后，使用柔性电缆对各个区域进行缠绕。本实施方式的堆焊采用的是中频感应加热技术，泵壳在堆焊过程中需要进行预热和后热，本实施方式使用的是中频感应加热技术进行加热。电缆指的是中频感应技术使用到的加热电缆，电缆中通过交变电流产生交变磁场，交变磁场围绕泵壳在泵壳表面产生感应电流，从而达到发热目的，电缆密一点磁场密集，发热量大。缠绕电缆前，先使用保温棉覆盖泵壳外壁。各个区域中，壁厚较大的区域缠绕密度大于壁厚较小的区域缠绕密度。最终依靠传导，使得泵壳不同区域的温度均匀以达到堆焊的要求。

实施例1：以附图1和图2所示的泵壳12为例，图1和图2所示的泵壳12，壳体内腔沿竖向，两端开口，该两端开口经过竖向中轴线，在泵壳12的沿横向的一侧设置有横向开口，该开口经过横向中轴线，该泵壳12的横向中轴线与竖向中轴线垂直。

首先，如图3和图4 所示，将该泵壳12划分为以竖向中轴线为转轴的回转体单元一12A以及以横向中轴线为转轴的回转体单元二12B。

接着，如图5、图6、图10和图11所示，竖向将泵壳12放置于旋转平台13上，将堆焊设备由待堆焊的回转体单元的开口伸入回转体单元一12A内腔，对回转体单元一12A的内壁进行堆焊；堆焊完毕，横向将泵壳12放置于旋转平台13上，并使横向开口朝上，将堆焊设备由横向开口向下伸入回转体单元二12B的内腔，对回转体单元一二12B的内壁进行堆焊；

保温时，如图12所示，沿竖向将泵壳12按壁厚不同划分为A、B、C和D四个区域，每一个区域的壁厚大致相等，使用柔性电缆进行缠绕，针对B、D区域，壁厚较大，缠绕密度适当提高，针对A、C区域，缠绕密度可适当降低，缠绕电缆前，先使用保温棉覆盖泵壳外壁，最终依靠传导，使得泵壳不同区域的温度均匀以达到堆焊的要求。

Claims (7)

1.核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：采用堆焊设备进行；堆焊设备包括支撑架（11）、操作架一（1）、操作架二（2）、操作架三（3）、焊接枪头（4）和用于安装工件的旋转平台（13）；

所述操作架一（1）沿竖向设置，并沿竖向活动悬吊于支撑架（11）上，所述操作架二（2）一端与操作架一（1）经过电动关节一（7）活动连接，另一端与操作架三（3）经过电动关节二（8）活动连接；所述电动关节一（7）和电动关节二（8）均可进行0-180°的角度调节；固定钨极尖（9）的焊接枪头（4）固定于操作架三（3）的末端；

所述焊接枪头（4）沿其长度方向可伸缩；

在操作架一（1）的底部设置有测距激光器一（5），所述测距激光器一（5）沿操作架一（1）长度方向活动安装于操作架一（1）的底部；

所述测距激光器一（5）对中钨极尖（9）；

测距激光器一（5）监测焊接半径，并将半径信号反馈至旋转平台（13），指示旋转平台（13）调整旋转角速度；

旋转平台（13）水平设置；旋转平台（13）在水平面内转动，带动待堆焊的回转体单元绕旋转平台（13）的转动轴旋转，而焊接枪头（4）无需转动，只进行伸缩调节，以满足钨极尖（9）距离工件表面距离为恒定值；

泵壳（12），壳体内腔沿竖向，两端开口，该两端开口经过竖向中轴线，在泵壳（12）的沿横向的一侧设置有横向开口，该开口经过横向中轴线，该泵壳（12）的横向中轴线与竖向中轴线垂直；

步骤一、按泵壳（12）上与内腔相连通的开口的中轴线为基准，将所述泵壳（12）划分为以竖向中轴线为转轴的回转体单元一（12A）以及以横向中轴线为转轴的回转体单元二（12B），各个回转体单元的壳内壁均为以该回转体单元中轴线的回转面；

步骤二、使待堆焊的回转体单元的中轴线垂直于旋转平台（13），将泵壳（12）安置于旋转平台（13）上，且待堆焊的回转体单元的开口朝上；

步骤三、将堆焊设备由带堆焊的回转体单元的开口伸入待堆焊回转体单元内腔，通过摄像头（10）观察焊接部位和枪头的姿态，手动控制角度、收弧和起弧，实现内壁的半自动堆焊。

2.如权利要求1所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：通过电动关节一（7）和电动关节二（8）调节焊接枪头（4）角度；

通过测距激光器二（6）测量钨极尖（9）到焊接表面的距离，并将该距离值实时反馈给控制器，控制器控制焊接枪头（4）根据距离值进行伸缩调节，保持钨极尖（9）距离工件表面距离为恒定值。

3.如权利要求1或2所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：沿轴向，根据泵壳（12）不同高度处的壁厚，根据壁厚相等原则，将泵壳（12）进行分区形成多个区域；然后，使用柔性电缆对各个区域进行缠绕。

4.如权利要求3所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：缠绕电缆前，先使用保温棉覆盖泵壳外壁。

5.如权利要求3所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：各个区域中，壁厚较大的区域缠绕密度大于壁厚较小的区域缠绕密度。

6.如权利要求1所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：在所述焊接枪头（4）上设置有测距激光器二（6），所述测距激光器二（6）发射的激光平行于钨极尖（9），且测距激光器二（6）发射的激光与钨极尖（9）之间的距离恒定。

7.如权利要求1所述的核电主泵泵壳堆焊方法，其特征在于：在操作架一（1）上设置有观察焊接枪头（4）和焊接部位的摄像头（10）；所述摄像头（10）沿竖向位于电动关节一（7）上方。