CN117943692B - 一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弯管堆焊领域，具体是涉及一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，包括用以将弯管固定在其中的第一固定夹和第二固定夹，弯管中设有沿着其弯曲方向移动的行走组件，行走组件上设有焊接枪头，弯管中设有中空壳体，行走组件设置在中空壳体的内部，焊接枪头设置在中空壳体的端部，焊接枪头能够在中空壳体上围绕弯管的圆周方向旋转，行走组件与中空壳体之间设有稳定器，本发明通过中空壳体沿着弯管内壁自动行走的堆焊方式，并在稳定器对中空壳体的位置相对于弯管居中的状态下，焊接枪头在圆周方向自由旋转并跟随行走组件沿弯管轴线移动，确保焊材连续且均匀地焊接到弯管内壁上，从而达到强化内壁或修复磨损的目的，提高了焊接质量和一致性。

Description

一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备

技术领域

本发明涉及弯管堆焊领域，具体是涉及一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备。

背景技术

目前市场上的弯管内壁堆焊机中的堆焊装置在对弯管内壁进行堆焊时，枪头组件中的枪头弯管臂无法从弯管的一侧穿过弯管的弯曲部到达弯管的另一侧，因此，当需要对整个弯管的内壁进行堆焊工作时，通常需要将弯管分成若干段后，再分别进行堆焊，然后再将堆焊完成的各段进行组对焊接，将其焊接形成所要的弯管，因此目前市场上的弯管内壁堆焊装置的工作效率低下，而且不能很好地保证对接焊缝处的质量，容易出现报废品。

目前公开的中国专利CN108356386B弯管内壁堆焊装置，包括机架，在机架上设置有能够在机架上绕着自身支撑轴翻转的回转体，在回转体上设置有管件固定板及XYZ三轴滑台机构，管件固定板通过连接轴安装在回转体上并能绕着连接轴旋转，在XYZ三轴滑台机构上设置有堆焊焊枪，XYZ三轴滑台机构能够驱动堆焊焊枪分别在X轴、Y轴及Z轴方向进行移动，XYZ三轴滑台机构通过控制堆焊焊枪在XYZ三个轴向方向的移动能使堆焊焊枪在弯管内腔中位于最佳的堆焊位置。

根据上述专利所述，该专利通过采用弧形弯曲状的连接管，根据待堆焊弯管的弯曲弧度来选取相匹配的连接管，使连接管在推送枪头组件进待堆焊弯管中时不会碰触到弯管，并且枪头组件中的枪头弯管臂的弯曲角度与待堆焊弯管的管径相匹配，使得枪头弯管臂能够顺利地穿过弯管的弯曲部，随着旋转弯管，实现焊接，然而，该专利中如果连接管振动或调位不准确，将导致焊接的不准确性，影响焊接质量，可能会导致焊接枪头无法沿着弯管的弯曲度进行精确焊接，导致堆焊层的厚度不一致，因此，针对弯管内壁的焊接，设计一种能够自动在弯管内壁行走，而弯管静止，促使焊接枪头准确沿着弯曲角度行走的焊接设备。

发明内容

针对现技术所存在的问题，提供一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，本发明通过中空壳体沿着弯管内壁自动行走的堆焊方式，并在稳定器对中空壳体的位置相对于弯管居中的状态下，焊接枪头在圆周方向自由旋转并跟随行走组件沿弯管轴线移动，确保焊材连续且均匀地焊接到弯管内壁上，保持焊接均匀度，从而达到强化内壁、修复磨损或腐蚀区域的目的，提高了焊接质量和一致性。

为解决现有技术问题，本发明提供一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备, 包括用以将弯管固定在其中的第一固定夹和第二固定夹，弯管中设有沿着其弯曲方向移动的行走组件，行走组件上设有焊接枪头，弯管中设有尺寸小于弯管内径的中空壳体，行走组件设置在中空壳体的内部，焊接枪头设置在中空壳体的端部，焊接枪头的焊接端朝向弯管的内壁，焊接枪头能够在中空壳体上围绕弯管的圆周方向旋转，行走组件与中空壳体之间设有用以保持中空壳体始终处于稳定状态的稳定器。

优选地，行走组件设有滑套和弧形导轨，弧形导轨设置在弯管的内部，弧形导轨的两端分别向外延伸，弧形导轨和弯管的弯曲部分具有相同的曲率半径，滑套滑动套设在弧形导轨上，中空壳体套设在滑套上，稳定器安装在滑套和中空壳体之间。

优选地，中空壳体的外表面沿着弯管的圆周方向均匀设有多个行走轮，每个行走轮的轮缘均与弯管的内壁接触，每个行走轮与中空壳体之间还均设有一个弹性连接件。

优选地，稳定器设有第一支撑胶套和第二支撑胶套，第一支撑胶套和第二支撑胶套均套设在滑套上，第一支撑胶套与滑套所移动方向的端部固定连接，第二支撑胶套与滑套的另一端固定连接，中空壳体的内表面与第一支撑胶套和第二支撑胶套的边缘接触。

优选地，稳定器还设有膨胀气囊，中空壳体与滑套之间与第一支撑胶套和第二支撑胶套之间形成环状空腔，膨胀气囊位于环状空腔中且固定套设在滑套上，滑套上开设有与环状空腔连通的充气口，滑套上还固定连接有与充气口连接的充气软管。

优选地，滑套安装有第一支撑胶套的端部固定连接有一个牵引绳。

优选地，牵引绳上设有用以将充气软管包裹在其中的保护套。

优选地，弹性连接件设有供行走轮转动连接的铰接座，铰接座上朝着中空壳体的方向延伸设有一个导杆，中空壳体上开设有供导杆活动的导口，铰接座与中空壳体之间固定连接有套设在导杆上的弹簧。

优选地，第一固定夹和第二固定夹在行走组件移动起点的端部环绕弯管的一周均匀设有多个水平设置的第一引导轨道，第一固定夹和第二固定夹在行走组件移动终点的端部环绕弯管的一周均匀设有多个竖直设置的第二引导轨道。

优选地，中空壳体靠近第二支撑胶套的一端固定设有套设在弧形导轨上的环状平台，环状平台上转动连接有一个旋转环套，焊接枪头安装在旋转环套上，当旋转环套带动焊接枪头旋转时，焊接枪头的焊接端与弯管的内壁之间始终保持所能够达到焊接要求的同等距离。

本申请相比较于现有技术的有益效果是：本发明通过中空壳体沿着弯管内壁自动行走的堆焊方式，并在稳定器对中空壳体的位置相对于弯管居中的状态下，焊接枪头在圆周方向自由旋转并跟随行走组件沿弯管轴线移动，确保焊材连续且均匀地焊接到弯管内壁上，保持焊接均匀度，从而达到强化内壁、修复磨损或腐蚀区域的目的，实现对复杂弯曲空间的精确堆焊，不仅提高了焊接质量和一致性，还有效避免了传统手工堆焊中可能存在的焊缝不均匀、应力集中的问题。

附图说明

图1是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的立体结构示意图。

图2是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的局部立体结构示意图。

图3是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的行走组件位于弯管待堆焊起点处的平面剖视图。

图4是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的行走组件位于弯管堆焊完成终点处的平面剖视图。

图5是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的行走组件的立体结构示意图。

图6是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的行走组件的平面剖视图。

图7是一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备的行走组件的立体结构剖视图。

图8是图4的A处放大示意图。

图9是图4的B处放大示意图。

图10是图4的C处放大示意图。

图中标号为：1、弯管；2、第一固定夹；21、第一引导轨道；22、第二引导轨道；3、第二固定夹；4、行走组件；41、滑套；411、牵引绳；4111、保护套；42、弧形导轨；5、焊接枪头；51、环状平台；52、旋转环套；6、中空壳体；61、行走轮；62、弹性连接件；621、铰接座；622、导杆；623、弹簧；7、稳定器；71、第一支撑胶套；72、第二支撑胶套；73、膨胀气囊；731、环状空腔；7311、充气口；732、充气软管。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见图1-图7所示，一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，包括用以将弯管1固定在其中的第一固定夹2和第二固定夹3，弯管1中设有沿着其弯曲方向移动的行走组件4，行走组件4上设有焊接枪头5，弯管1中设有尺寸小于弯管1内径的中空壳体6，行走组件4设置在中空壳体6的内部，焊接枪头5设置在中空壳体6的端部，焊接枪头5的焊接端朝向弯管1的内壁，焊接枪头5能够在中空壳体6上围绕弯管1的圆周方向旋转，行走组件4与中空壳体6之间设有用以保持中空壳体6始终处于稳定状态的稳定器7。

对弯管1进行堆焊过程中，首先，将待堆焊的弯管1通过第一固定夹2和第二固定夹3固定，确保弯管1在焊接过程中不会发生移动或变形，接着，将安装了行走组件4的中空壳体6精确放置在弯管1内径中，行走组件4能够沿着弯管1的弯曲方向进行连续或步进式移动，稳定器7会保证中空壳体6在弯管1内始终保持居中且稳定的姿态，焊接枪头5设置在中空壳体6的端部，并可围绕弯管1圆周方向旋转，以便对弯管1内壁实施全方位的堆焊作业，直至中空壳体6从弯管1的一端移动到另一端，完成堆焊作业，通过自动化控制，显著提高了生产效率，降低了人工操作带来的不稳定性。

参见图1-图4所示，行走组件4设有滑套41和弧形导轨42，弧形导轨42设置在弯管1的内部，弧形导轨42的两端分别向外延伸，弧形导轨42和弯管1的弯曲部分具有相同的曲率半径，滑套41滑动套设在弧形导轨42上，中空壳体6套设在滑套41上，稳定器7安装在滑套41和中空壳体6之间。

滑套41与弧形导轨42构成了导向和支撑结构，确保了行走组件4能够沿着弯管1的精确轮廓移动，随着滑套41沿弧形导轨42平稳移动，从而能够在弯管1的整个圆周方向上进行堆焊作业，稳定器7位于滑套41和中空壳体6之间，稳定器7的作用是提供支撑力和缓冲效果，确保在整个堆焊过程中，中空壳体6以及其上的焊接枪头5始终保持稳定、精准的位置，避免因弯管1内壁形状变化或行走过程中产生的振动影响到焊接质量和一致性，实现了自动化高效堆焊，有效解决了复杂曲面堆焊中的不稳定的问题。

参见图1-图7所示，中空壳体6的外表面沿着弯管1的圆周方向均匀设有多个行走轮61，每个行走轮61的轮缘均与弯管1的内壁接触，每个行走轮61与中空壳体6之间还均设有一个弹性连接件62。

中空壳体6上的多个行走轮61的均匀分布，能够更好地适应弯管1内壁的曲率变化，并通过轮缘与弯管1内壁保持稳定的接触和摩擦力，从而确保行走组件4能够顺畅、稳定地沿弯管1内部移动，每个行走轮61与中空壳体6之间的弹性连接件62具有减震和自适应的作用，弹性连接件62允许行走轮61在遇到内壁不平或微小变形时能有一定的浮动空间，以确保行走过程中的平稳性和连续性，同时有效防止因硬性连接而可能导致的额外应力传递给焊接枪头5或影响堆焊质量的情况发生。

参见图2-图7所示，稳定器7设有第一支撑胶套71和第二支撑胶套72，第一支撑胶套71和第二支撑胶套72均套设在滑套41上，第一支撑胶套71与滑套41所移动方向的端部固定连接，第二支撑胶套72与滑套41的另一端固定连接，中空壳体6的内表面与第一支撑胶套71和第二支撑胶套72的边缘接触。

稳定器7通过设置第一支撑胶套71和第二支撑胶套72实现对中空壳体6的有效支撑与缓冲， 中空壳体6的内表面与第一支撑胶套71和第二支撑胶套72的边缘紧密接触，使得中空壳体6在沿着弯管1内部移动的过程中，始终能够在弹性支撑下保持与滑套41及弧形导轨42的良好配合，避免了由于机械振动或弯管1内壁不规则等因素造成的晃动和偏差，从而确保焊接枪头5能够精确、连续地对弯管1内壁进行高质量的堆焊作业。

参见图2-图8所示，稳定器7还设有膨胀气囊73，中空壳体6与滑套41之间与第一支撑胶套71和第二支撑胶套72之间形成环状空腔731，膨胀气囊73位于环状空腔731中且固定套设在滑套41上，滑套41上开设有与环状空腔731连通的充气口7311，滑套41上还固定连接有与充气口7311连接的充气软管732。

膨胀气囊73确保其在工作过程中能够随着充气口7311的调节而扩张或收缩，滑套41上开设的充气口7311可以向膨胀气囊73内注入或排出气体，通过充气软管732进出气体精确控制气囊压力，当需要调整中空壳体6上的行走轮61与弯管1内壁的接触压力时，可以通过充气软管732向膨胀气囊73内充入适量气体，使其膨胀以提供均匀的压力分布，在膨胀气囊73的支撑下，保证中空壳体6相对于弯管1处于居中位置，从而保证焊接枪头5在旋转过程中与弯管1内壁的距离一致，确保整个堆焊过程中的稳定性及精准度。

参见图1-图4所示，滑套41安装有第一支撑胶套71的端部固定连接有一个牵引绳411。

通过外部控制系统或人工操作，可以利用牵引绳411对滑套41的移动进行控制，确保行走组件4能够按照预设轨迹稳定地在弯管1内部移动，在必要时，比如遇到突发状况或需要临时停止焊接作业时，可以通过拉动牵引绳411来迅速调整滑套41的位置，实现紧急制动或者精确定位。

参见图1-图4所示，牵引绳411上设有用以将充气软管732包裹在其中的保护套4111。

在弯管1堆焊过程中，为了保护充气软管732免受磨损、拉扯或其他可能的损害，在牵引绳411上增设的保护套4111将充气软管732包裹在其内部，在滑套41移动过程中，通过牵引绳411带动充气软管732同步移动的同时，确保充气软管732得到充分的防护，不仅延长了充气软管732的使用寿命，还有效防止了因充气软管732损坏而导致的气体泄漏的问题，从而保证了整个弯管1内壁自动行走堆焊设备的稳定运行和焊接作业的顺利进行。

参见图3、图5、图6和图9所示，弹性连接件62设有供行走轮61转动连接的铰接座621，铰接座621上朝着中空壳体6的方向延伸设有一个导杆622，中空壳体6上开设有供导杆622活动的导口，铰接座621与中空壳体6之间固定连接有套设在导杆622上的弹簧623。

行走轮61在铰接座621上转动连接，有利于行走轮61沿着弯管1的内壁移动，铰接座621上朝着中空壳体6方向延伸设置了一个导杆622，导杆622穿过中空壳体6上所开设的导口，起到了导向效果，使得行走轮61在沿着弯管1内壁移动时，在弹簧623的作用下保持一定的浮动空间，同时确保其始终能够贴合并稳定接触弯管1内壁，当行走轮61受到外力偏离原位置时，弹簧623可以产生反作用力，使行走轮61迅速恢复到正确的工作位置，从而保证中空壳体6处于居中位置。

参见图1-图4所示，第一固定夹2和第二固定夹3在行走组件4移动起点的端部环绕弯管1的一周均匀设有多个水平设置的第一引导轨道21，第一固定夹2和第二固定夹3在行走组件4移动终点的端部环绕弯管1的一周均匀设有多个竖直设置的第二引导轨道22。

第一引导轨道21的作用在于确保行走轮61能够准确无误地进入弯管1内部，并沿着预设的轨迹平稳启动其在弯管1内的移动过程，而在行走轮61移动终点的端部，同样环绕弯管1一周均匀设置了多个竖直设置的第二引导轨道22，当行走轮61接近或到达堆焊作业的终点时，这些竖直设置的第二引导轨道22将为行走轮61提供垂直方向上的支撑和导向作用，帮助其顺利停止并稳定保持在最终位置上，从而完成整个弯管1内壁的堆焊作业。

参见图5、图6、图7和图10所示，中空壳体6靠近第二支撑胶套72的一端固定设有套设在弧形导轨42上的环状平台51，环状平台51上转动连接有一个旋转环套52，焊接枪头5安装在旋转环套52上，当旋转环套52带动焊接枪头5旋转时，焊接枪头5的焊接端与弯管1的内壁之间始终保持所能够达到焊接要求的同等距离。

当旋转环套52在驱动装置的作用下带动焊接枪头5旋转时，能够确保焊接枪头5的焊接端始终保持与弯管1内壁之间满足焊接工艺要求的恒定距离，从而保证了焊接过程中焊材的一致性，有效提高了堆焊的质量和效率，通过精确控制焊接枪头5与弯管1内壁的距离，确保即使在360度旋转过程中也能保持最佳的焊接效果。

本发明通过中空壳体6沿着弯管1内壁自动行走的堆焊方式，并在稳定器7对中空壳体6的位置相对于弯管1居中的状态下，焊接枪头5在圆周方向自由旋转并跟随行走组件4沿弯管1轴线移动，确保焊材连续且均匀地焊接到弯管1内壁上，保持焊接均匀度，从而达到强化内壁、修复磨损或腐蚀区域的目的，实现对复杂弯曲空间的精确堆焊，不仅提高了焊接质量和一致性，还有效避免了传统手工堆焊中可能存在的焊缝不均匀、应力集中的问题。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，包括用以将弯管（1）固定在其中的第一固定夹（2）和第二固定夹（3）；

弯管（1）中设有沿着其弯曲方向移动的行走组件（4）；

行走组件（4）上设有焊接枪头（5）；

其特征在于，弯管（1）中设有尺寸小于弯管（1）内径的中空壳体（6），行走组件（4）设置在中空壳体（6）的内部，焊接枪头（5）设置在中空壳体（6）的端部，焊接枪头（5）的焊接端朝向弯管（1）的内壁，焊接枪头（5）能够在中空壳体（6）上围绕弯管（1）的圆周方向旋转；

行走组件（4）与中空壳体（6）之间设有用以保持中空壳体（6）始终处于稳定状态的稳定器（7），行走组件（4）设有滑套（41）和弧形导轨（42）；弧形导轨（42）设置在弯管（1）的内部；滑套（41）滑动套设在弧形导轨（42）上，中空壳体（6）套设在滑套（41）上，稳定器（7）安装在滑套（41）和中空壳体（6）之间；

中空壳体（6）的外表面沿着弯管（1）的圆周方向均匀设有多个行走轮（61）；

稳定器（7）设有第一支撑胶套（71）和第二支撑胶套（72），第一支撑胶套（71）和第二支撑胶套（72）均套设在滑套（41）上，稳定器（7）还设有膨胀气囊（73），中空壳体（6）与滑套（41）之间与第一支撑胶套（71）和第二支撑胶套（72）之间形成环状空腔（731）；滑套（41）上开设有与环状空腔（731）连通的充气口（7311），滑套（41）上还固定连接有与充气口（7311）连接的充气软管（732）；

弹性连接件（62）设有供行走轮（61）转动连接的铰接座（621）。

2.根据权利要求1所述的一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，其特征在于，滑套（41）安装有第一支撑胶套（71）的端部固定连接有一个牵引绳（411）。

3.根据权利要求2所述的一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，其特征在于，牵引绳（411）上设有用以将充气软管（732）包裹在其中的保护套（4111）。

4.根据权利要求1所述的一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，其特征在于，第一固定夹（2）和第二固定夹（3）在行走组件（4）移动起点的端部环绕弯管（1）的一周均匀设有多个水平设置的第一引导轨道（21），第一固定夹（2）和第二固定夹（3）在行走组件（4）移动终点的端部环绕弯管（1）的一周均匀设有多个竖直设置的第二引导轨道（22）。

5.根据权利要求1所述的一种弯管内壁自动行走激光堆焊增材设备，其特征在于，中空壳体（6）靠近第二支撑胶套（72）的一端固定设有套设在弧形导轨（42）上的环状平台（51）。