CN202278283U

CN202278283U - 一种90度弯管内表面环向全位置tig自动堆焊设备

Info

Publication number: CN202278283U
Application number: CN2011203648234U
Authority: CN
Inventors: 谷文; 李坚
Original assignee: China No1 Heavy Machinery Group Corp Dalian Hydrogenation Reactor Manufa; China First Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: China No1 Heavy Machinery Group Corp Dalian Hydrogenation Reactor Manufa; China First Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2021-09-28

Abstract

一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，属于自动焊设备技术领域。该自动焊设备主要包括变位机构、工作台和旋转焊头，旋转焊头通过变位机构调节工件的堆焊位置。电气控制装置根据焊头所处圆周位置，按弯管轴心半径和弯管内径两个参数，计算出圆周各角度对应的弧长，并控制焊头按该角度计算的宽度摆动、旋转，实现管内壁不等宽全位置焊接。其优点如下：减少了早期设计的30度弯管内壁自动堆焊机堆焊的30度弯管，需要通过焊接两道焊口，探伤，堆焊不锈层的工序，避免了两道焊口出现焊接缺陷的可能性，堆焊厚度差和搭接处质量都优于熔化极气体保护焊，一次弯曲成型减少30度弯管两次成型工序，另外还可完成90弯管与直管的内壁堆焊焊接。

Description

一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备

技术领域

本实用新型涉及一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，特别适用于整体90度弯管内壁防腐层的堆焊和相同直径的直管对接后，接口处和直管的内壁的防腐层堆焊，属于自动焊设备技术领域。

背景技术

90度弯管接头是容器进、出口及石化领域管网中常用的管接头，其容器上部是一个90度弯管，下部卸料管由90度弯管与直管组成。现有的30度弯管内壁自动堆焊机，是早期研制的。因弯管需要旋转，直焊头会与工件内壁干涉，在满足工件尺寸变化范围时，能够实现弯管不刮碰焊头的角度最大为30度。通过30度弯管旋转、变位和焊头变宽度摆动，使堆焊位置始终处于水平位置，焊完一周后变位器将弯管变位到下一圈继续焊接，实现30度弯管水平位置TIG自动堆焊。设备由PLC控制旋转速度，摆动宽度，工件提升、倾角和焊头横移动作，通过电控方式，完成弯管沿弯管中心转动的变位，使焊接位置始终处于水平位置。目前只能采用分段堆焊，采用手工焊组焊方法，实现90度弯管内防腐层的堆焊。由于90度弯管是由3段30度弯管组焊成的。组焊时需要预热焊接，焊完后需要进行射线探伤，合格后再预热，手工进行焊口处内表面首层309L堆焊，探伤合格后进行347L堆焊，合格后进行下一道焊口的组焊，过程与上述相同。另外有一种90度弯管堆焊设备采用的是融化极气体保护焊，沿弯管内壁纵向进行堆焊，焊接时弯管通过变位器完成焊接轨迹运动。显然，以上两种焊接存在以下问题：

1、焊接过程由自动堆焊和手工组焊、堆焊实现，不能实现全自动焊接，组焊位置存在出现焊接缺陷返修的隐患；

2、组焊处需要进行射线探伤，着色和超声探伤，需要冷却后才能进行，焊接时又需要预热，浪费燃气，增加生产成本，生产周期长。

3、纵向90度弯管堆焊设备，容易出现缺陷的引弧和收弧都集中在管两端，端头不易平齐，变位器体积庞大，焊接时弯管与变位器一起转动，需要完全固定牢靠，焊接过程不能观察。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，该自动焊设备通过电气控制六轴联动，实现焊头沿弯管内壁环向焊接，焊头横向摆动，摆动宽度由程序根据焊头所在弯管圆周位置计算确定。焊完一周后焊头沿弯管中心移动到下一条焊道位置，反向旋转连续进行焊接，一次完成整体90度弯管的内壁防腐层的堆焊任务，减少两道组焊口的成本和缺陷隐患，从而提高焊接质量和能源消耗，另外还可完成90度弯管与对接直管的内壁堆焊。

本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案是：一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，它主要包括一个安装在基座上的变位机构、一个工作台和一个旋转焊头，还包括电气控制装置、TIG焊接电源和冷却水箱，旋转焊头通过变位机构调节在工作台上工件的堆焊位置。所述变位机构包含水平行走机构、水平旋转机构、升降机构和水平伸缩横梁。所述水平行走机构直接设置在基座上，通过行走驱动电机减速机经齿轮齿条驱动在直线导轨上作水平行走。所述水平旋转机构经水平旋转机构立柱设置在水平行走机构的上方，水平旋转驱动电机减速机通过齿轮传动驱动水平旋转架旋转；在水平旋转架上设有一个升降架，在升降架内设置所述升降机构，升降机构通过升降驱动电机减速机经螺杆螺母驱动升降滑座沿升降架移动；在升降滑座上固定连接一个伸缩横梁滑座，所述水平伸缩横梁设置在伸缩横梁滑座上，通过水平伸缩驱动电机减速机经螺杆螺母驱动伸缩横梁滑架在伸缩横梁滑座上移动。在水平伸缩横梁的端部通过焊头连接装置连接所述旋转焊头，由电气控制装置，按旋转焊头所处位置，对应摆动宽度，正向一周，反向一周，连续实现90度整体弯管内壁防腐层的堆焊作业。

所述焊头连接装置采用第一焊头连接过渡梁。

所述焊头连接装置采用手动焊头旋转半径调整横梁与第二焊头连接过渡梁的组合结构。

所述水平行走机构采用齿轮齿条传动机构，在所述基座上设置二个方钢，在方钢上各固定一个直线导轨，在其中一个直线导轨侧面固定一个行走齿条，行走驱动电机减速机驱动与行走齿条啮合的行走驱动齿轮。

所述水平旋转机构采用齿轮传动机构，水平旋转驱动电机减速机经水平旋转驱动小齿轮驱动水平旋转驱动大齿轮与水平旋转架一起旋转。

所述升降机构采用螺杆螺母传动机构，升降驱动电机减速机经滚珠螺杆驱动与滚珠螺母固定在一起的升降滑座升降。

所述水平伸缩横梁采用螺杆螺母传动机构，水平伸缩驱动电机减速机经螺杆、与伸缩横梁滑座固定在一起的螺母驱动伸缩横梁滑架移动。

所述旋转焊头采用立向旋转机构和横向摆动机构。

本实用新型的有益效果是：这种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备体积小，工件摆放调整容易，易于观察和操作，完成90度整体弯管内防腐层的全位置连续自动堆焊。其优点如下：

1、通过电气控制装置的协调控制达到了四轴联动，通过旋转焊头位置控制焊头横向摆动宽度和旋转速度，使焊头旋转速度与摆动宽度成反比，实现90度弯管内部一周扇形不等宽等厚度堆焊，通过最小宽度控制，保证旋转方向搭接量。

2、采用90度弯管整体一次成型，减少30度弯管曲型次数，节省工时和燃气。

3、减少由30度弯管组焊成90度弯管需要的两道焊口，节省了两道焊口的焊接工时、焊材，探伤工序和工时、材料和预热燃气等费用，避免了组焊焊道出现焊接缺陷的隐患。完全实现了自动焊接，提高了焊材利用率。

4、采用正、反两个旋转方向各焊一周的方法，避免气、电水、多路信号连续旋转传输机构体积大的问题，减小焊头体积。

5、有弧压控制功能，基值、峰值采样选择，通过检测电弧电压与设定电压比较，控制电弧电压波动最小。

6、具有耐热防护装置，焊头上的部件和摄像头可在加热200℃以下弯管内连续工作，并有超温报警功能。

7、可进行90度弯管与对接直管，对接位置和直管的内壁堆焊；

8、体积小于纵向90度弯管堆焊和弯管不需要刚性固定，90度弯管端头堆焊平齐，不存在纵向熔化极堆焊，容易出现问题的起弧和收弧点集中在弯管端头，需要进行处理。

附图说明

图1是一种内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构主视图。

图2是图1的结构俯视图。

图3是图1的结构侧视图。

图4是图1中所示旋转焊头的结构放大图。

图5是图2中所示旋转焊头的结构放大图。

图6是另一种内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构俯视图。

图7是手动焊头旋转半径调整横梁安装位置示意图。

图中：1、旋转焊头，1a、立向旋转机构，1b、横向摆动机构，1c、摆动机构光杠，1d、摆动机构与AVC滑架联接件，1e、AVC滑架驱动机构，1f、AVC滑架背板，1g、枪头与AVC滑架联接过渡板，1h、焊头固定伸缩管，1i、绝缘块，1j、第一送丝导嘴，1k、第二送丝导嘴，1n、第一摄像头，1m、第二摄像头，2、水平行走机构，2a、直线导轨，2b、方钢，2c、行走齿条，2d、行走驱动齿轮，2e，行走驱动电机减速机，2f，齿条间隙调整机构，3、水平旋转机构，3a、水平旋转驱动电机减速机，3b、水平旋转驱动小齿轮，3c、水平旋转驱动大齿轮，3d、水平旋转机构立柱，4、升降机构，4a、下轴承，4b、升降直线导轨，4c、滚珠螺杆，4d、滚珠螺母，4e、上轴承、4f、升降滑座，4g、升降驱动电机减速机，4h、联轴节，5、水平伸缩横梁，5a、伸缩横梁滑座，5b、水平伸缩驱动电机减速机，5c、螺杆，5d、螺母，5e、轴承，6、高度过渡梁，7、手动焊头旋转半径调整横梁，7a、手动调整手轮，8、第一焊头连接过渡梁，8a、第二焊头连接过渡梁，9、第一送丝机，9a、第二送丝机，10、工作台，10a、位置调整机构，10b、调节螺杆，10c、定位支点，11、90度弯管，12、对接直管，13、水平旋转架，14、升降架，15、伸缩横梁滑架。

图1、2、3示出了一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构图。图中，该TIG自动堆焊设备主要包括一个安装在基座上的变位机构、一个工作台10和一个旋转焊头1，还包括电气控制装置、TIG焊接电源和冷却水箱，旋转焊头1通过变位机构调节在工作台10上工件的堆焊位置。工作时，电气控制装置由UMAC控制器为核心按预先编制的堆焊轨迹控制程序和操作指令，控制旋转焊头1在90度弯管11内横截面圆上转动，按焊头位置对应纵向宽度摆动，正向一周，反向一周。焊头通过检测电弧电压与设定控制电压比较，自动控制钨极与管内壁距离，连续实现90度整体弯管内壁防腐层的堆焊作业。

上述的变位机构包含水平行走机构2、水平旋转机构3、升降机构4和水平伸缩横梁5，水平行走机构2、水平旋转机构3、升降机构4和水平伸缩横梁5集成在一起构成TIG自动堆焊设备的主体结构，主体结构通过水平行走机构2可以作水平移动，下面作分别介绍：

1.水平行走机构

水平行走机构2采用齿轮齿条传动机构，它直接设置在基座上，基座上固定二个方钢2b，在方钢2b上各固定一个直线导轨2a，在其中一个直线导轨2a侧面固定一个行走齿条2c，行走驱动电机减速机2e驱动与行走齿条2c啮合的行走驱动齿轮2d，使TIG自动堆焊设备的主体结构在直线导轨2a上作水平行走。

2.水平旋转机构

水平旋转机构3经水平旋转机构立柱3d设置在水平行走机构2的上方，水平旋转机构3采用齿轮传动机构，因为水平旋转驱动大齿轮3c与水平旋转架13固定在一起，所以水平旋转驱动电机减速机3a经水平旋转驱动小齿轮3b驱动水平旋转驱动大齿轮3c与水平旋转架13一起旋转。

3.升降机构

在水平旋转架13上设有一个升降架14，在升降架14内设置升降机构4，升降机构4采用螺杆螺母传动机构，升降驱动电机减速机4g经滚珠螺杆4c驱动与滚珠螺母4d固定在一起的升降滑座4f升降。在滚珠螺杆4c的下端设有下轴承4a，上端设有上轴承4e。

4.水平伸缩横梁

在升降滑座4f上固定连接一个伸缩横梁滑座5a，水平伸缩横梁5设置在伸缩横梁滑座5a上，水平伸缩横梁5采用设置在伸缩横梁滑架15内的螺杆螺母传动机构，水平伸缩驱动电机减速机5b经螺杆5c和螺母5d驱动伸缩横梁滑架15在伸缩横梁滑座5a上移动。在螺杆5c的两端各设有一个轴承5e。

在图1、2所示的工作台10上摆放着90度弯管11与对接直管12对接焊时的示意图，工件采用定位支点10c和位置调整机构10a，用调节螺杆10b拧紧固定。水平伸缩横梁5直接经第一焊头连接过渡梁8连接旋转焊头1。

图4、5示出了旋转焊头的结构放大图。旋转焊头1由立向旋转机构1a、横向摆动机构1b、AVC控制滑架、TIG焊头、送丝导嘴和摄像头等组成，横向摆动机构1b的摆动机构光杠1c安装在立向旋转机构1a的端面偏心位置，横向摆动机构1a驱动横向摆动机构1b在摆动机构光杠1c上移动，AVC滑架驱动机构1e通过AVC滑架驱动机构1d与横向摆动机构1b连接，横向摆动机构1b带动AVC滑架驱动机构1e一起摆动，AVC滑架背板1f横向伸出一个焊头与AVC滑架联接过渡板1g，端头朝向立向旋转机构1a，并装卡一根焊头固定伸缩管1h，焊头固定伸缩管1h与AVC滑架驱动机构1e平行，焊头固定伸缩管1h可通过松开夹持螺钉上下串动，以适应不同内径弯管需要，大直径弯管需要通过螺纹连接加长该管，管下端头由一个夹持联接器连接一绝缘块1i，TIG焊头、第一送丝导嘴1j、第二送丝导嘴1k、第一摄像头1n和第二摄像头1m通过各自的支架分别与绝缘块1i相连，并且互相绝缘，AVC滑架动作时，TIG焊头、送丝导嘴、摄像头一起移动，保持相对位置不变，通过立向旋转机构1a、横向摆动机构1b、AVC滑架驱动机构1e的组合，实现了全位置90度弯管内部变宽度堆焊所需的动作，另外，焊头上还有水冷装置，对横向摆动机构1b、AVC滑架驱动机构1e、第一摄像头1n和第二摄像头1m进行冷却，焊头立向旋转机构1a和其后部的控制电缆、水气导管等部件外部包裹耐热玻纤刮硅胶耐高温防护布进行高温防护，还有温度检测热电偶，当焊头在加热的弯管内部出现超温时，声光报警提示操作者立即退出焊头，防止过热损坏旋转焊头部件。

图6、7示出了另一种内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构图。在工作台10上摆放着90度弯管11，90度弯管11采用定位支点10c和位置调整机构10a，用调节螺杆10b拧紧固定。内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的主体结与图1、2、3所示相同，主要区别之处是水平伸缩横梁5的端部固定连接高度过渡梁6的上端，高度过渡梁6的下端安装一个手动焊头旋转半径调整横梁7，手动焊头旋转半径调整横梁7再经第二焊头连接过渡梁8a连接旋转焊头1。第二焊头连接过渡梁8a采用适合90度弯管11内壁进行全部堆焊作业的结构，防止旋转焊头1水平旋转时横梁与90度弯管11空间上的干涉。堆焊90度弯管11时，使用第二焊头连接过渡梁8a，使旋转焊头1能够进入90度弯管11内部，通过手动调整手轮7a带动其内部螺杆，调整旋转焊头1水平旋转半径。

Claims

1.一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，它主要包括一个安装在基座上的变位机构、一个工作台(10)和一个旋转焊头(1)，还包括电气控制装置、TIG焊接电源和冷却水箱，旋转焊头(1)通过变位机构调节在工作台(10)上工件的堆焊位置，其特征是：所述变位机构包含水平行走机构(2)、水平旋转机构(3)、升降机构(4)和水平伸缩横梁(5)；所述水平行走机构(2)直接设置在基座上，通过行走驱动电机减速机(2e)经齿轮齿条驱动在直线导轨(2a)上作水平行走；所述水平旋转机构(3)经水平旋转机构立柱(3d)设置在水平行走机构(2)的上方，水平旋转驱动电机减速机(3a)通过齿轮传动驱动水平旋转架(13)旋转；在水平旋转架(13)上设有一个升降架(14)，在升降架(14)内设置所述升降机构(4)，升降机构(4)通过升降驱动电机减速机(4g)经螺杆螺母驱动升降滑座(4f)沿升降架(14)移动；在升降滑座(4f)上固定连接一个伸缩横梁滑座(5a)，所述水平伸缩横梁(5)设置在伸缩横梁滑座(5a)上，通过水平伸缩驱动电机减速机(5b)经螺杆螺母驱动伸缩横梁滑架(15)在伸缩横梁滑座(5a)上移动；在水平伸缩横梁(5)的端部通过焊头连接装置连接所述旋转焊头(1)，由电气控制装置，按旋转焊头(1)所处位置，对应摆动宽度，正向一周，反向一周，连续实现90度整体弯管内壁防腐层的堆焊作业。

2.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述焊头连接装置采用第一焊头连接过渡梁(8)。

3.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述焊头连接装置采用手动焊头旋转半径调整横梁(7)与第二焊头连接过渡梁(8a)的组合结构。

4.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述水平行走机构(2)采用齿轮齿条传动机构，在所述基座上设置二个方钢(2b)，在方钢(2b)上各固定一个直线导轨(2a)，在其中一个直线导轨(2a)侧面固定一个行走齿条(2c)，行走驱动电机减速机(2e)驱动与行走齿条(2c)啮合的行走驱动齿轮(2d)。

5.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述水平旋转机构(3)采用齿轮传动机构，水平旋转驱动电机减速机(3a)经水平旋转驱动小齿轮(3b)驱动水平旋转驱动大齿轮(3c)与水平旋转架(13)一起旋转。

6.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述升降机构(4)采用螺杆螺母传动机构，升降驱动电机减速机(4g)经滚珠螺杆(4c)驱动与滚珠螺母(4d)固定在一起的升降滑座(4f)升降。

7.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述水平伸缩横梁(5)采用螺杆螺母传动机构，水平伸缩驱动电机减速机(5b)经螺杆(5c)、与伸缩横梁滑座(5a)固定在一起的螺母(5d)驱动伸缩横梁滑架(15)移动。

8.根据权利要求1所述的一种90度弯管内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述旋转焊头(1)采用立向旋转机构(1a)和横向摆动机构(1b)。