CN202752730U - 法兰密封槽内表面环向全位置tig自动堆焊设备 - Google Patents

Abstract

一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，属于自动焊设备技术领域。该自动焊设备主要由位置调节机构和一个TIG旋转焊头，TIG旋转焊头通过位置调节机构调整与法兰密封槽的堆焊位置。电气控制装置根据焊头所处圆周位置，按预先设置的一周12个分区，设置焊接电流、送丝速度、焊接速度、弧压控制等参数，进行焊接控制。焊头完成一周焊接后可按设定宽度向内或向外自动改变旋转半径，实现法兰密封槽内堆焊，直到堆完一个端面，改变焊枪角度后进行法兰密封槽侧面的堆焊。堆焊表面平整，避免手工堆焊对后期法兰密封槽加工打刀、加工时间长的问题，堆焊质量优于手工堆焊，减少了手工堆焊后因缺陷返修的问题。

Description

法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备

技术领域

本实用新型涉及一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，特别适用于大吨位容器组焊和热处理后，法兰密封槽防腐层的堆焊和热处理后密封槽硬度下降后的焊接，以提高密封槽堆焊层表面硬度，该设备属于自动焊设备技术领域。 

背景技术

法兰密封槽是容器与外部管路连接接头法兰上安装密封圈的部位，他是石化领域容器和管网中常用的管接头。通常先对接管上的法兰密封槽进行防腐层的堆焊，堆焊后再装到容器上进行组焊。容器完成整体焊接后，需要整体进行最终热处理，热处理后的法兰密封槽的硬度达不到容器设计技术条件要求，通常工艺是对热处理后的法兰密封槽重新进行堆焊，然后再加工达到图纸最终尺寸。通常该部分密封槽需要手工进行全位置堆焊，该焊接方法存在以下问题： 

1、由手工进行密封槽全位置堆焊，堆焊后的密封槽表面凸凹不平波纹较大，这对加工极为不利，通常只能采用小进刀量来防止打刀，加工工期长。 

2、密封槽加工后需要进行着色探伤，手工全位置堆焊的密封槽通常不能一次探伤合格，需要对缺陷进行补焊、加工、着色探伤。增加生产成本，生产周期长。 

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法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，该自动焊设备安装在操作机横梁前端，是一台可实现旋转半径、旋转中心、旋转平面、以钨极尖端为原点角度调整机构，与焊枪平行方向的弧压控制，连续堆焊的TIG填丝自动焊接设备。通过电气控制，实现焊头焊完一周后向设定方向移动设定距离和旋转半径变化后的线速度恒定。程序根据焊头所在圆周位置，对应执行设定区域的规范，以适应全位置焊接需要。可一次完成密封槽一个面的堆焊，调整焊枪角度和初始位置后可进行一个斜面的自动堆焊。 

本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案是：一种法兰密封槽内表面 环向全位置TIG自动堆焊设备，它主要包括一个安装在操作机上的位置调节机构和一个TIG旋转焊头，TIG旋转焊头通过位置调节机构调整与法兰密封槽的堆焊位置。所述位置调节机构包含回转面倾斜调整机构、水平转角调整机构、旋转中心位置调整十字滑架、无限回转气、电、水旋转、传输机构和旋转半径调整机构。所述无限回转气、电、水旋转、传输机构与横向滑座固定连接，固定在旋转机构外壳下的交流伺服电机减速机经主动齿轮驱动主旋转齿轮旋转；在主旋转齿轮上设有一个旋转半径调整机构，旋转半径调整机构包括一个旋转半径电动调整机构、一个焊枪角度调节机构和一个AVC控制滑架，旋转半径电动调整机构固定在与主旋转齿轮表面固定连接的二个方管的下端，AVC控制滑架和焊枪角度调节机构经手动位置调节机构下的方向转换结构件与旋转半径电动调整机构上的滑座固定连接，焊枪角度调节机构的圆弧导轨固定在手动位置调节机构的手动调整滑座上。 

所述位置调节机构包含回转面倾斜调整机构、水平转角调整机构、旋转中心位置调整十字滑架、无限回转气、电、水旋转、传输机构和旋转半径调整机构；所述回转面倾斜调整机构直接固定在操作机上，通过倾斜电机减速机驱动倾斜转动体实现向上、向下90度转动；所述水平转角调整机构通过横向转动驱动电机减速机驱动水平转动体实现向左、向右45度转动。 

所述旋转中心位置调整十字滑架采用一个纵向滑板滑座调节机构和一个横向滑板滑座调节机构，纵向滑板滑座调节机构的纵向滑架体与水平转动体固定连接，驱动电机减速机经丝杠驱动纵向滑板滑座在纵向滑架体上移动，横向滑板滑座调节机构的横向滑板与纵向滑板滑座固定连接，横向滑板驱动电机减速机经丝杠驱动横向滑座在横向滑板上移动。 

本实用新型的有益效果是：这种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备可适用大吨位不能上变位器的整体容器的法兰密封槽焊接，堆焊质量优于手工焊，易于焊后加工。其优点如下： 

1、通过本全位置法兰密封槽焊机可以对大型大吨位容器上任意位置的法兰密封槽进行堆焊，解决了使用普通自动TIG焊接需要使工件上变位器的才能进行焊接，大型容器无法上变位器的问题。可不借助吊车即可实现整个容器的法兰密封槽焊接，避免过多使用吊车对其他需要用吊车工序产生瓶颈。 

2、电能消耗电低于使用变位器带动容器旋转的费用，节省购买昂贵大吨位 变位器的费用和上变位器需要固定的工装费用，避免安装定位难度，通过平行于容器的操作架行走导轨和滚轮架，即可实现容器上所有密封槽的焊接。 

3、堆焊质量优于手工焊，避免手工焊焊后探伤不合格需要返修的问题，堆焊表面平整，易于加工，避免加工打刀，加工周期长的问题，减少生产周期。 

4、可自动实现密封槽底平面、侧面的自动焊接。焊道间距可设定，使堆焊表面平整。通过焊头半径变化由PLC计算出对应旋转速度，堆焊厚度一致，完全实现了自动焊接。 

4、采用气、电、水、多路信号连续回转旋转传输机构，实现连续焊接，提高焊接效率。 

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，保证焊道宽度一致。 

附图说明

图1是一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构图。 

图2是倾角、水平转角调整机构的剖视结构图。 

图3是纵向滑板滑座调节机构的结构图。 

图4是图3中的B-B剖视结构图。 

图5是图3中的A-A剖视结构图。 

图6是无限回转气、电、水旋转、传输机构的正视图。 

图7是图6中无限回转气、电、水旋转、传输机构的B-B剖视结构图。 

图8是焊枪姿态调整机构的结构图。 

图9是图8中焊枪姿态调整机构的俯视图。 

图10是法兰密封槽焊接顺序示意图。 

图1：1、回转面倾斜调整机构，1a、连接座，1a1、加强筋板，1a2、加强板，1a3、左支承侧板，1a4、右支承侧板，1a5、左倾斜轴承室，1a6、右倾斜轴承室，1b、倾斜电机减速机，1c、倾斜转动体，1c1、倾斜轴，1c2、过渡轴键槽，1c3、键，2、水平转角调整机构，2a、横向转动驱动电机减速机，2b、水平转动体，2c、上轴承端盖，2d、上轴承，2e、上定位套，2f、键，2g、过渡轴，2h、下定位套，2i、下轴承，2j、下轴承端盖，3、纵向滑板滑座调节机构，3a、纵向滑架体，3b、驱动电机减速机，3c、纵向滑板滑座，3d、联轴器，3e、 滚珠丝杠支撑座，3f、丝杠，3g、滚珠丝杠副，3h、线性滑轨滑块，3i、线性滑轨，4、横向滑板滑座调节机构，4a、横向滑板，4b、横向滑板驱动电机减速机，4c、横向滑座，5、无限回转气、电、水旋转、传输机构，5a、固定架，5b、旋转机构外壳，5d、交流伺服电机减速机，5e、主动齿轮，5f、主旋转齿轮，5g、旋转轴，5h、旋转轴承，5i、外压盖，5j、内压盖，5k、细牙固定环，5l、控制导电滑环外环固定耳，5m、绝缘法兰盘，5n、旋转导电芯轴，5o、控制导电滑环，5p、控制导电滑环内轴卡紧块，5q、TIG焊接电源导电滑环，5r、刷架绝缘座，5s、电刷，5t、压紧弹簧，5u、旋转接头芯轴，5w、旋转接头外壳，5x绝缘块，5y、定位螺栓，5z、螺栓，6a、固定圆环，6b、第一方管，6c、第二方管，6d、直线导轨固定块，6e、送丝机构固定板，6f、送丝机构，6g、焊丝盘，7、旋转半径电动调整机构，7a、半径调整电动滑轨基体，7b、方向转换结构件，7c、滑座，8、手动调节机构，8a、手动调整滑板，8b、手动调整滑座，8c、手动调整轮，9、焊枪角度调节机构，9a、焊枪角度调整机构圆弧导轨，9b、滑块，9c、过渡定位板，9d、手轮调整顶丝，9e、圆柱制动块，10、AVC控制滑架，10a、弧压控制滑架，10b、滑架滑块，10c、步进电机，10d、焊枪固定机构，10e、卡紧块，10g 、TIG焊枪， 11、导丝管调节机构，11a、卡紧装置，11b、横移燕尾滑轨，11c、横向调整螺杆，11e、横向滑座，11f、纵向调整螺杆，11h、纵向滑座，11i、固定块，11j、纵向固定导杆，11l、导丝管，11m、螺栓，11n、送丝软导管固定螺栓，11o、可更换导嘴，12、法兰，13、堆焊焊道。 

具体实施方式

图1示出了一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备的结构图。在图1、2中，倾斜机构1由连接座1a、倾斜电机减速机1b、倾斜转动体1c组成，连接座1a包括连接固定面，在连接面上左、右侧各有一个轴承座的左支承侧板1a3和轴承座的右支承侧板1a4，左支承侧板上有一个左倾斜轴承室1a5。右支承侧板上有右倾斜轴承室1a6，左、右支承侧板中间有加强筋板1a1，外侧有加强板1a2。倾斜电机减速机1b安装在右倾斜轴承室1a6右侧，减速机输出轴通过过渡轴键槽1c2、键1c3与倾斜转动体1c的倾斜轴1c1内孔配合，倾斜轴1c1的两端与左、右轴承室中的轴承内孔配合，带动倾斜转动体1c实现向上、向下90度转动，倾斜体前中间位置有一个横向凹槽，用于放置水平转动体2b，该轴实现法兰密封槽倾斜时，通过1c转动，使倾斜纵向滑架3a与密封槽平面 平行，倾斜基座通过12个螺丝与操作机横梁端面联接，可通过操作机实现水平回转、升降、伸缩。 

倾斜体1c前端上安装一个横向转动驱动电机减速机2a，输出轴插入过渡轴2g内孔，通过键配合，过渡轴2g穿入水平转动体2b转动轴孔，通过键2f配合，过渡轴2g两端有凸台，通过上、下圆锥轴承2d、2i内端面支承，上轴承2d、下轴承2i通过上轴承端盖2c、下轴承端盖2j压在外环端面，防止轴2g轴向串动，过渡轴2g两端、上轴承2d、下轴承2i内侧各有一个定位套，分别是上定位套2e、下定位套2h，用于定位水平转动的水平转动体2b在倾斜转动体1c前部凹中的位置，横向转动驱动电机减速机2a通过过渡轴2g、键2f带动水平转动体2b实现向左、向右45度转动。 

在图1、3、4、5中，水平转动体2b前部联接板端面连接纵向滑架体3a，纵向滑板由驱动电机减速机3b，通过联轴器3d与丝杠3f端头连接，滚珠丝杠通过滚珠丝杠支撑座3e固定在滑架体3a内部，线性滑轨3i固定在滑架体3a两侧立板端面，两根滑轨上各有两个滑块，滑板3c固定四个滑块上，滚珠丝杠副3g固定在滑板3c内中下部，构成纵向滑座，丝杠3f转动带动滑座在纵向线性滑轨3i上移动。 

纵向滑板滑座3c端面上安装一个横向滑板4a，由横向滑板驱动电机减速机4b通过滚珠丝杠驱动横向滑座4c实现横向左右移动，横向滑板结构与纵向滑板结构相同。 

在图1、6、7中，横向滑座4a前通过固定架5a安装一个电动驱动旋转机构，固定架5a在旋转机构外壳5b下端后部，外壳前下部通过安装架5c安装固定一个交流伺服电机减速机5d，交流伺服电机减速机5d轴端部安装主动齿轮5e，主动齿轮5e驱动主旋转齿轮5f，通过螺栓与旋转轴5g前端同心安装，旋转轴5g通过二个旋转轴承5h与旋转机构外壳5b配合，轴承通过外压盖5i、内压盖5j保持与旋转机构外壳5b固定，旋转轴5g通过细牙固定环5k将其与轴承内套固定，控制导电滑环外壳通过控制导电滑环外环固定耳5l通过螺栓与轴端凹槽下的螺孔固定。导电滑环内环通过控制导电滑环内轴卡紧块5p同过螺丝夹紧，控制导电滑环内轴卡紧块5p与轴承外压盖螺丝侧面相对固定，旋转导电芯轴5n内法兰面与绝缘法兰盘5m外端面同心固定，绝缘法兰盘5m内端面与旋转轴5g下凹台固定，使旋转导电芯轴5n控制导电滑环5o和旋转轴5g绝缘， 旋转导电芯轴5n内端通过螺纹固定一个TIG焊接电源导电滑环5q，电刷5s通过压紧弹簧5t以一定的预紧力，使弧形端面与TIG焊接电源导电滑环5q滑动接触，减小接触电阻，电刷5s放置在刷架绝缘座5r内，电刷架固定在旋转机构外壳外面，焊接电源通过端子用螺丝与电刷5s外端面固定，导电滑环5q轴端面螺孔与4路气、水旋转接头芯轴5u法兰端面通过螺丝同心安装，气、水通过轴端孔与导电芯轴同步转动，旋转接头外套通过螺栓5y、旋转接头外壳5w与旋转机构外壳通过螺栓5z固定，气、水外部管路与旋转接头外套侧面管口连接，这样就实现了焊接电源、控制部分和气、水由相对旋转机构外壳固定进入，由旋转中心轴输出到焊枪和控制电机和控制信号。 

在图1、8、9中，旋转半径调整机构6由一个固定圆环6a，第一方管6b、第二方管6c，直线导轨固定块6d，和送丝机构固定板6e构成，两根方管各焊到圆环表面左、右两侧，避免与中心气、电、水线路、管路发生干涉，直线导轨固定块6d在方钢下部，偏离旋转中心，躲避气、电、水线路、管路，校正焊枪角度、高度调整机构导致焊枪位置偏离旋转直径，使其运动轨迹与旋转直径重合；圆环背面与主旋转齿轮5f同轴通过螺丝固定，送丝机构6f安装在送丝机构固定板6e上，焊丝盘6g安装到右面第二方管上部，送丝机构6f后部，送丝机构前导管与焊枪焊丝前导管入口相连。 

旋转半径电动调整机构7的半径调整电动滑轨体7a通过压块固定安装在直线导轨固定块6d上，半径调整滑轨电机在右侧，左侧为半径增加方向，其滑座7c上通过一个方向转换结构件7b与手动调节机构8的手动调整滑板8a固定，其手动调整滑座8b移动方向与旋转轴平行，通过手动调整轮8c手动调整滑座8b上焊枪与密封槽端面的距离。 

焊枪角度调整机构9的圆弧导轨9a固定在手动调整滑座8b上平面，圆弧中心与手动调整滑座8b移动方向中心重合，弧形导轨9a上的滑块9b可沿滑轨中心左、右分别移动40°，用于焊枪行走侧向角度的调整，滑块9b端面上安装过渡定位板9c，通过手轮调整顶丝9d顶在面积较大的圆柱制动块9e上面，下面与弧形导轨端面接触，通过摩擦力固定滑块9b在弧形导轨9a上的位置。 

过渡定位板9c上安装一个AVC控制滑架10的弧压控制滑架10a，弧压控制滑架10a由步进电机10c驱动控制，滑架滑块10b、TIG焊枪10g、焊枪固定机构10d底端面与滑块端面固定。焊枪固定位置使其滑座在中间位置时，焊枪 钨极尖调整到与弧型滑轨中心重合，调整焊枪与堆焊端面夹角时，焊接电弧位置不发生横向移动。 

导丝管调节机构11通过横移燕尾滑轨11b固定在卡紧装置11a上，横向调整螺杆11c中间有一个定位槽，横移燕尾滑轨11b上螺杆中间位置有一个定位槽，通过固定档片将滑轨和横向调整螺杆11c横向相对位置固定，横向滑座11e燕尾槽中部有一个半周螺纹，与横向调整螺杆11c结合，转动横向调整螺杆11c时，横向滑座11e在横移燕尾滑轨11b上横向移动，横向滑座左前端内侧还有一个纵向滑轨，上面还有纵向调整螺杆11f和纵向滑座11h，结构与横向滑座相同，纵向滑座端面固定一个有纵向方孔的固定块11i，固定块11i侧面有一个长条孔，通过固定螺丝可微量调整纵向固定导杆11j与纵向滑座11h上相对位置，纵向固定导杆11j上有12mm间隔螺孔，通过选择不同固定螺孔可大幅调整纵向固定导杆11j相对位置，纵向固定导杆11j下部有一个与杆夹角75度的圆孔，导丝管11l穿入其中，通过侧面的螺栓11m固定，导管尾部有一个送丝软导管与其送丝软导管固定螺栓11n，导管前端通过螺纹固定一个可更换导嘴11o。焊丝通过导嘴送到电弧位置，通过横向、纵向调整螺杆，可对纵向固定导杆11j位置调整，可调整焊丝与钨极和卡紧装置11a在枪上的位置。 

采用上述的自动送丝TIG堆焊设备，法兰密封槽底部和侧面堆焊需要焊枪角度调整机构，为保证堆焊宽度一致，采用自动弧压控制执行机构，焊接密封槽圆轨迹所需的回转机构，为提高焊接效率，回转机构采用连续无限传输保护气体、控制和焊接电路、冷却水的旋转机构，进行连续焊接。焊枪半径电动调整机构，可实现每周自动移动设定距离，实现连续堆焊。旋转中心位置可调，与密封槽中心同心，旋转平面可调，能与密封槽平面调整平行，使焊接轨迹与封槽环向平行。 

使用上述的一种全位置法兰密封槽内表面全位置TIG堆焊设备堆焊法兰密封槽的方法包括以下步骤： 

（1）输入工件和焊接工艺参数 

工件参数：法兰密封槽第一道位置半径； 

运动参数：焊接线速度，焊接运动延时，AVC速度，AVC有效延时时间，自动堆焊移动宽度、方向、移动速度； 

焊接工艺参数：提前送气、滞后停气时间，引弧时间、引弧电流，电流上 升时间，送丝延时间，收弧电流衰减时间、收弧电流，AVC基准电压； 

12个分区参数：基值电流、基值时间，峰值电流、峰值时间，送丝速度，焊接速度； 

送丝参数：初始速度，加速时间，收弧送丝速度衰减时间，回抽速度和回抽时间； 

（2）调整旋转焊头与法兰密封槽相对位置 

通过安装焊头的操作机的行走机构，底座旋转机构，横梁伸缩和升降将本焊机粗调到通过焊头的调整轴能够调整到焊头旋转中心和旋转平面与密封槽平行的位置。然后通过倾斜和横向转角机构将焊头旋转平面与密封槽粗略调整平行，旋转焊头，在横向和纵向滑板四个位置，测量钨极和密封槽之间的距离，通过横向和纵向滑板向距离大的方向调整1/2差值距离，使焊头回转中心与密封槽同轴，调整旋转半径伸缩横梁上焊头的位置，使钨极对准密封槽底部第一道位置，调整钨极与密封槽底面的夹角，略倾向密封槽侧面，将旋转焊头转到6点钟位置，输入确认回转零点和半径初始位置，焊头旋转角度将根据此位置计算，焊接规范将执行焊头旋转所在分区对应设定参数。  

（3）执行堆焊轨迹控制流程 

焊接前必须开启焊接电源，冷却水箱电源，保护气体，将操作方式开关选在自动位置，进入预备状态。按下启动控制按钮，焊枪缓慢向密封槽移动，接触到工件后控制程序根据设定引弧高度控制步进电机提升对应高度，开启保护气，达到提前送气延时后，执行高频引弧，引弧电流，→电流上升→0区基值、峰值电流→弧压自动控制→旋转，到达第二分区后执行第二分区设定焊接规范，焊头旋转360°后（第a圈），焊头向外移动设定宽度，到达第b圈位置继续旋转焊接→焊完第c圈停止，调整焊头角度倾向密封槽外侧与底部相交位置，更改较小的设定移动距离，保证斜面上能够堆出相同于底面的焊道间隔，继续进行密封槽外侧面第d圈焊接，→e圈→f圈→g圈完成外侧面堆焊。调整焊枪偏向内侧面，指向内侧面与底面堆焊面交角处，修改自动移动方向向内，焊头转到0点位置，重复焊接启动过程完成第h圈→i圈→j圈→k圈完成焊接，如图10所示。 

Claims (3)

1.一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，它主要包括一个安装在操作机上的位置调节机构和一个TIG旋转焊头，TIG旋转焊头通过位置调节机构调整与法兰密封槽的堆焊位置，其特征是：所述位置调节机构包含回转面倾斜调整机构（1）、水平转角调整机构（2）、旋转中心位置调整十字滑架、无限回转气、电、水旋转、传输机构（5）和旋转半径调整机构；所述无限回转气、电、水旋转、传输机构（5）与横向滑座（4c）固定连接，固定在旋转机构外壳（5b）下的交流伺服电机减速机（5d）经主动齿轮（5e）驱动主旋转齿轮（5f）旋转；在主旋转齿轮（5f）上设有一个旋转半径调整机构，旋转半径调整机构包括一个旋转半径电动调整机构（7）、一个焊枪角度调节机构（9）和一个AVC控制滑架（10），旋转半径电动调整机构（7）固定在与主旋转齿轮（5f）表面固定连接的二个方管的下端，AVC控制滑架（10）和焊枪角度调节机构（9）经手动位置调节机构（8）下的方向转换结构件（7b）与旋转半径电动调整机构（7）上的滑座（7c）固定连接，焊枪角度调节机构（9）的圆弧导轨（9a）固定在手动位置调节机构（8）的手动调整滑座（8b）上。

2.根椐权利要求1所述的一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述回转面倾斜调整机构（1）直接固定在操作机上，通过倾斜电机减速机（1b）驱动倾斜转动体（1c）实现向上、向下90度转动；所述水平转角调整机构（2）通过横向转动驱动电机减速机（2a）驱动水平转动体（2b）实现向左、向右45度转动。

3.根椐权利要求1所述的一种法兰密封槽内表面环向全位置TIG自动堆焊设备，其特征是：所述旋转中心位置调整十字滑架采用一个纵向滑板滑座调节机构（3）和一个横向滑板滑座调节机构（4），纵向滑板滑座调节机构（3）的纵向滑架体（3a）与水平转动体（2b）固定连接，驱动电机减速机（3b）经丝杠（3f）驱动纵向滑板滑座（3c）在纵向滑架体（3a）上移动，横向滑板滑座调节机构（4）的横向滑板（4a）与纵向滑板滑座（3c）固定连接，横向滑板驱动电机减速机（4b）经丝杠驱动横向滑座（4c）在横向滑板（4a）上移动。 

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