CN204934816U - 一种复合管纵缝自动焊接设备 - Google Patents

Abstract

一种复合管纵缝自动焊接设备，涉及焊接技术领域，具体涉及一种复合管纵缝自动焊接设备。主要包括双枪移动机构、控制系统、焊接电源、焊接工装。焊枪移动机构由移动平台、左右两个焊枪及十字滑架组成，两个焊枪分别配备各自的送丝机构和焊接电源。控制系统位于焊接工装左侧，两个焊接电源连接控制系统。焊接工装包括焊接前后对称支撑装置、下支撑装置、支撑芯轴、气动琴键压紧装置及精密移动滑轨。本焊接设备能够满足直径200-500mm,长度为1800mm、厚度为4-7mm的双金属复合管纵缝的快速可靠夹紧，控制系统可完成对焊接设备的控制、焊接轨迹规划、焊接参数设置及焊接过程的监控，实现了双金属复合管纵缝的自动化焊接。

Description

一种复合管纵缝自动焊接设备

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，具体涉及一种复合管纵缝自动焊接设备，该设备适用于不锈钢和碳钢双金属复合管纵缝的焊接过程。

背景技术

目前，双金属复合管的焊接工艺大部分为手工钨极氩弧焊根焊、过渡焊，焊条电弧焊填充焊、盖面焊，焊接质量的稳定性难以保证,焊接效率低下。随着双金属复合管的推广应用，实现对双金属复合管焊接过程的自动化越来越迫切。

实用新型内容

本实用新型提供一种复合管纵缝自动焊接设备，目的在于有效的实现复合管的装夹定位和双层金属纵缝焊接的自动化和数字化。

本实用新型包括主体机架、焊接工装，所述焊接工装固定在所述主体机架上，所述焊接工装包括焊接机架、双焊枪机构、焊枪升降、平移机构、前支撑装置、后支撑装置、下支撑装置、气动夹紧装置、芯轴，所述焊接机架固定在所述主体机架的左端部，所述双焊枪机构固定配合在所述焊枪升降、平移机构的上端，所述焊枪升降、平移机构设置在所述主体机架的后侧，在所述主体机架的右端部设置芯轴支撑旋转架，所述芯轴的一端固定在所述焊接机架的上部，所述芯轴的另一端分离式支撑在所述芯轴支撑旋转架上，所述气动夹紧装置配合在所述芯轴的前、后侧，所述气动夹紧装置固定在所述焊接机架的上部，所述双焊枪机构配合在所述芯轴、气动夹紧装置的上方，所述前、后支撑装置、下支撑装置分别设置在所述主体机架的上端，所述前、后支撑装置分别对称配合在所述芯轴下方的前、后侧，所述下支撑装置对应配合在所述芯轴的正下方。

本实用新型所述芯轴包括管体，在所述管体外侧壁上设置轴向凹槽，所述轴向凹槽与相应的工件的纵缝对应，以保证工件焊接过程中的双面成型。

本实用新型在所述前、后支撑装置下端设置用于相对移动的驱动装置，在所述下支撑装置下端设置升降机构，所述驱动装置包括第一步进电机、丝杆、两根滑轨，两根所述滑轨分别固定在所述主体机架上端的左、右部，所述前、后支撑装置分别配合在两根所述滑轨上，所述第一步进电机固定在所述主体机架上，所述丝杆固定所述第一步进电机的输出端，所述前、后支撑装置上分别连接正、反内螺纹套，所述正、反内螺纹套分别与所述丝杆螺纹连接；所述升降机构包括升降气缸、两根竖向导杆，所述升降气缸的下端固定在所述主体机架上端，两根所述竖向导杆分别活动配合在所述主体机架上端的左右部，所述升降气缸的上端固定在所述下支撑装置的下端，两根所述导杆的上端分别固定在所述下支撑装置的上端。

本实用新型所述焊枪升降、平移机构包括竖直设置的支撑柱，所述支撑柱上连接步进电机、丝杆升降驱动装置和步进电机、丝杆横向平移驱动装置。

本实用新型所述双焊枪机构包括左、右焊枪、左焊枪前后驱动机构、右焊枪前后驱动机构、中间支撑板，所述左、右焊枪前后驱动机构分别固定连接在所述中间支撑板的左、右两侧，所述左、右焊枪前后驱动机构分别包括步进电机、丝杆、滑块、导向杆，所述步进电机分别固定在所述中间支撑板的一端，所述丝杆固定在所述步进电机的输出端，所述滑块螺纹配合在所述丝杆上，所述导向杆设置在所述丝杆的两侧并与丝杆平行，所述滑块与所述导向杆滑动配合；在两个所述滑块上分别固定连接左、右焊枪摆动机构，所述左、右焊枪分别对应固定在左、右焊枪摆动机构上，所述左、右焊枪竖直设置。

本实用新型所述气动夹紧装置为气动琴键压紧机构，所述气动琴键压紧机构包括两个压紧框，所述两个压紧框分别对称设置在所述芯轴的前、后侧，在个所述压紧框内分别设置压力气囊，在各所述压紧框的下端活动连接可伸出、缩回的琴键压板，所述压力气囊与所述琴键压板配合，两侧的所述琴键压板分别通过压力气囊推动相互靠近，实现夹紧，反之，压力气囊排气，琴键压板松开。

本实用新型所述下支撑装置包括底部支撑架，在所述底部支撑架上设置若干均布的可移动支撑块，各所述可移动支撑块之间相互活动连接，在各所述可移动支撑块的上端面分别设置定位销孔。下支撑模装置上装有与所焊接工件半径一致的可移动支撑块，以保证工件下表面与可移动支撑块上表面的接触。可移动支撑块上开有定位销孔，与工件上的工艺定位孔配合，以实现工件的轴向定位。下支撑模的上下运动由其下面的气动装置驱动实现，根据焊接工件直径的不同，下支撑装置中的支撑块可以更换成与工件表面曲率半径一致的支撑块，也可根据工件长度不同来调整合拢块数量和之间间隙。

本实用新型所述芯轴支撑旋转架包括下支撑架、上旋转架、竖直设置的支撑伸缩气缸，所述下支撑架固定在所述主体机架上端，所述上旋转架铰接在所述下支撑架的上端，所述支撑伸缩气缸设置在所述下支撑架的一侧，所述上旋转架与所述支撑伸缩气缸之间设置连杆，所述连杆的一端固定在所述上旋转架中部，所述连杆的另一端铰接在所述支撑伸缩气缸的上端。芯轴支撑旋转架在工件装入芯轴后，支撑伸缩气缸将上旋转架撑起，上支撑架支撑芯轴右端，用于承受芯轴所受的向下压紧力，提高芯轴支撑刚度。

本实用新型使用时，将开好焊接坡口的工件插入芯轴，下支撑装置根据工件直径运动到设定位置，并将定位销插入工件定位工艺孔内，实现工件的轴向定位。芯轴右端的芯轴支撑装置中气缸动作，芯轴支撑旋转架转动并支撑起芯轴右端，以提高工件焊接夹紧时支撑芯轴的刚度。根据工件直径调整前后支撑装置中支撑块的位置，并使其运动到设定位置。由控制系统触摸屏中手动界面来调节各运动装置，使琴键压紧机构、芯轴、前后支撑装置以及下支撑装置配合使用，实现工件纵向开口的合缝、定位和夹紧。工件安装定位后工件焊缝形成间隙一定的一条直缝，然后根据焊接工艺要求，由装有不锈钢焊丝的左侧焊枪完成封焊、打底焊和过渡焊，左侧焊枪焊接完成后，由装有碳钢焊丝的右侧焊枪完成填充焊和盖面焊，实现双金属复合管纵缝焊接的连续性和自动化。焊枪焊接运动轨迹的规划和焊接时每个焊枪焊接电流、焊接速度、送丝速度等参数的设置由触摸屏人机界面输入。另外，本设备的步进电机、以及焊接用的电源都是通过智能控制系统的电控柜来控制，按下“自动焊接”按钮,左右两个焊枪按照设置的焊接参数依次完成双层金属焊缝的焊接,焊接完成后,自动关闭焊接电源和所有电机,琴键松开,设备停止,卸下工件。本设备机构合理、简单，自动化程度高，实现了复合管的装夹定位和双层金属纵缝焊接的自动化和数字化。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的左视图；

图4为图1的立体图；

图5为气动夹紧装置的一种结构示意图；

图6为下支撑装置的一种结构示意图；

图7为工件受力示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6所示，本复合管纵缝自动焊接设备包括主体机架1、焊接工装2、智能控制系统3，焊接工装2固定在主体机架1上，焊接工装2与智能控制系统3连接，焊接工装2包括焊接机架4、双焊枪机构5、焊枪升降、平移机构6、前支撑装置7、后支撑装置8、下支撑装置9、气动夹紧装置10、芯轴11，焊接机架4固定在主体机架1的左端部，双焊枪机构5固定配合在焊枪升降、平移机构6的上端，焊枪升降、平移机构6设置在主体机架1的后侧，在主体机架1的右端部设置芯轴支撑旋转架12，芯轴11的一端固定在焊接机架4的上部，芯轴11的另一端分离式支撑在芯轴支撑旋转架12上，气动夹紧装置10配合在芯轴11的前、后侧，气动夹紧装置10固定在焊接机架4的上部，双焊枪机构5配合在芯轴11、气动夹紧装置10的上方，前、后支撑装置7、8、下支撑装置9分别设置在主体机架1的上端，前、后支撑装置7、8分别对称配合在芯轴11下方的前、后侧，下支撑装置9对应配合在芯轴11的正下方。

优选的，芯轴11包括管体13，在管体13外侧壁上设置轴向凹槽14，轴向凹槽14与相应的工件的纵缝对应，以保证工件焊接过程中的双面成型。

进一步的，在前、后支撑装置7、8下端设置用于相对移动的驱动装置15，在下支撑装置9下端设置升降机构16，驱动装置15包括第一步进电机17、丝杆18、两根滑轨21，两根滑轨21分别固定在主体机架1上端的左、右部，前、后支撑装置7、8分别配合在两根滑轨21上，第一步进电机17固定在主体机架1上，丝杆18固定第一步进电机17的输出端，前、后支撑装置7、8上分别连接正、反内螺纹套，正、反内螺纹套分别与丝杆18螺纹连接；升降机构16包括升降气缸25、两根竖向导杆26，升降气缸25的下端固定在主体机架1上端，两根竖向导杆26分别活动配合在主体机架1上端的左右部，升降气缸25的上端固定在下支撑装置9的下端，两根导杆26的上端分别固定在下支撑装置9的上端。

优选的，焊枪升降、平移机构6包括竖直设置的支撑柱27，支撑柱27上连接步进电机、丝杆升降驱动装置28和步进电机、丝杆横向平移驱动装置29。

优选的，双焊枪机构5包括左、右焊枪30、31、左焊枪前后驱动机构32、右焊枪前后驱动机构33、中间支撑板34，左、右焊枪前后驱动机构32、33分别固定连接在中间支撑板34的左、右两侧，左、右焊枪前后驱动机构32、33分别包括步进电机35、丝杆36、滑块37、导向杆38，步进电机35分别固定在中间支撑板34的一端，丝杆36固定在步进电机35的输出端，滑块37螺纹配合在丝杆36上，导向杆38设置在丝杆36的两侧并与丝杆36平行，滑块37与导向杆38滑动配合；在两个滑块37上分别固定连接左、右焊枪摆动机构39、40，左、右焊枪30、31分别对应固定在左、右焊枪摆动机构39、40上，左、右焊枪30、31竖直设置。

优选的，气动夹紧装置10为气动琴键压紧机构41，气动琴键压紧机构41包括两个压紧框19，两个压紧框19分别对称设置在芯轴11的前、后侧，在个压紧框19内分别设置压力气囊20，在各压紧框19的下端活动连接可伸出、缩回的琴键压板21，压力气囊20与琴键压板21配合，两侧的琴键压板21分别通过压力气囊20推动相互靠近，实现夹紧，反之，压力气囊20排气，琴键压板21松开。

优选的，下支撑装置9包括底部支撑架42，在底部支撑架42上设置若干均布的可移动支撑块24，各可移动支撑块24之间相互活动连接，在各可移动支撑块24的上端面分别设置定位销孔23。

优选的，芯轴支撑旋转架12包括下支撑架43、上旋转架44、竖直设置的支撑伸缩气缸45，下支撑架43固定在主体机架1上端，上旋转架44铰接在下支撑架43的上端，支撑伸缩气缸45设置在下支撑架43的一侧，上旋转架44与支撑伸缩气缸45之间设置连杆46，连杆46的一端固定在上旋转架44中部，连杆46的另一端铰接在支撑伸缩气缸45的上端。

工件合缝与夹紧原理：焊接机床的前后支撑装置组成一个夹角较小，开口向上的V形空间，工件开口两边的琴键压紧机构压住开口处，相当于向整个V形空间施加一个挤压力2F，前后支撑装置中的支撑块对工件产生一个反作用力T，两个反作用力T大小相等，方向对称。下支撑块为辅助支撑及轴向定位，不考虑其受力情况。工件合缝受力示意图如图7所示。

两个反作用力T的垂直分力P之和与压紧力2F平衡，反作用力T对对工件A处产生弯,使工件材料发生流动，从而实现工件的合缝。该力系的平衡条件是合力为零，故

为使得工件在夹紧过程中工件全长弯曲从而将工件纵缝合拢，A点出的应力σ必须大于工件材料的屈服强度。由工件材料屈服强度、工件尺寸及以上各式可计算出机床琴键压板所需要的最小压力及支持装置所需要最小的支撑力。

Claims (8)

1.一种复合管纵缝自动焊接设备，包括主体机架、焊接工装，所述焊接工装固定在所述主体机架上，其特征在于所述焊接工装包括焊接机架、双焊枪机构、焊枪升降、平移机构、前支撑装置、后支撑装置、下支撑装置、气动夹紧装置、芯轴，所述焊接机架固定在所述主体机架的左端部，所述双焊枪机构固定配合在所述焊枪升降、平移机构的上端，所述焊枪升降、平移机构设置在所述主体机架的后侧，在所述主体机架的右端部设置芯轴支撑旋转架，所述芯轴的一端固定在所述焊接机架的上部，所述芯轴的另一端分离式支撑在所述芯轴支撑旋转架上，所述气动夹紧装置配合在所述芯轴的前、后侧，所述气动夹紧装置固定在所述焊接机架的上部，所述双焊枪机构配合在所述芯轴、气动夹紧装置的上方，所述前、后支撑装置、下支撑装置分别设置在所述主体机架的上端，所述前、后支撑装置分别对称配合在所述芯轴下方的前、后侧，所述下支撑装置对应配合在所述芯轴的正下方。

2.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述芯轴包括管体，在所述管体外侧壁上设置轴向凹槽，所述轴向凹槽与相应的工件的纵缝对应。

3.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于在所述前、后支撑装置下端设置用于相对移动的驱动装置，在所述下支撑装置下端设置升降机构，所述驱动装置包括第一步进电机、丝杆、两根滑轨，两根所述滑轨分别固定在所述主体机架上端的左、右部，所述前、后支撑装置分别配合在两根所述滑轨上，所述第一步进电机固定在所述主体机架上，所述丝杆固定所述第一步进电机的输出端，所述前、后支撑装置上分别连接正、反内螺纹套，所述正、反内螺纹套分别与所述丝杆螺纹连接；所述升降机构包括升降气缸、两根竖向导杆，所述升降气缸的下端固定在所述主体机架上端，两根所述竖向导杆分别活动配合在所述主体机架上端的左右部，所述升降气缸的上端固定在所述下支撑装置的下端，两根所述导杆的上端分别固定在所述下支撑装置的上端。

4.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述焊枪升降、平移机构包括竖直设置的支撑柱，所述支撑柱上连接步进电机、丝杆升降驱动装置和步进电机、丝杆横向平移驱动装置。

5.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述双焊枪机构包括左、右焊枪、左焊枪前后驱动机构、右焊枪前后驱动机构、中间支撑板，所述左、右焊枪前后驱动机构分别固定连接在所述中间支撑板的左、右两侧，所述左、右焊枪前后驱动机构分别包括步进电机、丝杆、滑块、导向杆，所述步进电机分别固定在所述中间支撑板的一端，所述丝杆固定在所述步进电机的输出端，所述滑块螺纹配合在所述丝杆上，所述导向杆设置在所述丝杆的两侧并与丝杆平行，所述滑块与所述导向杆滑动配合；在两个所述滑块上分别固定连接左、右焊枪摆动机构，所述左、右焊枪分别对应固定在左、右焊枪摆动机构上，所述左、右焊枪竖直设置。

6.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述气动夹紧装置为气动琴键压紧机构，所述气动琴键压紧机构包括两个压紧框，所述两个压紧框分别对称设置在所述芯轴的前、后侧，在个所述压紧框内分别设置压力气囊，在各所述压紧框的下端活动连接可伸出、缩回的琴键压板，所述压力气囊与所述琴键压板配合，两侧的所述琴键压板分别通过压力气囊推动相互靠近。

7.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述下支撑装置包括底部支撑架，在所述底部支撑架上设置若干均布的可移动支撑块，各所述可移动支撑块之间相互活动连接，在各所述可移动支撑块的上端面分别设置定位销孔。

8.根据权利要求1所述的一种复合管纵缝自动焊接设备，其特征在于所述芯轴支撑旋转架包括下支撑架、上旋转架、竖直设置的支撑伸缩气缸，所述下支撑架固定在所述主体机架上端，所述上旋转架铰接在所述下支撑架的上端，所述支撑伸缩气缸设置在所述下支撑架的一侧，所述上旋转架与所述支撑伸缩气缸之间设置连杆，所述连杆的一端固定在所述上旋转架中部，所述连杆的另一端铰接在所述支撑伸缩气缸的上端。