一种压力容器抽真空焊接装置
技术领域
本实用新型涉及压力容器抽真空焊接领域,尤其涉及一种压力容器抽真空焊接装置及压力容器抽真空焊接方法。
背景技术
目前市场金属件压力容器的抽真空密封工艺方式主要分为三种:有尾密封、无尾密封。
有尾密封就是压力容器在抽完真空后底部有一个藏尾室,室内会有一个小尾巴,其工艺是在压力容器抽出空气的孔上面焊接上铜管(焊接的密封性很好) 铜管的大小和孔径一样,通过铜管来将压力容器内管和外管之间的夹层空气抽干净,等抽到真空后将铜管剪断,通过剪断时铜管的变形从而达到密封状态,有尾真空采用的是“压封技术”,其密封效果是不太理想的,部分产品长期使用或发生磕碰都会导致铜管端部破损,真空环境被破坏,从而使得压力容器失去保温效果。
而无尾真空采用的是“熔封技术”,在压力容器底部抽空气的孔旁边放置一个很小玻璃,将压力容器放置到一个密封的环境中,将密封的环境抽成真空,并在抽真空过程中对这个空间进行加热,等真空抽到一定值后,加热的温度也打到玻璃融化的值,通过玻璃融化将压力容器底部的孔密封,从而达到压力容器内部真空度,此工艺使得压力容器底部不会留下像有尾的铜管。但是无尾真空密封方法加工成本较高,且如果压力容器在使用过程中发生摔碰,都很容易使密封的玻璃破碎,从而破坏真空环境,使得压力容器失去保温效果。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺点,提供一种压力容器抽真空焊接装置,结构简单,对压力容器抽真空焊接过程简单、成本低,密封焊接效果好。
为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种压力容器抽真空焊接装置,包括机架、设于所述机架上具有放置腔的放置舱、设于所述放置腔内的压力容器夹具、与所述放置腔相连通的抽真空机构、设于所述机架上用于对压力容器进行密封焊机的激光焊接机,所述放置舱包括具有所述放置腔的舱体,所述放置腔具有与外部相连通的开口,所述放置舱还包括与所述开口相配合的舱门、用于将所述舱门密封压紧在所述开口处的密封驱动机构;所述压力容器夹具包括设于放置腔内的下爪盘、用于驱动所述下爪盘转动的第一驱动电机、可沿自身轴线方向转动地设于所述放置腔内的位于所述下爪盘上侧的上爪盘、用于驱动所述上爪盘向靠近或远离所述下爪盘方向运动的驱动组件,所述第一驱动电机、驱动组件均与所述放置腔密封设置。
优选地,所述驱动组件包括沿竖直方向设置的丝杠、用于驱动所述丝杠转动的第二驱动电机、与所述丝杠相配合的滚轴、设于所述放置腔内的与所述丝杠平行设置的导向柱、滑动套设在所述导向柱上的滑板,所述滚轴与所述滑板相固定,所述上爪盘可沿自身轴线方向转动地设置在所述滑板上。
优选地,所述放置舱还包括设于所述开口处的滑轨,所述舱门上开设有与所述滑轨相配合的滑槽,所述密封驱动机构包括用于驱动所述舱门沿所述滑轨往复运动的第一驱动气缸。
进一步地,所述舱门包括开设有所述滑槽的前端盖、滑动设置在所述前端盖上的能够向靠近或远离所述开口方向运动的密封盖,所述密封驱动机构还包括用于驱动所述密封盖向靠近或远离所述开口方向运动的第二驱动气缸。
在进一步地,所述舱门还包括用于对所述密封盖运动起导向作用的导向机构,所述导向机构包括设于所述前端盖上的导向孔、固定于所述密封盖上的与所述导向孔相配合的导向柱。
优选地,所述抽真空机构包括与所述放置腔相连通的低真空获得模块、与所述放置腔相连通的高真空获得模块。
进一步地,所述低真空获得模块包括气体输送真空泵,所述高真空获得模块包括气体捕集真空泵。
优选地,所述抽真空焊接装置还包括设于所述机架上的激光焊接机调节机构,所述激光焊接机固定于所述激光焊接机调节机构上,所述激光焊接机调节机构包括横向调节部、纵向调节部、竖直调节部。
进一步地,所述激光焊接机包括激光头,所述舱体侧壁开设有激光头伸入孔,所述激光头通过所述激光头伸入孔伸入所述放置腔内,所述激光头与所述激光头伸入孔采用柔性焊接波纹管连接,所述激光头内设有密封镜片。
由于上述技术方案的运用,本实用新型与现有技术相比具有下列优点:本实用新型的一种压力容器抽真空焊接装置,能够在放置腔内对压力容器的压力容器本体和压力容器底部直接抽真空,并对压力容器的压力容器本体和压力容器底部直接进行焊接。压力容器抽真空焊接装置,结构简单,对压力容器抽真空焊接过程简单、成本低,密封焊接效果好、稳定性高。压力容器抽真空焊接方法,对抽真空焊接步骤简单,密封焊接效果好、焊缝稳定性高、不易损坏。免除了先在压力容器底部开设缝隙,再对压力容器的压力容器本体和压力容器底部进行焊接,然后对压力容器内部抽真空,最后再对压力容器底部开设的缝隙进行焊接的繁琐步骤。
附图说明
附图1为本实用新型的立体示意图;
附图2为本实用新型的去除机架后的立体结构示意图;
附图3为附图2中A部的局部放大图;
附图4为本实用新型的放置舱、压力容器夹具、抽真空机构的结构示意图;
附图5为本实用新型的放置舱透视、压力容器夹具、抽真空机构的结构示意图;
附图6为压力容器第一种结构示意图;
附图7为附图6中B部的局部放大图;
附图8为压力容器第二种结构示意图;
附图9为附图8中C部的局部放大图;
附图10为压力容器第三种结构示意图;
附图11为附图10中D部的局部放大图;
其中:1、机架;
2、放置舱;21、放置腔;211、开口;22、舱体;221、激光头伸入孔;23、舱门;231、前端盖;232、密封盖;233、导向机构;2331、导向孔;2332、导向柱;24、密封驱动机构;241、第一驱动气缸;242、第二驱动气缸;25、滑轨;
3、压力容器夹具;31、下爪盘;32、第一驱动电机;33、上爪盘;34、驱动组件;341、丝杠;342、第二驱动电机;343、导向柱;344、滑板;
4、抽真空机构;41、低真空获得模块;42、高真空获得模块;
5、激光焊接机;51、激光头;
6、激光焊接机调节机构;61、横向调节部;62、纵向调节部;63、竖直调节部;
7、压力容器;71、压力容器本体;711、外胎;712、内胎;713、夹层;72、压力容器底部;73、待焊接缝隙;74、限位凸起。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见附图1至附图5所示,一种压力容器抽真空焊接装置,包括机架1、设于机架1上具有放置腔21的放置舱2、设于放置腔21内的压力容器夹具3、与放置腔21相连通的抽真空机构4、设于机架1上用于对压力容器7进行密封焊机的激光焊接机5。
放置舱2包括具有放置腔21的舱体22,放置腔21具有与外部相连通的开口211,放置腔21的开口211位于舱体22侧面、顶面或底面,放置舱2还包括与腔开口211相配合的舱门23、用于将舱门23密封压紧在开口211处的密封驱动机构24。
放置腔开口211处设置有滑轨25,舱门23上开设有与滑轨25相配合的滑槽,密封驱动机构24包括用于驱动舱门23沿滑轨25往复运动的第一驱动气缸241。第一驱动气缸241的缸体固定于机架1上,活塞杆固定于舱门23上。通过第一驱动气缸241能够控制舱门23运动至开口211处至或远离开口211处。
优选的,舱门23包括开设有滑槽的前端盖231、滑动设置在前端盖231上的能够向靠近或远离开口211方向运动的密封盖232。密封驱动机构24还包括用于驱动密封盖232向靠近或远离放置腔开口211方向运动的第二驱动气缸242。优选的,第二驱动气缸242的缸体固定于前端盖231上,活塞杆固定于密封盖232上。第一驱动气缸241控制舱门23运动至放置腔开口211处后,第二驱动气缸242驱动密封盖232向靠近放置腔开口211的方向运动,使得密封盖232压紧在放置腔开口211处,达到密封的效果。为了加强密封效果,放置腔开口211周围设置有密封圈。
舱门23还包括用于对密封盖232运动起导向作用的导向机构233,使得密封盖232能够稳定地往复运动。导向机构233包括设于前端盖231上的导向孔2331、固定于密封盖232上的与导向孔2331相配合的导向柱2332。优选的,导向机构233设置有多个,多个导向机构233设置在前端盖231的四周,第二驱动气缸242设置在多个导向机构234中间。本实施例中例举的导向机构233为个例,凡能够对对密封盖232运动起导向作用的导向机构233均在本申请的保护范围内。
压力容器夹具3包括设于放置腔21内的下爪盘31、用于驱动下爪盘31转动的第一驱动电机32、可沿自身轴线方向转动地设于放置腔21内的位于下爪盘31上侧的上爪盘33、用于驱动上爪盘33向靠近或远离下爪盘31方向运动的驱动组件34、用于驱动下爪盘31夹紧或放松的下爪盘驱动机构、用于驱动上爪盘33夹紧或放松的上爪盘驱动机构,第一驱动电机32、驱动组件34均与放置腔21密封设置。
本实施例中,驱动组件34包括沿竖直方向设置的丝杠341、用于驱动丝杠341转动的第二驱动电机342、与丝杠341相配合的滚轴、多根设于放置腔21内的与丝杠341平行设置的限位柱343、滑动套设在多根限位柱343上的滑板344,滑板344与滚轴相固定,上爪盘33可沿自身轴向转动地设置在滑板344上,第二驱动电机342驱动丝杠341转动,进而带动上爪盘33上下运动。
本实施例中的抽真空机构4包括与放置腔21相连通的低真空获得模块41、与放置腔21相连通的高真空获得模块42。优选的,低真空获得模块41包括气体输送真空泵,气体输送真空泵包括变容真空泵、动量传输泵等,其中变容真空泵包括往复式真空泵和旋转式真空泵等;高真空获得模块42包括气体捕集真空泵,气体捕集真空泵吸附泵、吸气剂泵、低温泵等,优选的,低真空获得模块与放置腔21后侧相连通,为增加放置腔21内低真空的获得时间和获得效果,本实施例设置4个相同的低真空获得模块。优选的,高真空获得模块放置腔21顶部相连通。低真空获得模块41、高真空获得模块42与放置腔21相连通的管道上均设置有节流阀。
在将密封放置腔21后,变容真空泵先对放置腔21进行粗抽真空,使放置腔21内的真空度达到10-100pa,然后低温泵或分子真空泵介入。对放置腔21进行精抽真空。本实施例以低温泵为例,在低温泵内设有由液氦或制冷机冷却到极低温度的冷板。低温泵使放置腔21内的气体凝结,并保持凝结物的蒸汽压力低于泵的极限压力,从而达到高抽真空的作用。使得放置腔21内部达到高真空状态,没有气体分子干扰,使得压力容器内的真空度高,保温效果好;同时,在没有气体分子干扰的情况下,能够降低对后续激光焊接的干扰,增加焊接的密封效果。
低温抽气的主要作用是低温冷凝、低温吸附和低温捕集三种方式。①低温冷凝:气体分子冷凝在冷板表面上或冷凝在已冷凝的气体层上,其平衡压力基本上等于冷凝物的蒸气压。抽空气时,冷板温度必须低于25K;抽氢时,冷板温度更低。低温冷凝抽气冷凝层厚度可达10毫米左右。②低温吸附:气体分子以一个单分子层厚 (10-8厘米数量级)被吸附到涂在冷板上的吸附剂表面上。吸附的平衡压力比相同温度下的蒸气压力低得多。如在20K时氢的蒸气压力等于大气压力,用20K的活性炭吸氢时吸附平衡压力则低于10-8 pa。这样就可能在较高温度下通过低温吸附来进行抽气。③低温捕集:在抽气温度下不能冷凝的气体分子,被不断增长的可冷凝气体层埋葬和吸附。一般说来,泵的极限压力就是冷板温度下的被冷凝气体的蒸气压力。温度为120K时,水的蒸气压已低于10-8pa。温度为20K时,除氦、氖和氢外,其他气体的蒸气压也低于10-8pa。但由于被抽容器和低温冷板的温度不同,泵的极限压力高于冷凝物的蒸气压。对于室温下的容器,低温板为20K时,泵的极限压力约为冷凝物蒸气压力的4倍。最终通过低温泵将放置腔21内的真空度抽至压力容器要求的真空度。
抽真焊接空装置还包括设于机架1上的激光焊接机调节机构6,激光焊接机5固定于激光焊接机调节机构6上。激光焊接机调节机构6包括横向调节部61、纵向调节部62、竖直调节部63,能够对激光焊接机5在水平和竖直方向上进行调节,使得激光焊接机5的激光束能够直射压力容器本体91和底部92的待焊接处。本激光焊接机调节机构6趋向于对激光焊接机5的位置进行微调。
激光焊接机5包括激光头51,舱体22侧壁开设有激光头伸入孔221,激光头51通过激光头伸入孔221伸入放置腔21内,激光头51与激光头伸入孔221软密封连接,优选的,采用柔性焊接波纹管连接,柔性焊接波纹管在能够跟随激光头51进行移动的同时,还能够保证密封性,以便于对激光头51的位置进行调节;激光头51内设有密封镜片,使激光头51与放置腔21内形成密封效果。
本实施例的压力容器7包括压力容器本体71和压力容器底部72。压力容器本体71包括一端相互连接的外胎711和内胎712,外胎711和内胎712之间具有开放夹层713,压力容器底部72的端部与外胎711的另一端部相配合形成环形待焊接缝隙73。本申请的压力容器抽真空焊接装置是对待焊接缝隙73进行焊接,使得外胎711、内胎712、压力容器底部72之间形成真空密封夹层。优选的,压力容器7为金属制品,可以为保温杯、保温瓶等。
压力容器底部72的端部与外胎711的另一端有多种配合方式,均在本申请的保护范围内,如①如附图6和附图7所示,压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的内侧,压力容器底部72的端部的外周设有限位凸起74和/或外胎911内周设有限位凸起74,外胎911与限位凸起74之间形成环形待焊接缝隙;②如附图8和附图9所示,压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的外侧,压力容器底部72的端部的内周设有限位凸起74和/或外胎911外周设有限位凸起74,压力容器底部72的端部与限位凸起74之间形成环形待焊接缝隙;③如附图10和附图11所示,优选采用压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的内侧,压力容器底部72的端部的外周设有限位凸起74这种结构,但上述提及的3种结构均在本申请的保护范围内。
一种压力容器抽真空焊接方法,包括如上所述的压力容器抽真空焊接装置、待焊接的压力容器7。压力容器7包括压力容器本体71和压力容器底部72。压力容器本体71包括一端相互连接的外胎711和内胎712,外胎711和内胎712之间具有开放夹层713,压力容器底部72的端部与外胎的另一端部相配合形成环形待焊接缝隙73。本申请的压力容器抽真空焊接装置是对待焊接缝隙73进行焊接,使得外胎711、内胎712、压力容器底部72之间形成真空密封夹层。优选的,压力容器7为金属制品,可以为保温杯、保温瓶等。
压力容器底部72的端部与外胎711的另一端有多种配合方式,均在本申请的保护范围内,如①如附图6和附图7所示,压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的内侧,压力容器底部72的端部的外周设有限位凸起74和/或外胎911内周设有限位凸起74,外胎911与限位凸起74之间形成环形待焊接缝隙;②如附图8和附图9所示,压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的外侧,压力容器底部72的端部的内周设有限位凸起74和/或外胎911外周设有限位凸起74,压力容器底部72的端部与限位凸起74之间形成环形待焊接缝隙;③如附图10和附图11所示,优选采用压力容器底部72的端部位于外胎711的另一端的内侧,压力容器底部72的端部的外周设有限位凸起74这种结构,但上述提及的3种结构均在本申请的保护范围内。
附图6、附图7、附图8、附图9、附图10和附图11中表示的待焊接缝隙73夸张表示,比实际待焊接缝隙73大,实际的情况为:在生产过程中,如附图6和附图7所示,外胎711与限位凸起74相抵触,外胎711与限位凸起74之间形成非常小的待焊接缝隙73,激光焊接机对其进行焊接;如附图8和附图8所示,压力容器底部72与限位凸起74相抵触,压力容器底部72与限位凸起74之间形成非常小的待焊接缝隙73,激光焊接机对其进行焊接;如附图10和附图11所示,压力容器底部72与外胎711相抵触,压力容器底部72与外胎711之间形成非常小的待焊接缝隙73,激光焊接机对其进行焊接。因为待焊接缝隙73非常小,所以完成的焊缝也小,可以节省焊接时间,还能提高焊接质量,(相对于激光对大缝隙进行焊接,浪费时间、焊接的密封要求比较高,容易出现透气小孔)。
本申请的压力容器抽真空焊接方法如下:
步骤1:将舱门23打开,将压力容器本体71夹持在下爪盘31上,将压力容器底部72夹持在上爪盘33上;
步骤2:驱动密封驱动机构24驱动舱门23将放置腔21密封;
步骤3:驱动低真空获得模块41对放置腔21进行低抽真空处理,使放置腔21内的真空度达到10-100pa;
步骤4:驱动高真空获得模块42对放置腔21进行高抽真空处理,使放置腔21内的气体凝结,并保持凝结物的蒸汽压力低于高真空获得模块42的极限压力,从而达到高抽真空的作用。使得放置腔21内部达到高真空状态,没有气体分子干扰;
步骤5:驱动驱动组件34驱动上爪盘33下行,使压力容器底部72压合在压力容器本体71上,使得压力容器底部72的端部与外胎711的另一端部相配合形成环形待焊接缝隙73;
步骤6:调节激光焊接机调节机构6,使得激光焊接机5的出光口直对待焊接缝隙73;
步骤7:驱动第一驱动电机32驱动下爪盘31转动,并带动压力容器本体71和容器底部72同步转动,驱动激光焊接机5对待焊接缝隙73进行焊接,使得外胎711、内胎712、压力容器底部72之间形成真空密封夹层。
取20只采用上述压力容器抽真空焊接装置及压力容器抽真空焊接方法制作的保温杯进行保温实验,测试保温效力。
在室温20±2℃、接近无风的状态下,将保温杯去除杯盖并放置2小时,再注入沸水到阻水部以下5mm处,竖直放置,当水温变为95±0.5℃时,旋紧杯盖,测定放置6小时后测量杯中的水温。标准要求保温效率6小时值≥46℃为符合要求。6小时后最终的测试温度为50.9℃、51.8℃、50.4℃、51.0℃、50.7℃、50.4℃、50.7℃、51.6℃、51.9℃、50.9℃、52.2℃、51.4℃、51.7℃、51.2℃、51.4℃、52.4℃、52.4℃、52.1℃、51.9℃、50.8℃,满足标准要求。
取10只采用上述压力容器抽真空焊接装置及压力容器抽真空焊接方法制作的保温杯进行保冷实验,测试保冷效力。
在室温20±2℃、接近无风的状态下,将保温杯去除杯盖并放置2小时,再注入冰水到口部开始5mm以下位置,竖直放置,当水温变为1±0.5℃时,旋紧杯盖,测定放置12小时后测量杯中的水温。标准要求保冷效率12小时值<=12.7℃为符合要求。6小时后最终的测试温度为11.8℃、11.6℃、11.8℃、11.5℃、11.6℃、11.6℃、11.7℃、11.8℃、12.0℃、12.1℃,满足标准要求。
综上所述,本实用新型的一种压力容器抽真空焊接装置及压力容器抽真空焊接方法,能够在放置腔内对压力容器的压力容器本体和压力容器底部直接抽真空,并对压力容器的压力容器本体和压力容器底部直接进行焊接。压力容器抽真空焊接装置,结构简单,对压力容器抽真空焊接过程简单、成本低,密封焊接效果好。压力容器抽真空焊接方法,对抽真空焊接步骤简单,密封焊接效果好。免除了先在压力容器底部开设缝隙,再对压力容器的压力容器本体和压力容器底部进行焊接,然后对压力容器内部抽真空,最后再对压力容器底部开设的缝隙进行焊接的繁琐步骤。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
本实用新型公开了一种压力容器抽真空焊接装置,其中压力容器抽真空焊接装置,包括机架、设于机架上具有放置腔的放置舱、设于放置腔内的压力容器夹具、与放置腔相连通的抽真空机构、设于机架上用于对压力容器进行密封焊机的激光焊接机。压力容器夹具包括设于放置腔内的下爪盘、用于驱动下爪盘转动的第一驱动电机、可沿自身轴线方向转动地设于放置腔内的位于所述下爪盘上侧的上爪盘、用于驱动上爪盘向靠近或远离下爪盘方向运动的驱动组件。本实用新型的压力容器抽真空焊接装置,结构简单,对压力容器抽真空焊接过程简单、成本低,密封焊接效果好,对压力容器抽真空焊接步骤简单,密封焊接效果好。