CN214921346U - 一种随焊自动超声冲击装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种随焊自动超声冲击装置，它包括用于自动焊接的无轨导焊接机器人，所述无轨导焊接机器人的尾端固定安装有十字滑移模块，所述十字滑移模块上安装有万向球铰机构，所述万向球铰机构的另一端固定有夹紧装置，所述夹紧装置上固定安装有用于对焊缝表面进行超声冲击的超声冲击装置，所述超声冲击装置通过电源连接线缆与超声波电源相连。通过此装置可对焊缝进行随焊超声冲击，以减少或消除焊接残余应力，降低焊接变形，优化焊缝组织，特别适于焊接质量要求较高、焊后残余应力大，大型平直类焊缝结构。

Description

一种随焊自动超声冲击装置

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，特别是涉及一种随焊自动超声冲击装置。

背景技术

焊接残余应力的存在会降低接头疲劳强度及结构寿命，尤其是对那些在严苛工况下长期服役的结构。焊接残余应力的产生主要是因为焊接过程的不均匀受热、冷却及复杂的拘束条件，对厚度较厚的结构，焊后一般需进行消应力处理。

传统的消应力处理方法包括热处理、自然失效、机械锤击等，存在处理周期长、劳动强度大、能耗大等特点，越来越不适宜高效、绿色发展需求。

超声冲击装置越来越多地用于消除焊接残余应力，适用于各种材料焊接结构的焊后处理，达到延长焊接结构疲劳寿命、提高其疲劳强度的目的，并且能在一定程度上消除焊接过程应力和残余应力，使焊缝表面形成一定塑性层和残余压应力层。

一般超声冲击采用手持式，可对焊后或焊接过程焊缝进行超声冲击处理，但冲击精度不高，且依靠人力进行超声冲击有很多局限，特别是人工不可达或处于较高位置的危险区域。

专利201821000020.9中设计了一种自动超声冲击装置，超声冲击装置安装在自动行走小车上，可对焊缝进行残余应力消除。其主要是在焊后进行超声冲击，仅对焊缝表面有应力去除作用；超声冲击前需安装柔性轨道，增加辅助工序和时间。

专利201410543906.8中发明了随焊超声冲击减少或消除焊接变形及残余应力技术，可对熔池后方一定距离的焊缝背面进行超声冲击，但对于厚板焊缝而言，背面施加超声可能因为衰减而作用不明显，且对很多实际现场生产结构不实用。

对于焊接生产中经常存在大型结构件，如核电工程中的钢制安全壳、安全壳钢衬里，大型化工容器等，大型结构中存在大量大长度平直或者规则焊缝，这些焊缝不仅对焊后残余应力有要求，对焊接变形、焊缝组织等都有规定，如6mm厚度钢衬里焊接。因此如何解决既能方便对焊缝进行超声冲击，调控焊接残余应力与焊接变形，同时能尽可能节约施工周期，是本专利考虑的重点。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种随焊自动超声冲击装置，通过此装置可对焊缝进行随焊超声冲击，以减少或消除焊接残余应力，降低焊接变形，优化焊缝组织，特别适于焊接质量要求较高、焊后残余应力大，大型平直类焊缝结构。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种随焊自动超声冲击装置，它包括用于自动焊接的无轨导焊接机器人，所述无轨导焊接机器人的尾端固定安装有十字滑移模块，所述十字滑移模块上安装有万向球铰机构，所述万向球铰机构的另一端固定有夹紧装置，所述夹紧装置上固定安装有用于对焊缝表面进行超声冲击的超声冲击装置，所述超声冲击装置通过电源连接线缆与超声波电源相连。

所述无轨导焊接机器人采用磁性吸附的履带式磁轮，在无轨导焊接机器人的头部搭载有焊枪，所述焊枪与气体保护罩相配合，并实现气体保护焊。

所述焊枪与焊丝供给机构相配合，并实现焊丝的自动供给。

所述超声波电源的机箱底部安装有用于其移动的滚轮。

所述十字滑移模块包括固定在无轨导焊接机器人侧壁上的横向滑轨，所述横向滑轨上滑动配合有纵向滑轨，所述纵向滑轨上滑动配合有升降滑板，所述万向球铰机构固定在升降滑板的外侧壁上。

所述万向球铰机构包括球头连杆，所述球头连杆固定在十字滑移模块的升降滑板外侧壁上；所述球头连杆的球头端与凹槽连杆构成万向球铰机构；所述凹槽连杆的另一端与夹紧装置相连。

所述夹紧装置包括第一弧形箍，所述第一弧形箍固定在万向球铰机构的凹槽连杆上，所述第一弧形箍通过两端的螺栓组件与第二弧形箍相连，所述超声冲击装置夹紧固定在第一弧形箍和第二弧形箍之间。

本实用新型有如下有益效果：

1、无轨导焊接机器人前方搭载气保焊枪，整个装置工作时可实现前方焊接，后方对仍处于高温状态的焊缝进行超声冲击，冲击位置可通过万向球铰机构和十字滑移模块调整，十字滑移模块的调整可通过无线遥控器操控。

2、整个装置可实现对焊缝进行随焊超声冲击，尤其是多层多道焊缝，可实现对每层焊缝表面进行超声冲击，特别是对层/道间温度有要求的焊缝，在等待温度降低过程中，对每层焊缝多个位置实现往返冲击，以达到降低焊接残余应力和优化焊缝组织的作用。对于薄板结构，可通过此种随焊超声冲击方式降低焊接变形。

3、超声冲击装置与超声波电源连接，可通过超声波电源设置超声冲击装置的功率，以改变冲击头前端的振幅。

4、采用随焊自动超声冲击方式，可降低接头残余应力及优化焊缝组织，免除焊后消应力处理，降低施工成本，节约能耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型第一视角三维整体结构图。

图2为本实用新型第二视角三维整体结构图。

图3为本实用新型俯视图。

图4为本实用新型主视图。

图5为本实用新型后视图。

图6为本实用新型左视图。

图7为本实用新型超声冲击装置连接的局部放大图。

图中：滚轮1、超声波电源2、电源连接线缆3、待焊接钢板4、履带式磁轮5、焊缝6、超声冲击装置7、夹紧装置8、万向球铰机构9、十字滑移模块10、无轨导焊接机器人11、焊枪12、气体保护罩13、焊丝14；

第二弧形箍801、第一弧形箍802、螺栓组件803；

凹槽连杆901、球头902、球头连杆903；

横向滑轨1001、纵向滑轨1002、升降滑板1003。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-7，一种随焊自动超声冲击装置，它包括用于自动焊接的无轨导焊接机器人11，所述无轨导焊接机器人11的尾端固定安装有十字滑移模块10，所述十字滑移模块10上安装有万向球铰机构9，所述万向球铰机构9的另一端固定有夹紧装置8，所述夹紧装置8上固定安装有用于对焊缝6表面进行超声冲击的超声冲击装置7，所述超声冲击装置7通过电源连接线缆3与超声波电源2相连。通过此装置可对焊缝进行随焊超声冲击，以减少或消除焊接残余应力，降低焊接变形，优化焊缝组织，特别适于焊接质量要求较高、焊后残余应力大，大型平直类焊缝结构。工作过程中，通过无轨导焊接机器人11前方搭载气保焊枪，整个装置工作时可实现前方焊接，后方对仍处于高温状态的焊缝进行超声冲击。

进一步的，所述无轨导焊接机器人11采用磁性吸附的履带式磁轮5，在无轨导焊接机器人11的头部搭载有焊枪12，所述焊枪12与气体保护罩13相配合，并实现气体保护焊。通过上述的无轨导焊接机器人11能够实现自动焊接。

进一步的，所述焊枪12与焊丝供给机构相配合，并实现焊丝14的自动供给。通过上述的焊枪12能够实现气体保护焊。

进一步的，所述超声波电源2的机箱底部安装有用于其移动的滚轮1。通过上述的滚轮1能够方便的实现超声波电源2的移动。

进一步的，所述十字滑移模块10包括固定在无轨导焊接机器人11侧壁上的横向滑轨1001，所述横向滑轨1001上滑动配合有纵向滑轨1002，所述纵向滑轨1002上滑动配合有升降滑板1003，所述万向球铰机构9固定在升降滑板1003的外侧壁上。通过上述的十字滑移模块10能够方便的调节超声冲击装置7的横向和高度位置，进而使其对转焊缝。

进一步的，所述万向球铰机构9包括球头连杆903，所述球头连杆903固定在十字滑移模块10的升降滑板1003外侧壁上；所述球头连杆903的球头端与凹槽连杆901构成万向球铰机构；所述凹槽连杆901的另一端与夹紧装置8相连。通过万向球铰机构9能够方便的调节超声冲击装置7的冲击角度。

进一步的，所述夹紧装置8包括第一弧形箍802，所述第一弧形箍802固定在万向球铰机构9的凹槽连杆901上，所述第一弧形箍802通过两端的螺栓组件803与第二弧形箍801相连，所述超声冲击装置7夹紧固定在第一弧形箍802和第二弧形箍801之间。通过上述的夹紧装置8能够实现超声冲击装置7的稳定夹紧和固定。

本实用新型的工作过程和原理：

无轨导焊接机器人采用磁性吸附和履带式磁轮，最大负重可达30kg，无需焊前铺设导轨即可在磁性材料大平面表面自由行走，前方搭载焊枪，可实现平焊缝、横焊缝、立焊缝焊接等全位置焊接。

在无轨导焊接机器人尾部搭载超声冲击装置、十字滑移模块、夹紧装置、万向球铰机构，组成随焊自动超声冲击装置。

超声冲击装置内部包括换能器、变幅杆与冲击头，外部壳体通过法兰与内部变幅杆相连，超声冲击装置通过与超声波电源相连，将电能转化为机械振动能，可通过调整振动功率，间接改变冲击头振幅。超声冲击装置固定在夹紧装置上，夹紧装置为卡箍结构，通过卡箍端部螺钉调整夹紧力，保证超声冲击装置工作时不松动，另夹紧装置与超声冲击装置壳体相连，壳体与法兰相连，法兰为振动节点，振幅为0，因此超声冲击装置工作时壳体可以是静止的，保证了夹紧装置与超声冲击装置相对稳定。

冲击头与处于高温的焊缝接触，材料可选用钛合金，保证耐高温和耐磨性。超声冲击头设计为球形，保证冲击头的耐用及可达性。

夹紧装置与万向球铰机构相连，通过调整万向球铰机构角度，即可调整冲击头的冲击角度。对于坡口角度较小，或盖面焊缝焊趾部位进行超声冲击时，有必要改变超声冲击角度，保证冲击区域的成型。

万向球铰机构固定在十字滑移模块上，十字滑移模块采用伺服电机驱动，可精确调整左右移动和上下移动距离，移动行程根据实际需要，特别地，还可设置一定距离的手动调整行程。

根据以上，超声冲击装置处于无轨导机器人尾部，实际焊接时，前方焊缝金属凝固后，仍处于高温状态，通过万向球铰机构和十字滑移模块调整好冲击角度及冲击位置后，即可对焊缝金属进行超声冲击。超声冲击可使焊缝金属表面产生塑性变形，并对一定深度范围内的焊缝晶粒进行细化，冲击后可在焊缝表面产生一定深度的残余压应力场，从而实现残余应力的调控。一道焊缝焊接完成后，无轨机器人返回起弧点时，超声冲击可持续开启，实现每道焊缝进行2次超声冲击。

针对多层多道焊缝，第二道焊缝起弧前，需调整冲击头上移，保证冲击头能作用与焊缝表面。在完成盖面焊接后，可采用此种方法对焊趾或其他需冲击的部位进行多次冲击，保证焊缝冲击成型美观。

焊接过程中，冲击头的上下左右位置可通过遥控器进行实时调整，保证其处于最佳状态。

Claims (7)

1.一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：它包括用于自动焊接的无轨导焊接机器人（11），所述无轨导焊接机器人（11）的尾端固定安装有十字滑移模块（10），所述十字滑移模块（10）上安装有万向球铰机构（9），所述万向球铰机构（9）的另一端固定有夹紧装置（8），所述夹紧装置（8）上固定安装有用于对焊缝（6）表面进行超声冲击的超声冲击装置（7），所述超声冲击装置（7）通过电源连接线缆（3）与超声波电源（2）相连。

2.根据权利要求1所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述无轨导焊接机器人（11）采用磁性吸附的履带式磁轮（5），在无轨导焊接机器人（11）的头部搭载有焊枪（12），所述焊枪（12）与气体保护罩（13）相配合，并实现气体保护焊。

3.根据权利要求2所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述焊枪（12）与焊丝供给机构相配合，并实现焊丝（14）的自动供给。

4.根据权利要求1所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述超声波电源（2）的机箱底部安装有用于其移动的滚轮（1）。

5.根据权利要求1所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述十字滑移模块（10）包括固定在无轨导焊接机器人（11）侧壁上的横向滑轨（1001），所述横向滑轨（1001）上滑动配合有纵向滑轨（1002），所述纵向滑轨（1002）上滑动配合有升降滑板（1003），所述万向球铰机构（9）固定在升降滑板（1003）的外侧壁上。

6.根据权利要求1所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述万向球铰机构（9）包括球头连杆（903），所述球头连杆（903）固定在十字滑移模块（10）的升降滑板（1003）外侧壁上；所述球头连杆（903）的球头端与凹槽连杆（901）构成万向球铰机构；所述凹槽连杆（901）的另一端与夹紧装置（8）相连。

7.根据权利要求1所述一种随焊自动超声冲击装置，其特征在于：所述夹紧装置（8）包括第一弧形箍（802），所述第一弧形箍（802）固定在万向球铰机构（9）的凹槽连杆（901）上，所述第一弧形箍（802）通过两端的螺栓组件（803）与第二弧形箍（801）相连，所述超声冲击装置（7）夹紧固定在第一弧形箍（802）和第二弧形箍（801）之间。

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