CN218946601U - 一种吊挂式自反馈温控堆焊设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及堆焊设备及工艺，尤其涉及一种吊挂式自反馈温控堆焊设备。包括焊前预热与温度反馈系统、堆焊系统、焊接缺陷检测系统、多爪卡盘与顶头；焊前预热与温度反馈系统内部均布电热丝，配置热电偶测试被焊工件预热温度，通过温度自反馈控制平移速度对被焊工件均恒预热；堆焊系统的焊枪头和焊接缺陷检测系统的探头固连且平行布置，吊挂在被焊工件上方，且能够平移。能对不同尺寸钢铁冶金辊子类产品堆焊前精准预热，尤其适用于除鳞辊堆焊，能够精准控制焊前、焊中温度，避免开裂。同时焊接中及时检测并发现焊接缺陷，有效减少微裂纹、夹渣等微缺陷，降低废品率，减少焊接成本。

Description

一种吊挂式自反馈温控堆焊设备

技术领域

本实用新型涉及堆焊设备及工艺，尤其涉及一种吊挂式自反馈温控堆焊设备。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，钢铁材料得到广泛应用。其失效方式主要有三种：断裂、腐蚀、磨损，全世界年均钢材消耗达7亿吨，50％与磨损有关。据统计，我国因磨损造成的损失年均达400亿，每年消耗耐磨材料300万吨。

堆焊是表面工程领域的一种重要方法，该工艺能实现近30mm堆焊层抵抗交变应力，具有较高的性价比优势。尤其在轧钢生产线上粗轧、精轧区除鳞辊等辊子类产品的表面强化处理方面具有广泛的应用前景。

出炉板坯经辊道输送到高压水除鳞箱，用高压水清除板坯表面氧化铁皮。然后板坯进入四辊可逆式粗轧机进行往复轧制。轧制中，可在轧机入口或出口用高压水清除二次氧化铁皮。轧制3～7道次后，轧成20～60mm的中间带坯，经中间辊道送入热卷箱或通过热卷进入精轧机组。经热卷箱卷取的中间带坯，进行开卷，进入切头飞剪。带坯经切头飞剪切除头、尾后，进入精轧除鳞箱，由高压水清除再生氧化铁皮。然后经过精轧机F1前的立辊轧机，精确控制带钢宽度公差、提高和改善边部质量，最后送入精轧机组，经过F1～F7精轧机组，轧制成1.2～12.7mm带钢。

除鳞箱中除鳞辊工况恶劣，长期承受高压水冲蚀作用、高温钢坯除鳞过程引起的动态冲击作用，面对高温、强磨损、多循环的热、力、流多场强耦合作用。常出现磨损、腐蚀失效，对轧钢连续生产作业造成影响，需要对其进行表面强化或修复处理。对恶劣条件下服役的除鳞辊等辊子类产品表面强化，增强其耐磨、耐蚀能力，含有WC硬质相的药芯焊丝堆焊是重要方法。

但是，在堆焊过程中，含有WC硬质相的药芯焊丝对温度极其敏感，容易开裂，需要在针对堆焊工艺设计精准控温设备与方法。与此同时，堆焊工艺容易形成夹渣、气孔、裂纹等微观缺陷，焊接后造成成品废品率高。焊接过程中若能及时发现和预警焊接微观缺陷，将会极大的提升成品率，减少焊接成本。目前，国内外用于解决上述问题的堆焊设备与工艺方法极其缺乏。

申请号为CN 201610647456.6所述的一种修复轧辊的堆焊设备，虽然可实现轧辊表面堆焊，改善表面质量，但缺少焊前预热与焊接缺陷检测设备，焊件需要通过加热炉预热后调运到焊机上，容易造成被焊辊子表面温度流失，增大堆焊层间温度梯度，易产生焊接裂纹。同时，该焊接机构焊枪横移范围有限，不适用于过长辊子类产品的堆焊作业。

申请号为CN 201410121067.0所述的堆焊设备只是针对堆焊、焊后热处理和车削三种工艺融为一体，以改善焊后辊子的车削性能。但在实际生产中很难适用，其热处理方式采用局部点加热方式，很难对堆焊辊子进行精准恒温热处理，容易形成较大的温度梯度，产生热应力，反而易造成开裂现象。同时，加热方式很难与焊枪形成有效配合，对温度控制达到同步。而且该实用新型没有堆焊前预热功能，焊前精准预热同等重要，是导致焊接裂纹的主因。同时，该专利缺少焊接过程缺陷检测预警设备，对于长棍堆焊无能为力。

申请号为CN 201721498357.2所述的一种足辊专用堆焊设备，虽然能够对于小尺寸的足辊进行堆焊，但其缺乏普适性，对长棍无法进行堆焊。同时没有焊接精准热处理系统和焊接缺陷预警系统。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种吊挂式自反馈温控堆焊设备。能够针对不同长度、不同直径的辊子实现焊前、焊后精准预热、焊中检测与缺陷预警，提高堆焊质量，降低堆焊成本，提升经济效益。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，包括焊前预热与温度反馈系统、堆焊系统、焊接缺陷检测系统、多爪卡盘与顶头；多爪卡盘夹紧被焊工件的一端，顶头顶紧被焊工件的另一端；焊前预热与温度反馈系统位于多爪卡盘与顶头之间，且能够平移，采用半开张合式结构，内部均布电热丝，配置热电偶测试被焊工件预热温度，通过温度自反馈控制平移速度对被焊工件均恒预热；堆焊系统的焊枪头和焊接缺陷检测系统的探头固连且平行布置，吊挂在被焊工件上方，且能够平移，被焊工件均恒预热后，堆焊的同时进行焊接内部缺陷检测，以影像显示堆焊层内部状态。

进一步地，所述焊前预热与温度反馈系统包括热电偶、温度显示仪、预热系统上桶盖、预热系统下桶盖、耐火砖、电热丝和石棉；预热系统上、下桶盖横向设置，通过转轴铰接，能上、下开合，闭合后为桶体，其两端布置环形石棉布柔性封堵桶体内腔；多支热电偶间隔均布在桶体上，以显示屏显示预热温度均值；预热系统上、下桶盖内壁嵌有耐火砖，耐火砖间隔槽内布置电热丝。

进一步地，还包括水冷系统，预热系统上桶盖、预热系统下桶盖内壁与耐火砖之间设置水冷循环管路，水冷循环管路与水箱相连，通过水箱及循环泵供水，对预热系统上桶盖、预热系统下桶盖冷却。

进一步地，还包括预热系统行走导轨、预热系统行走电机以及预热系统行走丝杠；预热系统下桶盖与预热系统行走丝母固接，预热系统下桶盖支撑在行走导轨上方，沿行走导轨滑移，预热系统行走丝母与预热系统行走丝杠啮合，预热系统行走电机驱动预热系统行走丝杠转动，进而推动预热系统行走丝母前后移动，使预热系统沿被焊辊体轴向前移。

进一步地，还包括焊机立式支架，焊机立式支架包括相互平行的两个门式框架，中间横梁两端分别固接在两个门式框架的顶部；堆焊系统通过滑道吊挂于中间横梁上，中间横梁并行布置有丝杠，通过电机带动丝杠旋转实现堆焊系统横向移动；两个门式框架的四个支足分别设置行走轮，在行走电机带动下横向行走。

进一步地，所述堆焊系统包括焊枪行走机构、焊枪竖直调整机构和垂直调整机构；焊枪行走机构、焊枪竖直调整机构和垂直调整机构分别通过伺服电机带动丝杠转动，三个丝杠空间上呈两两垂直布置，进而实现焊枪头位置轴向、竖直向和垂直向调整。

进一步地，还包括送丝机构、焊剂料斗与废料槽；所述送丝机构由送丝驱动电机和四个送丝滚轮组成，送丝滚轮上、下双排布置，两两加持焊丝，以滚动摩擦带动焊丝进给焊枪头。

焊剂料斗通过焊剂输送软管与焊枪头相连，实现埋弧焊剂配送；废料槽位于焊枪头正下方地面上，用于收集焊接过程掉落的残余焊剂。

进一步地，所述多爪卡盘采用三爪卡盘，焊接缺陷检测系统的探头采用相控阵扫查探头。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设有焊前预热与温度反馈系统，能够在堆焊前对被焊辊面施加精准预热，温度反馈系统能够均恒按需控制工件预热温度；堆焊系统的焊枪头和焊接缺陷检测系统的探头同步紧随其后堆焊，可最大限度减少辊体预热温度散失，保证焊接质量。

2、本实用新型将焊前、焊中和焊后精准控温系统与焊接缺陷检测系统相统一，有效的提升了堆焊机工作性能和适用范围。对除鳞辊堆焊WC类药芯焊丝埋弧堆焊长辊子类产品、易开裂焊道尤其适用。通过张合式结构预热系统设计，结合温度自反馈功能实现对焊接辊子的精准控温。焊接缺陷检测系统实现对焊道瞬时检测，同步预警，有效的避免焊接废品产生，解决了行业瓶颈。

3、本实用新型设有焊接缺陷检测系统，可在焊接过程中对焊道进行探伤检查，发现内部焊接微观缺陷立刻预警处理，有效降低废品率。

4、本实用新型可适应对不同直径和长度辊子实施堆焊、焊前对辊子进行精准预热及对焊接过程中微观缺陷进行动态检测与预警，有效填补行业空白。

附图说明

图1是本实用新型立体结构示意图；

图2是本实用新型结构示意主视图；

图3是图1的Ⅰ处放大图；

图4是图1的Ⅱ处放大图；

图5是本实用新型焊接系统局部放大图；

图6是本实用新型另一角度立体结构示意图；

图7是本实用新型焊接系统送丝机构立体结构示意图；

图8是本实用新型焊接系统送丝机构另一角度立体结构示意图；

图9是本实用新型焊前预热与温度反馈系统立体结构示意图；

图10是本实用新型焊前预热与温度反馈系统局部放大图；

图11是本实用新型预热系统下桶盖循环水槽结构图；

图12为本实用新型耐火砖与电热丝装配图；

图13为本实用新型预热系统下桶盖结构示意图；

图14为本实用新型预热系统下桶盖内部装配图；

图15为本实用新型预热系统上桶盖与耐火砖装配图；

图16为本实用新型预热系统上桶盖剖视图；

图17为本实用新型石棉封堵结构示意图；

图18为本实用新型石棉压块结构图；

图19为本实用新型焊接系统PLC梯形图。

图中：1—电控柜、2—焊接辊子旋转驱动电机、3—齿轮减速箱、4—辊子夹持三爪卡盘、5—焊剂料斗、6—焊枪行走丝杠、7—焊前预热与温度反馈系统、8—焊枪行走电机、9—可移动式尾座顶头、10—顶头基座、11—预热系统行走导轨、12—预热系统行走电机、13—被焊件支撑平台、14—焊机立式支架行走导轨、15—循环水箱、16—废料槽、17—焊机立式支架、18—焊机立式支架行走电机、19—焊机立式支架地脚滚轮、20—焊枪垂直调整电机、21—焊枪头、22—被焊辊子、23—保护挡板、24—相控阵扫查探头、25—焊枪竖直调整电机、26—焊枪竖直调整丝杠、27—送丝驱动电机、28—送丝入口、29—焊枪垂直调整丝杠、30—焊剂输送软管、31—送丝滚轮、32—预热系统行走丝杠、33—进水管、34—出水管、35—预热系统上桶盖、36—预热系统下桶盖、37—热电偶、38—温度显示仪、39—耐火砖、40—电热丝、41—石棉压块、42—石棉封堵、43—预热系统循环水入口、44—预热系统循环水出口、45—水循环通道

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

【实施例】

如图1～图6所示，一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，包括焊前预热与温度反馈系统、堆焊系统、焊接缺陷检测系统、辊子夹持三爪卡盘4、可移动式尾座顶头9、电控柜1以及主体框架。被焊件支撑平台13、焊机立式支架行走导轨14、焊机立式支架17为支撑整个焊接装置的主体框架。

辊子夹持三爪卡盘4固接在被焊件支撑平台13，焊接辊子旋转驱动电机2和齿轮减速箱3互相配合为辊子夹持三爪卡盘4提供转动动力，辊子夹持三爪卡盘4夹持被焊辊子22的左端、顶头基座10平行置于被焊件支撑平台13上，可移动式尾座顶头9固接在顶头基座10上，使得可移动式尾座顶头9顶紧被焊辊子22的右端使其轴向固定。

通过焊前预热与温度反馈系统7给被焊辊子22精准预热，达到预定温度后将触发预热系统行走电机12，带动预热系统行走丝杠32旋转，使预热与温度反馈系统7沿着预热系统行走导轨11轴向移动，触发又一轮自反馈响应，确保对被焊辊子22精准预热。

焊机立式支架17包括相互平行的两个门式框架，中间横梁两端分别固接在两个门式框架的顶部。焊枪行走电机8与焊枪行走丝杠6安装在中间横梁上，焊枪行走丝母与焊枪行走丝杠6啮合，焊剂料斗5固接在焊枪行走丝母上。焊枪竖直调整丝杆26安装在焊枪行走丝母上，焊枪竖直调整电机25与焊枪竖直调整丝杆26相连，并带动其旋转，焊枪竖直调整丝母与焊枪竖直调整丝杆26啮合，焊枪垂直调整丝杆29安装在焊枪竖直调整丝母上，焊枪垂直调整电机20与之相连，并带动其旋转，焊枪垂直调整丝母与焊枪垂直调整丝杆29啮合，焊枪头21固接在焊枪垂直调整丝母上，相控阵扫查探头24固接在焊枪头21上。

通过堆焊枪行走电机8为焊枪行走丝杠6提供转动动力，实现焊枪头21与相控阵扫查探头24的轴向横移。

焊机立式支架17四个支腿底部设有焊机立式支架地脚滚轮19，焊机立式支架地脚滚轮19在焊机立式支架行走电机18的带动下可在焊机立式支架行走导轨14上滑移，以适应不同长度辊子的堆焊作业。

保护挡板23固连在预热系统下桶盖36前端，可防止焊接中焊剂的任意飞溅，保护被焊件支撑平台13、预热系统行走导轨11、焊机立式支架行走导轨14和预热系统行走丝杠32等部件的表面整洁，被保护挡板23挡住的焊剂会随弧形挡板滑落至废料槽16中，完成对焊剂的回收。

如图1、图2、图3、图6、图7、图8所示，焊枪垂直调整电机20和焊枪竖直调整电机25分别为焊枪垂直调整丝杠29和焊枪竖直调整丝杠26提供旋转动力，驱动焊枪头21与相控阵扫查探头24根据被焊辊子22尺寸要求进行移动焊接，并在堆焊中可实时检测被焊辊子22的焊接缺陷。

焊剂倒入焊剂料斗5中，经由焊剂输送软管30运送到焊枪头21的侧方，最终由焊枪头21送至被焊辊子22表面。焊丝从送丝入口28送入，送丝驱动电机27为送丝滚轮31提供转动动力，使焊丝挤压通过送丝滚轮31，并通过焊枪头21输送到被焊辊子22表面，完成堆焊工作。

如图9～图18所示，焊前预热与温度自反馈系统7包括预热系统上桶盖35、预热系统下桶盖36、温度显示仪38、耐火砖39、电热丝40、石棉压块41和石棉封堵42。预热系统的上、下桶盖采用开合式设计，对被焊辊子22实现环抱式加热。在预热系统上、下桶盖的内壁面布置有耐火砖39、电热丝40，确保对被焊辊子22受热均匀，减少温度梯度。石棉压块41和石棉封堵42可有效防止温度散失，使预热与温度自反馈系统7起到保温作用。预热系统上、下桶盖设置有预热系统循环水入口43、预热系统循环水出口44，在预热系统上、下桶盖金属壳内部设置有水循环通道45，水泵抽取循环水箱15中的水，经进水管33通过预热系统循环水入口43输送到预热系统上、下桶盖的水循环通道45中，经出水管34流回水箱，实现对预热系统上、下桶盖金属壳冷却降温，确保不会因为高温而损坏预热系统上、下桶盖。预热系统下盖36固接在预热系统行走丝母上，预热系统行走丝母与预热系统行走导轨11滑动连接，预热系统行走丝母与预热系统行走丝杠32啮合，预热系统行走电机12驱动预热系统行走丝杠32转动，进而推动预热系统行走丝母前后移动。

本实用新型工作原理与工作过程如下：

一、首先焊机立式支架行走电机18启动，驱动焊机立式支架地脚滚轮19使焊机立式支架17沿焊机立式支架行走导轨14移动。当吊挂在焊机立式支架17上堆焊系统移动到焊接初始位置后，打开预热系统上桶盖35，将被焊辊子22吊运至辊子夹持三爪卡盘4与可移动式尾座9之间，辊子夹持三爪卡盘4夹紧被焊辊子22的左端，顶头基座10支撑可移动式尾座顶头9顶紧被焊辊子22右端。合上预热系统上桶盖35，通过预热系统两端石棉封堵42使焊前预热与温度自反馈系统7与被焊辊子22之间的间隙进行密封，装卡完毕。

二、如图19所示，启动预热系统行走电机12驱动预热系统行走丝杠32转动，带动焊前预热与温度自反馈系统7移动到被焊辊子22最左端，被焊辊子22左端面与焊前预热与温度自反馈系统7左端面重合。

三、预热系统行走电机12停止工作，同时焊前预热与温度自反馈装置7开始对被焊辊子22进行预热加温。预热温度通过热电偶37在温度显示仪38上进行精准显示，达到预期温度后，通过温度自反馈启动预热系统行走电机12，焊前预热与温度自反馈系统7开始按照一定速度沿着预热系统行走轨道11向右移动。

四、与此同时，焊枪行走电机8，焊枪垂直调整电机20、焊枪竖直调整电机25启动，带动焊枪头21与相控阵扫查探头24紧随焊前预热与温度自反馈系统7移动，同步实现埋弧堆焊。

五、堆焊开始后，焊接旋转电机2通过齿轮减速箱3带动辊子加持三爪卡盘4带动被焊辊子22旋转。送丝驱动电机27驱动送丝滚轮31，焊丝由送丝入口28进入，由送丝滚轮31送至焊枪头21到达被焊辊子22表面。焊剂从料斗5由焊剂输送软管30输送至焊枪头21，到达被焊辊子22表面，对焊丝与辊体接触点进行包覆淹埋。

六、被焊辊子22经焊前预热与温度反馈系统7精准预热后，开始堆焊，相控阵扫查探头24与焊枪头21同步行走，对已形成焊道进行实时检测，发现焊接微观缺陷立即报警处理，及时停机补焊。若无异常，被焊辊子22未加工部分继续预热，根据被焊辊子22长度随时启动焊机立式支架行走电机18，以适应不同辊长要求。

七、堆焊中，循环水由进水管33从预热系统循环水入口43流入水循环通道45，从预热系统循环水出口44经出水管34流回循环水箱15，防止温度过高。

本实用新型将焊前预热和焊后动态预警检测相结合，将预热与堆焊工艺同步，有效降低了堆焊过程层间温度梯度，减少焊接过程微观缺陷。通过优化设计有效增加了焊机的工作范围。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：包括焊前预热与温度反馈系统、堆焊系统、焊接缺陷检测系统、多爪卡盘与顶头；多爪卡盘夹紧被焊工件的一端，顶头顶紧被焊工件的另一端；焊前预热与温度反馈系统位于多爪卡盘与顶头之间，且能够平移，采用半开张合式结构，内部均布电热丝，配置热电偶测试被焊工件预热温度，通过温度自反馈控制平移速度对被焊工件均恒预热；堆焊系统的焊枪头和焊接缺陷检测系统的探头固连且平行布置，吊挂在被焊工件上方，且能够平移，被焊工件均恒预热后，堆焊的同时进行焊接内部缺陷检测，以影像显示堆焊层内部状态。

2.根据权利要求1所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：所述焊前预热与温度反馈系统包括热电偶、温度显示仪、预热系统上桶盖、预热系统下桶盖、耐火砖、电热丝和石棉；预热系统上、下桶盖横向设置，通过转轴铰接，能上、下开合，闭合后为桶体，其两端布置环形石棉布柔性封堵桶体内腔；多支热电偶间隔均布在桶体上，以显示屏显示预热温度均值；预热系统上、下桶盖内壁嵌有耐火砖，耐火砖间隔槽内布置电热丝。

3.根据权利要求2所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：还包括水冷系统，预热系统上桶盖、预热系统下桶盖内壁与耐火砖之间设置水冷循环管路，水冷循环管路与水箱相连，通过水箱及循环泵供水，对预热系统上桶盖、预热系统下桶盖冷却。

4.根据权利要求1所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：还包括预热系统行走导轨、预热系统行走电机以及预热系统行走丝杠；预热系统下桶盖与预热系统行走丝母固接，预热系统下桶盖支撑在行走导轨上方，沿行走导轨滑移，预热系统行走丝母与预热系统行走丝杠啮合，预热系统行走电机驱动预热系统行走丝杠转动，进而推动预热系统行走丝母前后移动，使预热系统沿被焊辊体轴向前移。

5.根据权利要求1所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：还包括焊机立式支架，焊机立式支架包括相互平行的两个门式框架，中间横梁两端分别固接在两个门式框架的顶部；堆焊系统通过滑道吊挂于中间横梁上，中间横梁并行布置有丝杠，通过电机带动丝杠旋转实现堆焊系统横向移动；两个门式框架的四个支足分别设置行走轮，在行走电机带动下横向行走。

6.根据权利要求1所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：所述堆焊系统包括焊枪行走机构、焊枪竖直调整机构和垂直调整机构；焊枪行走机构、焊枪竖直调整机构和垂直调整机构分别通过伺服电机带动丝杠转动，三个丝杠空间上呈两两垂直布置，进而实现焊枪头位置轴向、竖直向和垂直向调整。

7.根据权利要求6所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：还包括送丝机构、焊剂料斗与废料槽；所述送丝机构由送丝驱动电机和四个送丝滚轮组成，送丝滚轮上、下双排布置，两两加持焊丝，以滚动摩擦带动焊丝进给焊枪头；

焊剂料斗通过焊剂输送软管与焊枪头相连，实现埋弧焊剂配送；废料槽位于焊枪头正下方地面上，用于收集焊接过程掉落的残余焊剂。

8.根据权利要求1所述的一种吊挂式自反馈温控堆焊设备，其特征在于：所述多爪卡盘采用三爪卡盘，焊接缺陷检测系统的探头采用相控阵扫查探头。

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