CN2341751Y - 一种管板自动氩弧焊接机头 - Google Patents
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Abstract
一种管板自动氩弧焊接机头,由定位机构、焊枪和喷嘴等部件组成。机头定位机构为插销式模板定位机构,由定位套和模板组成。定位套基本上与转动轴保持同心,定位套与模板为滑动配合。焊枪杆为挠性焊枪杆,焊枪杆与焊枪连接处设计成球面配合,外面加一节波纹管。插入导向管内的弹性定位杆由螺纹陶瓷管、定位杆、弹性定位套、弹簧和螺帽组成。弹性定位套和导向管内壁有5道间隙。焊枪的钨极与中心夹角为28°～32°左右。焊缝保护采用大喷嘴、全保护结构。用该机头焊接的核燃料组件,其焊缝质量均达到焊缝技术要求,并保证了组件焊前的装配精度。
Description
本实用新型涉及一种使用保护气体的电弧焊接装置，特别是涉及一种用于核电站核燃料组件管板焊接的自动氩弧焊接机头。
我国秦山核电站燃料组件的上管座与20根控制棒导向管采用焊接结构，焊缝结构示意图如图1所示。图1中，1｀为上管座，2｀为下管座，3｀为定位格架，4｀控制棒导向管，5｀管板焊缝。焊缝技术要求规定，焊缝表面应光滑平整、无氧化现象，焊缝内部不允许有裂纹、未熔合或未焊透，气孔不得大于φ0.3毫米，焊缝机械强度和腐蚀性能应与母材接近。由于在生产中不能采取无损检验手段检查，只能靠工艺保证，所以对机头结构提出了极为严格的要求。
从图1可见，焊缝受管板外围上框板限制，施焊空间位置很小，机头伸进距离既高又长。所以，采用一般的管板自动焊接机头很难进行焊接。国外对这种管座的管板焊接，是采用手工氩弧焊完成的。
为了满足组件生产需要，我们将原管板自动焊接机头改装成适合这种特殊焊接条件的专用机头，解决了组件管板自动焊接的技术难关。专用管板自动焊接机头由机头定位机构、焊枪、焊枪杆、喷嘴等组成。
本实用新型的目的在于提供一种压水堆核电站核燃料组件管板焊接专用机头，使用该机头圆满地实现了核燃料组件的上管座与控制棒导向管的自动焊接，焊缝质量达到了严格的焊缝技术要求，并保证了组件焊前的装配精度。
本实用新型的管板自动氩弧焊接机头，包括机头定位机构、焊枪、焊枪杆和喷嘴，其特点是机头定位机构为插销式模板定位机构，它由固定在机头的机壳上的定位套和模板组成，定位套基本上与转动轴保持同心，定位套与模板孔为滑动配合。焊枪杆为挠性焊枪杆，焊枪杆在与焊枪连接处设计成球面配合，外面加一节波纹管，用点焊的方法将波纹管分别固定在焊枪杆和焊枪上。插入导向管内的弹性定位杆由螺纹陶瓷管、定位杆、弹性定位套、弹簧和螺帽组成，焊枪和弹性定位杆由螺纹陶瓷管连接，定位杆和弹性定位套之间为滑动配合，弹性定位套和导向管内壁有5道间隙。焊枪的钨极与焊枪中心夹角为28°-32°；焊缝保护采用大喷嘴、全保护结构。
本实用新型的管板自动氩弧焊接机头，其设计是合理的，机头性能符合生产使用要求。该机头具有下述优点：
(1)采用了细长而有性的焊枪杆，使焊枪能以管子内壁为基准对中焊缝旋转焊接，从结构上解决了一般管板焊枪伸入距离短和旋转空间要求较大的问题，同时也解决了由于焊枪伸入距离长而带来的焊缝难以对中等问题，使焊枪对中环焊缝中心径向偏差不超过0.08毫米，轴向基本不变，对中达到了要求。
(2)采用了对环焊缝实行氩气全保护的大喷嘴结构，解决了一般薄壁管、小直径管板端接焊缝容易出现的氧化问题。
(3)设计了模板插销式机头定位机构，取代了原立式机头定位罩和卧式极座标旋转机头定位胎具。机头定位方法的改进，起到了简化定程序、缩短定位时间的作用，达到了管板焊缝对称施焊的工艺条件，减小了管板的热变形，有利于提高组件的装配质量。机头在焊接时，可按照事先编排的焊接规范，对号插入模板和导向管孔内进行焊接，无须再进行调整。因此，基本上排除了外来因素如视力偏差对焊接质量的影响，从工艺上保证了焊接过程和焊缝质量的稳定性。
(4)机头焊接效率高。根据实样焊接时间测定，每个环焊缝的平均时间为：
9秒(定位和自动复位)+26秒(焊接过程)+冷却时间＜1分钟。加上模板装配等辅助时间在内，焊完一盒组件不足一小时，每班若两套装配线同时组装，则机头每班可焊完五盒组件，比原来极座标焊接胎具效率提高了1～2倍，满足了生产需要。
本实用新型有下列附图：
图1管板焊缝结构示意图
图2机头结构示意图
图3焊枪示意图
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
图2为机头结构示意图。根据组件总装工艺的要求，机头必须采取卧式焊接方式。所谓卧式焊接是指焊枪横向插入管板孔内焊接，此时机头定位中心与管子轴心线在同一水平线上。
机头定位采用插销式模板定位结构。定位套2用钿钉固定在机头的机壳上，定位套2和转动轴15之间有0.5毫米间隙，并基本上与转动轴保持同心。定位套2和模板孔为滑动配合。机头经过定位套2插入模板3后，定位套2支撑着机头的全部重量(约4Kg)。
模板3材料为不锈钢，是考虑模板3外形尺寸和21孔加工精度的准确。模板3与管座上面的21孔位置相同。焊前，将模板与上管座上面贴合，四周围用角尺标准对齐，然后用三个弓形夹板固定连接。
试验证明，机头插销式模板定位结构具备以下优点：
(1)模板装卡简便易行，机头插入定位可靠，转换方便，满足快速定位的要求，为对称施焊创造了条件。
(2)由于定位套2支撑了焊接机头的全部重量，因此，转动轴15能满足焊接速度的要求。
关于焊枪对中问题的解决。焊枪对中实际上是机头的二次定位。焊枪对中主要解决焊枪对焊缝中心定位的准确度。
由于焊枪杆4较长，加上定位套2与模板3之间也有间隙存在，因此造成了焊枪旋转时出现径向摆动，影响了焊缝成形。
为了解决焊枪定位，我们采取了以下两个措施控制焊枪径向摆动，取得了较好的效果。
(1)设计挠性焊枪杆。如图2所示，焊枪杆4从机头伸出后，在与焊枪1连接处设计成球面配合。外面加了一节波纹管5。波纹管5内径φ10。外型规格φ15×0.2。用点焊的方法分别固定在焊枪杆4和焊枪1上。
波纹管5的作用有：a)维持焊枪1旋转力矩的传递，b)接通焊枪杆4至焊枪1的保护气流，c)为改变焊枪旋转中心起过渡作用。
当然，焊枪定位仅靠挠性焊枪杆是不行的。还必须借助挠性焊枪杆来改变焊枪的旋转中心，即不依靠电机减速传动轴为旋转中心，而改为依靠环焊缝中心旋转。这样才能控制焊枪径向摆动，达到准确定位的目的。
(2)采用弹性定位杆。如图2所示，焊枪通过螺纹陶瓷管12与弹性定位杆连接。弹性定位杆插入导向管7后，以导向管7内壁为基准面滑动，从而确定了焊枪定位基准，控制了焊枪的径向摆动。
弹性定位杆由螺纹陶瓷管12、定位杆8、弹性定位套9、弹簧和螺帽组成。定位杆8和弹性定位套9之间为滑动配合。弹性定位套9和导向管7内壁有5道间隙，因此焊枪径向定位可控制在0.05～0.08毫米以内。轴向窜动由波纹管控制基本不变。
弹簧的作用是为了缓和焊枪轴向伸入阻力而设计的；弹性定位套9有0.2毫米弹性变形，以便焊枪自由进出。
由于框架结构限制，焊枪1旋转空间很小，伸进距离较长，因此我们选择了管板内孔焊枪的形状，并在结构上进行改进，以适应管板端接焊缝的焊接条件和要求。焊枪的结构如图3所示。
焊枪1设计侧重解决以下几个问题：
(1)钨极夹持角度。钨极倾角是决定焊缝成形和熔透均匀的主要参数。一般内孔焊枪钨极角度选用90°或45°，是根据管板内孔对接或搭接焊缝结构确定的。对于管板端接焊缝结构，经我们多次试验后确定钨极与焊枪中心夹角为28°-32°比较适宜，焊缝呈半园形，环焊缝内凸不大于规定的技术指标，焊缝表面质量较好。焊枪钨极14直径为φ1.2毫米，钨极孔为φ1.5毫米，钨极固定螺钉与钨极成90°固定，钨极伸出长度可以适当调正。
(2)焊缝保护。由于端接焊缝全部暴露在空气中，因此，氩气流对焊缝的保护比内孔焊缝更为困难。过去我们曾采用局部保护方法，但保护效果不理想。若采用脱尾保护，则因环焊缝直径较小而难以制作。因此，我们分析了机头卧式管板焊接的具体条件，设计了适合环焊缝直径较小、管壁较薄、焊速较快的特点的气流保护装置，即大喷嘴、全保护结构。如图3所示：喷嘴11与焊枪1为1∶20锥面配合，在焊接管板四角焊缝时，由于框架限制喷嘴不能直接通过，须要拆装一次喷嘴11才能进行焊接。其余焊缝的焊接，喷嘴11均可一次通过。
当焊枪1定位后，喷嘴11距管板6有1毫米间隙，喷嘴11直径大于环焊缝直径，将焊缝罩住。焊接时，气流从焊枪4喷出，沿喷嘴11内壁进入焊缝，在管口有冷却杆挡住气流进入管内，因此绝大部分氩气是从喷嘴11与管板6间隙中排出的，起到了复盖和保护焊缝的目的。从试验结果看，焊缝表面呈现银白色，证明了这种结构的保护效果是比较理想的。
焊枪的绝缘保护主要解决两个问题：
(1)机头转动轴对模板3的绝缘。机头转动轴为焊接电源负极，模板3和上管座连接后为焊接电源正极。为了防止高频泄漏，我们选用了耐磨和绝缘性好的电工胶棒材料制作了定位套2，定位套把转动轴与模板3隔开。经试焊证明，绝缘性能良好。
(2)弹性定位杆与导向管之间的绝缘。由于焊枪1和弹性定位杆连接部位离电弧很近，温度很高，因此，连接材料必须具备绝缘耐高温两个性能。我们选用了M4细牙内螺纹陶瓷管连接焊枪1和弹性定位杆，在接头中间留有2-3毫米间隔填上绝缘材料黑封胶13，增强接头的绝缘性能。经多次焊接试验情况分析，高频引弧正常，瓷管的耐温和绝缘性能良好，没有发生高频击伤管壁现象，焊接过程安全可靠。
Claims (5)
1、一种管板自动氩弧焊接机头，包括机头定位机构、焊枪(1)、焊枪杆(4)和喷嘴(11)，其特征在于机头定位机构为插销式模板定位机构(2、3)，它由固定在机头的机壳上的定位套(2)和模板(3)组成，定位套(2)基本上与转动轴(15)保持同心，定位套(2)与模板孔为滑动配合；焊枪杆(4)为挠性焊枪杆，焊枪杆在与焊枪连接处设计成球面配合，外面加一节波纹管(5)，用点焊的方法将波纹管分别固定在焊枪杆(4)和焊枪(1)上，插入导向管(7)内的焊枪定位杆由螺纹陶瓷管(12)、定位杆(8)、弹性定位套(9)、弹簧和螺帽组成，定位杆(8)和弹性定位套(9)之间为滑动配合，弹性定位套(9)和导向管(7)内壁有5道间隙；焊枪(1)钨极(14)与焊枪中心夹角为28°～32°；焊缝保护采用大喷嘴、全保护结构。
2、如权利要求1所述的自动氩弧焊接机头，其特征在于波纹管(5)的内径为φ10毫米，外型规格15×0.2毫米；焊枪钨极(14)的直径为φ1.2毫米，钨极孔为φ1.5毫米。
3、如权利要求2所述的自动氩弧焊接机头，其特征在于喷嘴(11)与焊枪(1)为1∶20锥面配合，在焊接管板四角焊缝时，由于框架限制喷嘴(11)不能直接通过，需要拆装一次喷嘴才能进行焊接。
4、如权利要求3所述的自动氩弧焊接机头，其特征在于当焊枪(1)定位后，喷嘴(11)距管板(6)有1毫米间隙，喷嘴(11)直径大于环焊缝直径，将焊缝罩住。
5、如权利要求4所述的自动氩弧焊接机头，其特征在于定位套(2)是由耐磨和绝缘性好的电工胶棒材料制作；螺纹陶瓷管(12)为M4细牙内螺纹陶瓷管。
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