專利名稱：90°彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置及其自動堆焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出的90。彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置及其自動堆焊方法，屬于自動堆 焊技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到用于壓力容器中的90。彎管內(nèi)壁耐蝕層的自動堆焊裝置及其自動 堆焊方法。
背景技術(shù)：
對于工作環(huán)境處于高溫、高壓且通有腐蝕介質(zhì)的重型壓力容器，如核電機(jī)組中的 壓力殼、乙烯裝置中的加氫反應(yīng)器、大型煤制氣裝置中的液化爐和汽化爐等，容器的內(nèi)壁需 要堆焊耐蝕層，其中進(jìn)料管、池料管上的90。彎管內(nèi)壁的自動堆焊一直是生產(chǎn)制造中的難 題。 哈爾濱焊接研究所已開發(fā)出30°彎管內(nèi)壁自動堆焊機(jī)，并在生產(chǎn)中應(yīng)用，這種堆 焊采用工件旋轉(zhuǎn)加變位，圓周焊道螺旋排列，這種堆焊不能實(shí)現(xiàn)90。彎管內(nèi)壁整體堆焊，只 能將90°分三段，分別對三段管堆焊后，再組焊成9(T彎管，這種9(T彎管的堆焊方法生 產(chǎn)周期長，堆焊和焊接質(zhì)量不容易保證。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述背景技術(shù)中90°彎管內(nèi)壁耐蝕層堆焊技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用 于90°彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置和90。彎管內(nèi)壁耐蝕層堆焊方法，從而能高質(zhì)量的 完成90°彎管內(nèi)壁耐蝕層的堆焊，并且明顯縮短生產(chǎn)周期。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 1、一種90°彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置，其特征在于 *底座2上裝有左床頭箱3和右床頭箱4，左床頭箱3內(nèi)設(shè)有翻轉(zhuǎn)電機(jī)5，橫梁6固 定在上述左床頭箱3與右床頭箱4之間，轉(zhuǎn)盤7連接在橫梁6上，橫梁6上設(shè)有擺動電機(jī)8 ;
*三組開合夾具9、10、11由固定在轉(zhuǎn)盤7上的三個向心配置的夾具滑座9-l、10-l、
11- 1、固定件9-2、10-2、11-2、轉(zhuǎn)軸9-3、10-3、11-3、活動件9-4、 10-4、 11-4和鎖緊螺桿9-5、 10-5 、11-5組成； *90°彎管焊槍12由焊槍頭12-1、輸送管12-2、轉(zhuǎn)角電機(jī)12_3、齒輪12_4和軸承
12- 5組成，在輸送管12-2的后端部還設(shè)有水管12-6、進(jìn)絲孔12-7和進(jìn)氣孔12_8 ;焊槍12 通過連接法蘭13固定在三維導(dǎo)軌14上，而三維導(dǎo)軌14與橫梁6相連接。 2、利用上述自動焊堆焊裝置的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于； 通過轉(zhuǎn)角電機(jī)12-3轉(zhuǎn)動和借助在三維導(dǎo)軌14的移位，實(shí)現(xiàn)焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)角
和位移，以保證90°彎管1內(nèi)壁每一點(diǎn)的高質(zhì)量的堆焊； *由于翻轉(zhuǎn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動，使固定在轉(zhuǎn)盤7上的90°彎管1隨之翻轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)90。彎 管1內(nèi)壁一道道縱焊道順序堆焊； 4罷動電機(jī)8擺動，使固定在轉(zhuǎn)盤7上的90。彎管l往復(fù)擺動，以實(shí)現(xiàn)90。彎管1 內(nèi)壁每一縱向焊道從頭至尾堆焊。
3、根據(jù)上述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于， 由于翻轉(zhuǎn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的在轉(zhuǎn)盤7上90°彎管1轉(zhuǎn)動角度大小取決于設(shè)計(jì)要 求的堆焊焊道的寬度。 4、根據(jù)上述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于， 由擺動電機(jī)8轉(zhuǎn)動所形成的在轉(zhuǎn)盤7上90。彎管1的擺動速度是設(shè)計(jì)要求的焊道 堆焊的速度。 5、根據(jù)上述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于， 以90°彎管l內(nèi)徑d和曲率半徑R為參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，在綜合考慮翻轉(zhuǎn)電機(jī)5的 轉(zhuǎn)動角度，擺動電機(jī)8的擺動速度以及焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)角和位移，采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行 堆焊。 6、根據(jù)上述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于， 根據(jù)90°彎管1不同的內(nèi)徑d和曲率半徑R，首先使三個開合夾具9、 10、 11在三 個夾具滑座9-1 、 10-1 、 11-1上滑動，以調(diào)整到合適尺寸，其后將三個活動件9-4、 10-4、 11-4 繞轉(zhuǎn)軸9-3、 10-3、 11-3翻轉(zhuǎn)與固定件9-2、 10-2、 11-2閉合扣住90。彎管l，插入并擰緊鎖 緊螺桿9-5、10-5、11-5，使90°彎管l牢固安裝在轉(zhuǎn)盤7上，反之要卸下90。彎管l時(shí)，松 開并提出鎖緊螺桿9-5、10-5、ll-5，反向轉(zhuǎn)動松開活動件9-4、 10-4、 11-4即可。


圖190°彎管內(nèi)壁堆焊耐蝕層的示意圖； 圖2堆焊90°彎管內(nèi)壁耐蝕層的自動堆焊堆焊裝置主要部件的示意圖； 圖3堆焊裝置中彎曲的焊槍的外形圖； 圖4圖3的A-A放大剖視圖，表示彎曲的焊槍前部結(jié)構(gòu)； 圖5圖3的B-B剖面圖，表示彎曲的焊槍后部結(jié)構(gòu)； 圖6三組開合夾具的布置示意圖； 圖7三組開合夾具結(jié)構(gòu)和鎖緊工件的示意圖； 圖8堆焊方法和堆焊過程的示意圖； 圖9焊槍頭轉(zhuǎn)角過程的示意圖； 圖10焊槍頭的轉(zhuǎn)動中心位移的示意圖； 圖1為內(nèi)壁為耐蝕層的90。彎管l的示意圖，圖的上部為堆有耐蝕層的90。彎管 1的外形圖，圖的下部為90°彎管1的剖視圖，彎管內(nèi)壁為縱向排列的耐蝕層堆焊層。
圖2表示用90°彎管1內(nèi)壁耐蝕層堆焊的自動堆焊裝置的主要部件。在該兩圖 中，1為90°彎管，2為底座，3為左床頭箱，4為右床頭箱，左床頭箱3內(nèi)設(shè)置一翻轉(zhuǎn)電機(jī)5， 一橫梁6固定在上述左床頭箱3與右床頭箱4之間，轉(zhuǎn)盤7連接在橫梁6上，橫梁6設(shè)有擺 動電機(jī)8， 12為焊槍。結(jié)合圖5，彎曲的焊槍12通過連接法蘭13固定在三維導(dǎo)軌14上。
圖3、圖4和圖5表示彎曲的焊槍12的組成，其中圖4是圖3的前部結(jié)構(gòu)的A_A放 大剖面圖，圖5是圖3后部結(jié)構(gòu)B-B的剖面圖。焊槍12由前部結(jié)構(gòu)、輸送管12-2和后部結(jié) 構(gòu)組成，前部結(jié)構(gòu)由焊槍頭12-1、轉(zhuǎn)角電機(jī)12-3、齒輪12-4和軸承12-5構(gòu)成，后部結(jié)構(gòu)設(shè) 有冷卻水管12-6、進(jìn)絲孔12-7和進(jìn)氣孔12-8。 圖6和圖7表示三組開合夾具9、10、11的布置、結(jié)構(gòu)和固定住90。彎管1的示意
4圖。通過固定在轉(zhuǎn)盤7上的三個夾具滑座9-l、10-l、ll-l的滑動，依據(jù)90。彎管l的內(nèi)徑 d和曲率半徑R并參照標(biāo)尺9-6、 10-6、 11-6使三個夾具9、 10、 11調(diào)節(jié)到合適的位置，首先將 活動件9-4繞軸9-3翻轉(zhuǎn)與固定件9-2閉合，插入并擰緊鎖緊螺桿9-5，使90°彎管1牢固 安裝在轉(zhuǎn)盤7上，反之要卸下90。彎管1時(shí)，松開并抽出鎖緊螺桿9-5，反向轉(zhuǎn)動打開活動 件9-4即可。 通過圖8說明本申請的利用埋弧自動焊裝置進(jìn)行90。彎管l的堆焊方法和堆焊過 程。 如圖8(a)所示，90°彎管1由開合夾具9固定在轉(zhuǎn)盤7上，翻轉(zhuǎn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動，借助 連接在橫梁6上的轉(zhuǎn)盤7而使90°彎管1相應(yīng)轉(zhuǎn)動，9(T彎管1的轉(zhuǎn)動角度取決設(shè)計(jì)要求 的堆焊焊道寬度，翻轉(zhuǎn)電機(jī)5的轉(zhuǎn)動保證一道道縱向焊道順序排列。 當(dāng)擺動電機(jī)8轉(zhuǎn)動時(shí)，焊槍頭12-1開始在90°彎管1內(nèi)部擺動堆焊，擺動電機(jī)8 的擺動速度就是焊槍頭12-1的堆焊速度，當(dāng)一縱向焊道堆焊完時(shí)，堆焊過程停止，焊槍頭 12-1擺回原來的出發(fā)點(diǎn)，待擺動電機(jī)8再次擺動，開始第二道的堆焊過程。這樣循環(huán)往復(fù)進(jìn) 行，最終完成90。彎管l全部內(nèi)壁的耐蝕層堆焊。 圖8(a)表示在90°彎管1內(nèi)焊槍頭12_1開始堆焊第一道的狀態(tài)，堆焊開始，焊槍 頭12-1處于0°的位置，翻轉(zhuǎn)電機(jī)5轉(zhuǎn)動，使90。彎管l轉(zhuǎn)動一焊道寬度，堆焊進(jìn)行到下焊 道位置焊槍頭12-1沿焊槍轉(zhuǎn)動中心運(yùn)動軌跡運(yùn)動，這樣周而復(fù)始，連續(xù)進(jìn)行堆焊，堆焊進(jìn) 行到90°位置。圖8(b)則表示堆焊連續(xù)進(jìn)行到焊槍頭12-1在90°位置，完成90。的堆焊 焊道，類似的堆焊往復(fù)循環(huán)，一直到90。彎管1內(nèi)壁整個表面堆焊完。
下面通過焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)角和位移進(jìn)一步說明本申請的堆焊方法。
圖9表示焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)角過程，圖9 (1)表示焊槍頭12-1在水平位置堆焊第一 焊道的狀況，此時(shí)焊槍頭12-1處于轉(zhuǎn)到中心運(yùn)動軌跡的A點(diǎn)，堆焊完第一焊道后，90。彎管 1與三組開合夾具9、 10、 11 一起聯(lián)同轉(zhuǎn)盤7翻轉(zhuǎn)一角度a，此時(shí)焊槍頭12-1向下轉(zhuǎn)角指向 第二焊道，即圖9(2)所示的狀況，依次類推，90。彎管1連續(xù)向上翻轉(zhuǎn)至45。，焊槍頭12-1 頁轉(zhuǎn)角至45° ，這就是圖9(3)所示的狀況，焊槍頭12-1處于轉(zhuǎn)動中心運(yùn)動軌跡的B點(diǎn)，焊 槍頭12-1進(jìn)行第八焊道堆焊。 圖10表示焊槍頭12-1轉(zhuǎn)動中心位移的狀況，焊槍12鵝頸長度是一定的，而90° 彎管1的內(nèi)徑是變化的，這樣焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)動中心不可能總落在內(nèi)孔的中心上，如圖11 所示，當(dāng)堆焊第一焊道時(shí)，焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)動中心在A點(diǎn)上，而當(dāng)堆焊第八焊道時(shí)，焊槍頭 12-1的轉(zhuǎn)動中心則在B點(diǎn)上，因此，就要求用焊槍12后部設(shè)置的三維導(dǎo)軌14進(jìn)行X、 Y方 向調(diào)整，使焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)動中心移動到B點(diǎn)。 正是由于這種焊槍頭12-1的轉(zhuǎn)角和位移，才保證90。彎管隨轉(zhuǎn)盤7不斷轉(zhuǎn)動時(shí)焊 槍頭12-1能始終保持在水平位置進(jìn)行堆焊。 由于焊槍12的后部采用軟管連接，所以當(dāng)焊槍12轉(zhuǎn)角范圍為180。時(shí)，軟管部分 可以擰動，不影響水、電、氣流通。
具體實(shí)施例方式
利用本發(fā)明提出的90。彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置及其自動堆焊方法完成 90°彎管內(nèi)壁的耐蝕層的堆焊。
5
首先將90°彎管1借助三組開合夾具9、10、11置于轉(zhuǎn)盤7上，根據(jù)90。彎管1不 同的內(nèi)徑d和曲率半徑R，三組開合夾具9、 10、 11在三個夾具滑座9-1 、 10-1 、 11-1上滑動， 以調(diào)整到合適尺寸，其后將三個活動件9-4、 10-4、 11-4翻轉(zhuǎn)與固定件9-2、 10-2、 11_2閉合， 使90°彎管1牢固安裝在轉(zhuǎn)盤7上，使90。彎管1能與轉(zhuǎn)盤7—起翻轉(zhuǎn)。
將轉(zhuǎn)盤7和90。彎管1翻轉(zhuǎn)到處于水平焊的0。位置，由擺動電機(jī)8轉(zhuǎn)動，焊槍頭 12-1開始進(jìn)行第一道堆焊，完成第一道堆焊后，焊槍頭12-1自動息弧停止堆焊，轉(zhuǎn)盤7反 相轉(zhuǎn)動回到起焊位置，這時(shí)由于翻轉(zhuǎn)電機(jī)5的轉(zhuǎn)動，使90°彎管1隨轉(zhuǎn)盤7 —起變位，同時(shí) 焊槍頭12-1相應(yīng)的進(jìn)行轉(zhuǎn)角和移位，指向第二道堆焊焊道位置，并且使第二焊道仍然處于 水平位置，這時(shí)再一次啟動電弧堆焊，完成第二焊道堆焊，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成90°彎 管1內(nèi)壁的全部堆焊。還有堆焊焊道寬度取決于翻轉(zhuǎn)電機(jī)5的翻轉(zhuǎn)角度和焊槍頭12-1的 堆焊速度取決于擺動電機(jī)8的擺動速度。 綜合上述各點(diǎn)，即以90°彎管1的內(nèi)徑d和曲率半徑R為數(shù)學(xué)模型，再綜合考慮翻 轉(zhuǎn)電機(jī)5的轉(zhuǎn)動角度、擺動電機(jī)8的擺動速度以及焊槍頭12-1轉(zhuǎn)角和位移，采用數(shù)字控制 技術(shù)完成整個堆焊過程。 本申請的裝置及其方法實(shí)現(xiàn)90°彎管內(nèi)壁耐蝕層堆焊的主要技術(shù)參數(shù)如下 90°彎管的內(nèi)徑D的范圍200 500mm 90°彎管的曲率半徑R的范圍400 1000mm
20 80mm 600 1600mm 300-400mm/min 10 14mm 200 250A 30 32V
①1.2 ①1.6匪(藥芯焊絲)








90°
90°彎管內(nèi)壁的堆焊長度 焊槍頭的堆焊速度 堆焊焊道的寬度 堆焊的額定電流 堆焊的額定電壓 焊絲直徑
本申請的裝置和方法能夠進(jìn)行各種尺寸的90。彎管內(nèi)壁耐蝕層的自動堆焊，并且
效率高，質(zhì)量有保證。
權(quán)利要求
一種90°彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置，其特征在于·底座(2)上裝有左床頭箱(3)和右床頭箱(4)，左床頭箱(3)內(nèi)設(shè)有翻轉(zhuǎn)電機(jī)(5)，橫梁(6)固定在上述左床頭箱(3)與右床頭箱(4)之間，轉(zhuǎn)盤(7)連接在橫梁(6)上，橫梁(6)上設(shè)有擺動電機(jī)(8)；·三組開合夾具(9、10、11)由固定在轉(zhuǎn)盤(7)上的三個向心配置的夾具滑座(9-1、10-1、11-1)、固定件(9-2、10-2、11-2)、轉(zhuǎn)軸(9-3、10-3、11-3)、活動件(9-4、10-4、11-4)和鎖緊螺桿(9-5、10-5、11-5)組成；·90°彎管焊槍(12)由焊槍頭(12-1)、輸送管(12-2)、轉(zhuǎn)角電機(jī)(12-3)、齒輪(12-4)和軸承(12-5)組成，在輸送管(12-2)的后端部還設(shè)有水管(12-6)、進(jìn)絲孔(12-7)和進(jìn)氣孔(12-8)；焊槍(12)通過連接法蘭(13)固定在三維導(dǎo)軌(14)上，而三維導(dǎo)軌(14)與橫梁(6)相連接。
2. 利用上述權(quán)利要求1所述的自動焊堆焊裝置的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于； 通過轉(zhuǎn)角電機(jī)(12-3)轉(zhuǎn)動和借助三維導(dǎo)軌(14)的移位，實(shí)現(xiàn)焊槍頭(12-1)的轉(zhuǎn)角 和位移，以保證90。彎管(1)內(nèi)壁每一點(diǎn)的高質(zhì)量的堆焊；*由于翻轉(zhuǎn)電機(jī)(5)轉(zhuǎn)動，使固定在轉(zhuǎn)盤(7)上的90°彎管(1)隨之翻轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)90。 彎管(1)內(nèi)壁一道道縱焊道順序堆焊；*擺動電機(jī)(8)擺動，使固定在轉(zhuǎn)盤(7)上的90°彎管(1)往復(fù)擺動，以實(shí)現(xiàn)90。彎管 (1)內(nèi)壁每一縱向焊道從頭至尾堆焊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于，由翻轉(zhuǎn)電機(jī)(5)轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的在轉(zhuǎn)盤(7)上90°彎管(1)轉(zhuǎn)動角度大小取決于設(shè)計(jì)要 求的堆焊焊道的寬度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于，由擺動電機(jī)(8)轉(zhuǎn)動所形成的在轉(zhuǎn)盤(7)上90°彎管(1)的擺動速度是設(shè)計(jì)要求的焊 道堆焊的速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于，以90°彎管(1)內(nèi)徑d和曲率半徑R為參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，在綜合考慮翻轉(zhuǎn)電機(jī)(5)的 轉(zhuǎn)動角度，擺動電機(jī)(8)的擺動速度以及焊槍頭(12-1)的轉(zhuǎn)角和位移，采用數(shù)字控制技術(shù) 進(jìn)行堆焊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動堆焊90。彎管的方法，其特征在于，根據(jù)9(T彎管(1)不同的內(nèi)徑d和曲率半徑R，首先使三個開合夾具(9、10、11)在三 個夾具滑座(9-l、10-l、ll-l)上滑動，以調(diào)整到合適尺寸，其后將三個活動件(9-4、10-4、11- 4)繞轉(zhuǎn)軸(9-3、 10-3、 11-3)翻轉(zhuǎn)與固定件(9-2、 10-2、 11-2)閉合扣住90。彎管(l)，插 入并擰緊鎖緊螺桿(9-5、10-5、11-5)，使90°彎管(1)牢固安裝在轉(zhuǎn)盤(7)上，反之要卸下 90°彎管(1)時(shí)，松開并提出鎖緊螺桿(9-5、10-5、ll-5)，反向轉(zhuǎn)動松開活動件(9-4、10-4、 11-4)即可。
全文摘要
本發(fā)明提出的90°彎管內(nèi)壁耐蝕層自動堆焊裝置及其自動堆焊方法屬于自動堆焊技術(shù)領(lǐng)域。它為解決背景技術(shù)中重型壓力容器中90°彎管內(nèi)壁耐蝕層堆焊周期長、堆焊質(zhì)量不易保證的技術(shù)問題。本發(fā)明的自動堆焊裝置和自動堆焊方法主要包括通過轉(zhuǎn)角電機(jī)(12-3)轉(zhuǎn)動和三維導(dǎo)軌(14)的位移，完成焊槍頭(12-1)的轉(zhuǎn)角和位移，翻轉(zhuǎn)電機(jī)(5)的轉(zhuǎn)動使90°彎管(1)轉(zhuǎn)動，擺動電機(jī)(8)的擺動使焊槍頭(12-1)進(jìn)行一定速度的堆焊，以上各因素使得90°彎管(1)內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量堆焊。本發(fā)明主要用于工作環(huán)境為高溫、高壓且通過腐蝕介質(zhì)的重型壓力容器中的90°彎管內(nèi)壁的耐蝕層的堆焊。
文檔編號B23K9/04GK101780582SQ20091007709
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者于丹, 孟兆林, 楊克非, 王永江, 王鍇 申請人:機(jī)械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所