專利名稱：一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置tig自動堆焊設(shè)備及其焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備及其焊接方法，特別適用于整體90度彎管內(nèi)壁防腐層的堆焊和相同直徑的直管對接后，接口處和直管的內(nèi)壁的防腐層堆焊，屬于自動焊設(shè)備和焊接方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
90度彎管接頭是容器進(jìn)、出口，石化領(lǐng)域管網(wǎng)中常用的管接頭，其容器上部彎管是一個(gè)90度彎管，下部卸料管由90度彎管與直管組成?，F(xiàn)有的30度彎管內(nèi)壁自動堆焊機(jī)， 是早期研制的。因彎管需要旋轉(zhuǎn)，直焊頭會與工件內(nèi)壁干涉，在滿足工件尺寸變化范圍時(shí)， 能夠?qū)崿F(xiàn)彎管不刮碰焊頭的角度最大為30度。通過30度彎管旋轉(zhuǎn)、變位和焊頭變寬度擺動，使堆焊位置始終處于水平位置，焊完一周后變位器將彎管變位到下一圈繼續(xù)焊接，實(shí)現(xiàn) 30度彎管水平位置TIG自動堆焊。設(shè)備由PLC控制旋轉(zhuǎn)速度，擺動寬度，工件提升、傾角和焊頭橫移動作，通過電控方式，完成彎管沿彎管中心轉(zhuǎn)動的變位，使焊接位置始終處于水平位置。目前只能采用分段堆焊，采用手工焊組焊方法，實(shí)現(xiàn)90度彎管內(nèi)防腐層的堆焊。由于 90度彎管是由3段30度彎管組焊成的。組焊時(shí)需要預(yù)熱焊接，焊完后需要進(jìn)行射線探傷， 合格后再預(yù)熱，手工進(jìn)行焊口處內(nèi)表面首層309L堆焊，探傷合格后進(jìn)行347L堆焊，合格后進(jìn)行下一道焊口的組焊，過程與上述相同。另外有一種90度彎管堆焊設(shè)備采用的是融化極氣體保護(hù)焊，沿彎管內(nèi)壁縱向進(jìn)行堆焊，焊接時(shí)彎管通過變位器完成焊接軌跡運(yùn)動。顯然， 以上兩種焊接方法存在以下問題1、焊接過程由自動堆焊和手工組焊、堆焊實(shí)現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)全自動焊接，組焊位置存在出現(xiàn)焊接缺陷返修的隱患；2、組焊處需要進(jìn)行射線探傷，著色和超聲探傷，需要冷卻后才能進(jìn)行，焊接時(shí)又需要預(yù)熱，浪費(fèi)燃?xì)?，增加生產(chǎn)成本，生產(chǎn)周期長。3、縱向90度彎管堆焊設(shè)備，容易出現(xiàn)缺陷的引弧和收弧都集中在管兩端，端頭不易平齊，變位器體積龐大，焊接時(shí)彎管與變位器一起轉(zhuǎn)動，需要完全固定牢靠，焊接過程不能觀察。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG 自動堆焊設(shè)備及其焊接方法，該自動焊設(shè)備通過電氣控制六軸聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)焊頭沿彎管內(nèi)壁環(huán)向焊接，焊頭橫向擺動，擺動寬度由程序根據(jù)焊頭所在彎管圓周位置計(jì)算確定。焊完一周后焊頭沿彎管中心移動到下一條焊道位置，反向旋轉(zhuǎn)連續(xù)進(jìn)行焊接，一次完成整體90度彎管的內(nèi)壁防腐層的堆焊任務(wù)，減少兩道組焊口的成本和缺陷隱患，從而提高焊接質(zhì)量和能源消耗，另外還可完成90度彎管與對接直管的內(nèi)壁堆焊。本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，它主要包括一個(gè)安裝在基座上的變位機(jī)構(gòu)、一個(gè)工作臺和一個(gè)旋轉(zhuǎn)焊頭，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉(zhuǎn)焊頭通過變位機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)在工作臺上工件的堆焊位置。所述變位機(jī)構(gòu)包含水平行走機(jī)構(gòu)、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和水平伸縮橫梁。所述水平行走機(jī)構(gòu)直接設(shè)置在基座上，通過行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)齒輪齒條驅(qū)動在直線導(dǎo)軌上作水平行走。所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)立柱設(shè)置在水平行走機(jī)構(gòu)的上方，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)通過齒輪傳動驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)；在水平旋轉(zhuǎn)架上設(shè)有一個(gè)升降架，在升降架內(nèi)設(shè)置所述升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)通過升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)螺桿螺母驅(qū)動升降滑座沿升降架移動；在升降滑座上固定連接一個(gè)伸縮橫梁滑座，所述水平伸縮橫梁設(shè)置在伸縮橫梁滑座上，通過水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)螺桿螺母驅(qū)動伸縮橫梁滑架在伸縮橫梁滑座上移動。在水平伸縮橫梁的端部通過焊頭連接裝置連接所述旋轉(zhuǎn)焊頭，由電氣控制裝置，按旋轉(zhuǎn)焊頭所處位置，對應(yīng)擺動寬度，正向一周，反向一周，連續(xù)實(shí)現(xiàn)90度整體彎管內(nèi)壁防腐層的堆焊作業(yè)。所述焊頭連接裝置采用第一焊頭連接過渡梁。所述焊頭連接裝置采用手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁與第二焊頭連接過渡梁的組合結(jié)構(gòu)。所述水平行走機(jī)構(gòu)采用齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，在所述基座上設(shè)置二個(gè)方鋼，在方鋼上各固定一個(gè)直線導(dǎo)軌，在其中一個(gè)直線導(dǎo)軌側(cè)面固定一個(gè)行走齒條，行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動與行走齒條嚙合的行走驅(qū)動齒輪。所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動大齒輪與水平旋轉(zhuǎn)架一起旋轉(zhuǎn)。所述升降機(jī)構(gòu)采用螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)滾珠螺桿驅(qū)動與滾珠螺母固定在一起的升降滑座升降。所述水平伸縮橫梁采用螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)經(jīng)螺桿、與伸縮橫梁滑座固定在一起的螺母驅(qū)動伸縮橫梁滑架移動。所述旋轉(zhuǎn)焊頭采用立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和橫向擺動機(jī)構(gòu)。所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的焊接方法采用以下步驟(1)調(diào)整旋轉(zhuǎn)焊頭位置和旋轉(zhuǎn)半徑；(2)輸入常規(guī)參數(shù)通過電氣控制系統(tǒng)的觸摸屏輸入的90度彎管工件的內(nèi)徑和彎曲半徑，基本參數(shù)和焊接分區(qū)工藝參數(shù)；(3)安裝工件將旋轉(zhuǎn)焊頭水平旋轉(zhuǎn)躲開工作臺，將90度彎管吊到工作臺上，通過固定在工作臺上的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，調(diào)整90度彎管彎曲中心與焊頭水平旋轉(zhuǎn)中心重合，彎管中心線與工作臺平行；(4)調(diào)整各軸初始位置復(fù)位通過手動方式將焊頭旋轉(zhuǎn)軸和焊頭水平旋轉(zhuǎn)軸調(diào)到設(shè)定焊接起始位置，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位，各軸初始坐標(biāo)將按90度彎管設(shè)定參數(shù)和程序的初始位置賦值、計(jì)算；(5)執(zhí)行90度彎管全位置連續(xù)堆焊軌跡控制流程
選擇焊接程序按下焊接按鈕，由電氣控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的焊接程序依次完成90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置一周堆焊，通過水平旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，使焊頭移動到第二條焊道，改變焊頭旋轉(zhuǎn)方向，切換到第二送絲機(jī)構(gòu)送絲，焊完第二條焊縫后在，通過水平旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，使焊頭移動到第三條焊道，改變焊頭旋轉(zhuǎn)方向，切換到第一送絲機(jī)構(gòu)送絲，循環(huán)到最后一道焊完。本發(fā)明的有益效果是這種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備體積小，工件擺放調(diào)整容易，易于觀察和操作，完成90度整體彎管內(nèi)防腐層的全位置連續(xù)自動堆焊。其優(yōu)點(diǎn)如下1、通過電氣控制裝置的協(xié)調(diào)控制達(dá)到了四軸聯(lián)動，通過旋轉(zhuǎn)焊頭位置控制焊頭橫向擺動寬度和旋轉(zhuǎn)速度，使焊頭旋轉(zhuǎn)速度與擺動寬度成反比，實(shí)現(xiàn)90度彎管內(nèi)部一周扇形不等寬等厚度堆焊，通過最小寬度控制，保證旋轉(zhuǎn)方向搭接量。2、采用90度彎管整體一次成型，減少30度彎管曲型次數(shù)，節(jié)省工時(shí)和燃?xì)狻?、減少由30度彎管組焊成90度彎管需要的兩道焊口，節(jié)省了兩道焊口的焊接工時(shí)、焊材，探傷工序和工時(shí)、材料和預(yù)熱燃?xì)獾荣M(fèi)用，避免了組焊焊道出現(xiàn)焊接缺陷的隱患。 完全實(shí)現(xiàn)了自動焊接，提高了焊材利用率。4、采用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向各焊一周的方法，避免氣、電水、多路信號連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳輸機(jī)構(gòu)體積大的問題，減小焊頭體積。5、有弧壓控制功能，基值、峰值采樣選擇，通過檢測電弧電壓與設(shè)定電壓比較，控制電弧電壓波動最小。6、具有耐熱防護(hù)裝置，焊頭上的部件和攝像頭可在加熱200°C以下彎管內(nèi)連續(xù)工作，并有超溫報(bào)警功能。7、可進(jìn)行90度彎管與對接直管，對接位置和直管的內(nèi)壁堆焊；8、體積小于縱向90度彎管堆焊和彎管不需要?jiǎng)傂怨潭ǎ?0度彎管端頭堆焊平齊， 不存在縱向熔化極堆焊，容易出現(xiàn)問題的起弧和收弧點(diǎn)集中在彎管端頭，需要進(jìn)行處理。


圖1是一種內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)主視圖。圖2是圖1的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖3是圖1的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖4是圖1中所示旋轉(zhuǎn)焊頭的結(jié)構(gòu)放大圖。圖5是圖2中所示旋轉(zhuǎn)焊頭的結(jié)構(gòu)放大圖。圖6是另一種內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖7是手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁安裝位置示意圖。圖中1、旋轉(zhuǎn)焊頭，la、立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，lb、橫向擺動機(jī)構(gòu)，lc、擺動機(jī)構(gòu)光杠，Id、擺動機(jī)構(gòu)與AVC滑架聯(lián)接件，le、AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)，If、AVC滑架背板，lg、槍頭與AVC滑架聯(lián)接過渡板，lh、焊頭固定伸縮管，li、絕緣塊，lj、第一送絲導(dǎo)嘴，lk、第二送絲導(dǎo)嘴，In、第一攝像頭，lm、第二攝像頭，2、水平行走機(jī)構(gòu)，2a、直線導(dǎo)軌，2b、方鋼，2c、行走齒條，2d、行走驅(qū)動齒輪，2e,行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)，2f，齒條間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，3、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，3a、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)，3b、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪，3c、水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動大齒輪，3d、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)立柱，
64、升降機(jī)構(gòu)，4a、下軸承，4b、升降直線導(dǎo)軌，4c、滾珠螺桿，4d、滾珠螺母，4e、上軸承、4f、升降滑座，4g、升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)，4h、聯(lián)軸節(jié)，5、水平伸縮橫梁，fe、伸縮橫梁滑座，恥、水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)，5c、螺桿，5d、螺母，5e、軸承，6、高度過渡梁，7、手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁，7a、手動調(diào)整手輪，8、第一焊頭連接過渡梁，8a、第二焊頭連接過渡梁，9、第一送絲機(jī)，9a、第二送絲機(jī)，10、工作臺，10a、位置調(diào)整機(jī)構(gòu)，10b、調(diào)節(jié)螺桿，10c、定位支點(diǎn)，11,90度彎管，12、對接直管，13、水平旋轉(zhuǎn)架，14、升降架，15、伸縮橫梁滑架。圖1、2、3示出了一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。 圖中，該TIG自動堆焊設(shè)備主要包括一個(gè)安裝在基座上的變位機(jī)構(gòu)、一個(gè)工作臺10和一個(gè)旋轉(zhuǎn)焊頭1，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉(zhuǎn)焊頭1通過變位機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)在工作臺10上工件的堆焊位置。工作時(shí)，電氣控制裝置由UMAC控制器為核心按預(yù)先編制的堆焊軌跡控制程序和操作指令，控制旋轉(zhuǎn)焊頭1在90度彎管11內(nèi)橫截面圓上轉(zhuǎn)動，按焊頭位置對應(yīng)縱向?qū)挾葦[動，正向一周，反向一周。焊頭通過檢測電弧電壓與設(shè)定控制電壓比較，自動控制鎢極與管內(nèi)壁距離，連續(xù)實(shí)現(xiàn)90度整體彎管內(nèi)壁防腐層的堆焊作業(yè)。上述的變位機(jī)構(gòu)包含水平行走機(jī)構(gòu)2、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、升降機(jī)構(gòu)4和水平伸縮橫梁5，水平行走機(jī)構(gòu)2、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、升降機(jī)構(gòu)4和水平伸縮橫梁5集成在一起構(gòu)成TIG 自動堆焊設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)通過水平行走機(jī)構(gòu)2可以作水平移動，下面作分別介紹1.水平行走機(jī)構(gòu)水平行走機(jī)構(gòu)2采用齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，它直接設(shè)置在基座上，基座上固定二個(gè)方鋼2b，在方鋼2b上各固定一個(gè)直線導(dǎo)軌2a，在其中一個(gè)直線導(dǎo)軌加側(cè)面固定一個(gè)行走齒條2c，行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)2e驅(qū)動與行走齒條2c嚙合的行走驅(qū)動齒輪2d，使TIG自動堆焊設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)在直線導(dǎo)軌加上作水平行走。2.水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)立柱3d設(shè)置在水平行走機(jī)構(gòu)2的上方，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗叫D(zhuǎn)驅(qū)動大齒輪3c與水平旋轉(zhuǎn)架13固定在一起，所以水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)3a經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪: 驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動大齒輪3c與水平旋轉(zhuǎn)架13—起旋轉(zhuǎn)。3.升降機(jī)構(gòu)在水平旋轉(zhuǎn)架13上設(shè)有一個(gè)升降架14，在升降架14內(nèi)設(shè)置升降機(jī)構(gòu)4，升降機(jī)構(gòu) 4采用螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)4g經(jīng)滾珠螺桿如驅(qū)動與滾珠螺母4d固定在一起的升降滑座4f升降。在滾珠螺桿如的下端設(shè)有下軸承4a，上端設(shè)有上軸承如。4.水平伸縮橫梁 在升降滑座4f上固定連接一個(gè)伸縮橫梁滑座fe，水平伸縮橫梁5設(shè)置在伸縮橫梁滑座fe上，水平伸縮橫梁5采用設(shè)置在伸縮橫梁滑架15內(nèi)的螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)恥經(jīng)螺桿5c和螺母5d驅(qū)動伸縮橫梁滑架15在伸縮橫梁滑座fe上移動。 在螺桿5c的兩端各設(shè)有一個(gè)軸承k。 在圖1、2所示的工作臺10上擺放著90度彎管11與對接直管12對接焊時(shí)的示意圖，工件采用定位支點(diǎn)IOc和位置調(diào)整機(jī)構(gòu)10a，用調(diào)節(jié)螺桿IOb擰緊固定。水平伸縮橫梁 5直接經(jīng)第一焊頭連接過渡梁8連接旋轉(zhuǎn)焊頭1。
圖4、5示出了旋轉(zhuǎn)焊頭的結(jié)構(gòu)放大圖。旋轉(zhuǎn)焊頭1由立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)la、橫向擺動機(jī)構(gòu)lb、AVC控制滑架、TIG焊頭、送絲導(dǎo)嘴和攝像頭等組成，橫向擺動機(jī)構(gòu)Ib的擺動機(jī)構(gòu)光杠Ic安裝在立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Ia的端面偏心位置，橫向擺動機(jī)構(gòu)Ia驅(qū)動橫向擺動機(jī)構(gòu)Ib 在擺動機(jī)構(gòu)光杠Ic上移動，AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ie通過AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)Id與橫向擺動機(jī)構(gòu)Ib連接，橫向擺動機(jī)構(gòu)Ib帶動AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ie—起擺動，AVC滑架背板If橫向伸出一個(gè)焊頭與AVC滑架聯(lián)接過渡板lg，端頭朝向立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)la，并裝卡一根焊頭固定伸縮管lh，焊頭固定伸縮管Ih與AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ie平行，焊頭固定伸縮管Ih可通過松開夾持螺釘上下串動，以適應(yīng)不同內(nèi)徑彎管需要，大直徑彎管需要通過螺紋連接加長該管，管下端頭由一個(gè)夾持聯(lián)接器連接一絕緣塊li，TIG焊頭、第一送絲導(dǎo)嘴lj、第二送絲導(dǎo)嘴lk、 第一攝像頭In和第二攝像頭Im通過各自的支架分別與絕緣塊Ii相連，并且互相絕緣，AVC 滑架動作時(shí)，TIG焊頭、送絲導(dǎo)嘴、攝像頭一起移動，保持相對位置不變，通過立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) la、橫向擺動機(jī)構(gòu)lb、AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)Ie的組合，實(shí)現(xiàn)了全位置90度彎管內(nèi)部變寬度堆焊所需的動作，另外，焊頭上還有水冷裝置，對橫向擺動機(jī)構(gòu)lb、AVC滑架驅(qū)動機(jī)構(gòu)le、第一攝像頭In和第二攝像頭Im進(jìn)行冷卻，焊頭立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)Ia和其后部的控制電纜、水氣導(dǎo)管等部件外部包裹耐熱玻纖刮硅膠耐高溫防護(hù)布進(jìn)行高溫防護(hù)，還有溫度檢測熱電偶，當(dāng)焊頭在加熱的彎管內(nèi)部出現(xiàn)超溫時(shí)，聲光報(bào)警提示操作者立即退出焊頭，防止過熱損壞旋轉(zhuǎn)焊頭部件。圖6、7示出了另一種內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。在工作臺10 上擺放著90度彎管11，90度彎管11采用定位支點(diǎn)IOc和位置調(diào)整機(jī)構(gòu)10a，用調(diào)節(jié)螺桿 IOb擰緊固定。內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的主體結(jié)與圖1、2、3所示相同，主要區(qū)別之處是水平伸縮橫梁5的端部固定連接高度過渡梁6的上端，高度過渡梁6的下端安裝一個(gè)手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁7，手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁7再經(jīng)第二焊頭連接過渡梁8a連接旋轉(zhuǎn)焊頭1。第二焊頭連接過渡梁8a采用適合90度彎管11內(nèi)壁進(jìn)行全部堆焊作業(yè)的結(jié)構(gòu)，防止旋轉(zhuǎn)焊頭1水平旋轉(zhuǎn)時(shí)橫梁與90度彎管11空間上的干涉。堆焊90度彎管11時(shí)，使用第二焊頭連接過渡梁8a，使旋轉(zhuǎn)焊頭1能夠進(jìn)入90度彎管11內(nèi)部，通過手動調(diào)整手輪7a帶動其內(nèi)部螺桿，調(diào)整旋轉(zhuǎn)焊頭1水平旋轉(zhuǎn)半徑。使用上述的90度彎管內(nèi)表面全位置TIG堆焊設(shè)備堆焊90度彎管的方法包括以下步驟(1)調(diào)整旋轉(zhuǎn)焊頭位置通過水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，將水平伸縮橫梁5轉(zhuǎn)到與行走軌道位置，使旋轉(zhuǎn)焊頭1在工作臺10上方，調(diào)整水平伸縮橫梁5使旋轉(zhuǎn)焊頭1上的鎢極與通過旋轉(zhuǎn)中心與行走導(dǎo)軌平行，通過升降機(jī)構(gòu)4，將旋轉(zhuǎn)焊頭1中心與工作臺面距離與彎管外半徑相等，通過焊頭旋轉(zhuǎn)半徑手動調(diào)整手輪(7a)使焊頭旋轉(zhuǎn)中心與彎管彎曲半徑相同，安裝兩路焊絲并調(diào)整好焊絲與鎢極的相對位置和伸出長度；(2)輸入工件和焊接工藝參數(shù)輸入的90度彎管工件相關(guān)參數(shù)如下工件參數(shù)彎管內(nèi)徑，彎曲半徑；運(yùn)動參數(shù)擺動最小寬度，擺動速度，AVC速度，端部預(yù)留長度，擺動左、右停留時(shí)間；
焊接參數(shù)提前送氣、滯后停氣時(shí)間，引弧時(shí)間、引弧電流，收弧延時(shí)、收弧電流，送絲延時(shí)、AVC基準(zhǔn)電壓；16個(gè)分區(qū)參數(shù)基值電流、基值時(shí)間，峰值電流、峰值時(shí)間，送絲速度，焊接速度；送絲參數(shù)初始速度，加速時(shí)間，結(jié)束速度，衰減時(shí)間，回抽速度，回抽時(shí)間；(3) 90度彎管擺放使旋轉(zhuǎn)焊頭1轉(zhuǎn)到工作臺10外側(cè)，將彎管放到工作臺10上，通過工作臺10上的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)10a，使彎曲中心與旋轉(zhuǎn)中心重合，管彎曲中心線與工作臺10保持平行，就完成工件的擺放；(4)焊頭初始定位通過旋轉(zhuǎn)將焊頭轉(zhuǎn)回到接管內(nèi)部，轉(zhuǎn)動過程中注意焊頭周圍別刮碰彎管內(nèi)壁，轉(zhuǎn)到第一道堆焊位置時(shí)，將旋轉(zhuǎn)焊頭鎢極轉(zhuǎn)到向下垂直位置執(zhí)行復(fù)位，即確定了焊頭圓周和第一道焊道的初始位置。以后的操作和焊接過程中，焊頭立向旋轉(zhuǎn)角度和水平旋轉(zhuǎn)角度將根據(jù)此位置計(jì)算，焊接規(guī)范將執(zhí)行焊頭旋轉(zhuǎn)所在分區(qū)對應(yīng)設(shè)定參數(shù)。(5)執(zhí)行堆焊軌跡控制流程焊接前必須開啟焊接電源，冷卻水箱電源，保護(hù)氣體，90度彎管堆焊主要是在一周不等寬的表面，堆焊出厚度一致的防腐層。根據(jù)每個(gè)角度相貫點(diǎn)高度變化值計(jì)算傾斜角度變化值和旋轉(zhuǎn)速度補(bǔ)償保證焊接位置水平和堆焊厚度一致。采用PMAC控制器和交流侍服驅(qū)動，通過90度彎管橫截面一周不同角度與寬度數(shù)學(xué)關(guān)系式，編制角度與擺動寬度控制程序，焊接起始位置為6點(diǎn)鐘位置。首道焊接時(shí)，焊頭向默認(rèn)方向旋轉(zhuǎn)，橫向擺動寬度與當(dāng)前對應(yīng)位置計(jì)算寬度，執(zhí)行所在分區(qū)內(nèi)焊接基值電流、峰值電流、送絲速度、電弧電壓，由旋轉(zhuǎn)前進(jìn)方向的送絲導(dǎo)嘴和對應(yīng)機(jī)構(gòu)送絲，焊完一周，并完成收尾搭接后，程序控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動一道焊道寬度對應(yīng)的角度，改變焊頭旋轉(zhuǎn)方向，停止原來送絲，由反向送絲機(jī)構(gòu)送絲，重復(fù)上述過程直到完成最后一道焊接。
權(quán)利要求
1.一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，它主要包括一個(gè)安裝在基座上的變位機(jī)構(gòu)、一個(gè)工作臺(10)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)焊頭(1)，還包括電氣控制裝置、TIG焊接電源和冷卻水箱，旋轉(zhuǎn)焊頭(1)通過變位機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)在工作臺(10)上工件的堆焊位置，其特征是所述變位機(jī)構(gòu)包含水平行走機(jī)構(gòu)O)、水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)、升降機(jī)構(gòu)(4)和水平伸縮橫梁(5)； 所述水平行走機(jī)構(gòu)( 直接設(shè)置在基座上，通過行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)Oe)經(jīng)齒輪齒條驅(qū)動在直線導(dǎo)軌Oa)上作水平行走；所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)( 經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)立柱(3d)設(shè)置在水平行走機(jī)構(gòu)O)的上方，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)(3a)通過齒輪傳動驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)架 (13)旋轉(zhuǎn)；在水平旋轉(zhuǎn)架(1 上設(shè)有一個(gè)升降架(14)，在升降架(14)內(nèi)設(shè)置所述升降機(jī)構(gòu)G)，升降機(jī)構(gòu)(4)通過升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)Gg)經(jīng)螺桿螺母驅(qū)動升降滑座Gf)沿升降架(14)移動；在升降滑座Gf)上固定連接一個(gè)伸縮橫梁滑座( )，所述水平伸縮橫梁(5) 設(shè)置在伸縮橫梁滑座(5a)上，通過水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)(5b)經(jīng)螺桿螺母驅(qū)動伸縮橫梁滑架(1 在伸縮橫梁滑座(5a)上移動；在水平伸縮橫梁(5)的端部通過焊頭連接裝置連接所述旋轉(zhuǎn)焊頭(1)，由電氣控制裝置，按旋轉(zhuǎn)焊頭(1)所處位置，對應(yīng)擺動寬度，正向一周，反向一周，連續(xù)實(shí)現(xiàn)90度整體彎管內(nèi)壁防腐層的堆焊作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述焊頭連接裝置采用第一焊頭連接過渡梁(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述焊頭連接裝置采用手動焊頭旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)整橫梁(7)與第二焊頭連接過渡梁(8a) 的組合結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述水平行走機(jī)構(gòu)( 采用齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)，在所述基座上設(shè)置二個(gè)方鋼(2b)，在方鋼Ob)上各固定一個(gè)直線導(dǎo)軌( ),在其中一個(gè)直線導(dǎo)軌Oa)側(cè)面固定一個(gè)行走齒條 (2c)，行走驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)Qe)驅(qū)動與行走齒條Oc)嚙合的行走驅(qū)動齒輪Cd)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)C3)采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)(3a)經(jīng)水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪(3b)驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)驅(qū)動大齒輪(3c)與水平旋轉(zhuǎn)架(1 一起旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述升降機(jī)構(gòu)(4)采用螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，升降驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)Gg)經(jīng)滾珠螺桿Ge) 驅(qū)動與滾珠螺母Gd)固定在一起的升降滑座Gf)升降。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述水平伸縮橫梁( 采用螺桿螺母傳動機(jī)構(gòu)，水平伸縮驅(qū)動電機(jī)減速機(jī)(5b)經(jīng)螺桿 (5c)、與伸縮橫梁滑座(5a)固定在一起的螺母(5d)驅(qū)動伸縮橫梁滑架(1 移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備，其特征是所述旋轉(zhuǎn)焊頭(1)采用立向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(Ia)和橫向擺動機(jī)構(gòu)(lb)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備的焊接方法，其特征是采用以下步驟(1)調(diào)整旋轉(zhuǎn)焊頭(1)位置和旋轉(zhuǎn)半徑；(2)輸入常規(guī)參數(shù)通過電氣控制系統(tǒng)的觸摸屏輸入的90度彎管工件的內(nèi)徑和彎曲半徑，基本參數(shù)和焊接分區(qū)工藝參數(shù)；(3)安裝工件將旋轉(zhuǎn)焊頭(1)水平旋轉(zhuǎn)躲開工作臺，將90度彎管(11)吊到工作臺(10)上，通過固定在工作臺(10)上的位置調(diào)整機(jī)構(gòu)(10a)，調(diào)整90度彎管(11)彎曲中心與焊頭水平旋轉(zhuǎn)中心重合，彎管中心線與工作臺平行；(4)調(diào)整各軸初始位置復(fù)位通過手動方式將焊頭旋轉(zhuǎn)軸和焊頭水平旋轉(zhuǎn)軸調(diào)到設(shè)定焊接起始位置，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位，各軸初始坐標(biāo)將按90度彎管(11)設(shè)定參數(shù)和程序的初始位置賦值、計(jì)算；(5)執(zhí)行90度彎管全位置連續(xù)堆焊軌跡控制流程選擇焊接程序按下焊接按鈕，由電氣控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的焊接程序依次完成90度彎管(11)內(nèi)表面環(huán)向全位置一周堆焊，通過水平旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，使焊頭移動到第二條焊道，改變焊頭旋轉(zhuǎn)方向，切換到第二送絲機(jī)構(gòu)送絲，焊完第二條焊縫后在，通過水平旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，使焊頭移動到第三條焊道，改變焊頭旋轉(zhuǎn)方向，切換到第一送絲機(jī)構(gòu)送絲，循環(huán)到最后一道焊完。
全文摘要
一種90度彎管內(nèi)表面環(huán)向全位置TIG自動堆焊設(shè)備及其焊接方法，屬于自動焊設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該自動焊設(shè)備主要包括變位機(jī)構(gòu)、工作臺和旋轉(zhuǎn)焊頭，旋轉(zhuǎn)焊頭通過變位機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)工件的堆焊位置。電氣控制裝置根據(jù)焊頭所處圓周位置，按彎管軸心半徑和彎管內(nèi)徑兩個(gè)參數(shù)，計(jì)算出圓周各角度對應(yīng)的弧長，并控制焊頭按該角度計(jì)算的寬度擺動、旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管內(nèi)壁不等寬全位置焊接。其優(yōu)點(diǎn)如下減少了早期設(shè)計(jì)的30度彎管內(nèi)壁自動堆焊機(jī)堆焊的30度彎管，需要通過焊接兩道焊口，探傷，堆焊不銹層的工序，避免了兩道焊口出現(xiàn)焊接缺陷的可能性，堆焊厚度差和搭接處質(zhì)量都優(yōu)于熔化極氣體保護(hù)焊，一次彎曲成型減少30度彎管兩次成型工序，另外還可完成90彎管與直管的內(nèi)壁堆焊焊接。
文檔編號B23K9/095GK102350567SQ20111028724
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者李堅(jiān), 谷文 申請人:中國第一重型機(jī)械股份公司, 中國第一重型機(jī)械集團(tuán)大連加氫反應(yīng)器制造有限公司