專利名稱：具有主管和支管的金屬容器的結(jié)構(gòu)其制造方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有諸如氣體隔離開(kāi)關(guān)殼體這樣的有主管和支管的金屬容器的結(jié)構(gòu)，尤其是涉及焊接的金屬容器的結(jié)構(gòu)，它有主管、焊到它上面的支管、以及焊到主支管每個(gè)端部的法蘭，還涉及其制造方法和設(shè)備。
制造有主管和支管的金屬容器，例如，氣體隔離開(kāi)關(guān)的殼體，它有若干焊到主管上的支管，要求將法蘭精確地焊到主管和支管的端部去。為此目的使用電弧焊。然而，焊接中，此電弧焊要求完全焊透以便確保氣密性。當(dāng)要求精密性時(shí)焊后法蘭面必需加工。激光焊接被用來(lái)連接管部和法蘭，如由日本待審專利特開(kāi)昭59-189092/1984，processing of LAMP′87′大坂(1987五月)第157-162頁(yè)由seigo HIRAMOTO等的“Deep Penetration Welding With High Power CO Laser”及三菱電機(jī)月報(bào)No 10，1989第37-40頁(yè)所公開(kāi)。
上述現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有注意到說(shuō)明加工方法，其中法蘭和主管之間焊接僅僅是從電弧焊轉(zhuǎn)換成激光焊。在實(shí)際的金屬容器，即廣泛使用的有支管的金屬容器，諸如有許多個(gè)支管的氣體隔離開(kāi)關(guān)的殼體的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有考慮到這點(diǎn)，因此，電弧焊仍舊用于制造有支管的金屬容器。
當(dāng)主管和法蘭由電弧焊來(lái)連結(jié)時(shí)，法蘭可能由于焊接的熱量而凹陷，以及對(duì)此不得不加以限制。
例如，焊接條件如下主管直徑 600mm，主管長(zhǎng)度 2000mm，主管厚度 6mm～12mm，焊縫寬度(焊道寬度)6mm～8mm，焊接的法蘭傾斜或凹陷約2mm，因此發(fā)生平行度和垂直度的不精確性。為了加強(qiáng)容器的精度，法蘭必需焊后加工，這將帶來(lái)一些麻煩問(wèn)題。
除非支管和主管的端部在焊后仔細(xì)地加工過(guò)，否則它們難予與法蘭焊接。這使得必需加工端部，但法蘭在焊接時(shí)不可避免地要變形，因此必需用加工法蘭來(lái)保持它精確性以便使焊后法蘭表面的平度和法蘭間距離達(dá)到適當(dāng)?shù)乃揭约跋ㄌm表面的歪斜。這造成生產(chǎn)中的嚴(yán)重問(wèn)題。
在容器較大時(shí)現(xiàn)有技術(shù)要求大尺寸的機(jī)床來(lái)加工法蘭。這種必要性沖淡了在焊接前完成加工的作用。然而，這種沖淡沒(méi)有考慮到在大尺寸容器時(shí)引起了另一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。
此外，在傳統(tǒng)技術(shù)中，法蘭上開(kāi)一個(gè)深為0.2-3mm的槽，管子的端部插入此槽。將激光來(lái)加到要焊接的部份，當(dāng)旋轉(zhuǎn)工件時(shí)在激光射出方向?qū)崿F(xiàn)工件的焊接。
激光束加到要焊接的表面的角度約為3-20°。即激光束是斜加到要焊接表面的。因此，法蘭和管的熔深變得不均勻，在有此情況下一層焊(一次焊接操作)不能得到具有良好熔深的焊道。
一般，管子外徑根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)有±1%的公差。所以，甚至正常管徑的槽被切削在法蘭的一個(gè)面上，當(dāng)管子的外徑有某個(gè)公差值時(shí)，管子也難以插入法蘭的槽中，或者管和槽之間間隙變大，即使管子裝入槽中在有些情況下這樣的法蘭和管也不適合于焊接。
因而，如果管徑為大約50mm(約2時(shí))用上面描述的傳統(tǒng)焊接工藝將它焊到法蘭上去，由于這樣的直徑公差，較小管子可以插入法蘭上的槽中且可以恰當(dāng)?shù)睾附印Ｈ欢?，?dāng)直徑約744mm的大尺寸管子，將它焊到法蘭上在許多情況下因?yàn)楣畲筮_(dá)±7.4mm而焊接不能進(jìn)行。
一種用由激光發(fā)生器發(fā)出的激光束來(lái)切割或焊接工件的激光加工設(shè)備已由例如日本待審專利特開(kāi)昭60-227987/1985公開(kāi)。
在工作臺(tái)上依次安置有焊接頭、切割頭和熱處理頭且在底部放有激光發(fā)生器，使得工件可以在由激光發(fā)生器輸出的激光束相同的方向上移動(dòng)。焊接頭和切割頭可在工作臺(tái)上相對(duì)于激光輸出方向移動(dòng)90度。
根據(jù)加工工件的不同的用途，或者焊接頭或者焊接頭和切割頭被相對(duì)于激光束輸出方向移動(dòng)90度，要使激光束不被妨礙而能進(jìn)入加工頭。工件則移動(dòng)得要使工件正好定位于在操作中的加工頭下面。
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，各個(gè)加工頭是各自獨(dú)立地固定在工作臺(tái)上的，故加工頭必需根據(jù)加工工件的用途每次都要移動(dòng)，工件必需按照加工用途恰好定位于加工頭下面，這就出現(xiàn)加工能力方面的問(wèn)題。然而，如果工件小，各加工頭不需要離得太遠(yuǎn)，但如果工件大則需離得遠(yuǎn)。結(jié)果，系統(tǒng)作為一整體變龐大的缺陷就出現(xiàn)了。當(dāng)加工頭一旦移動(dòng)，在做預(yù)定的加工工件之前要返回其原來(lái)位置，必需將由激光發(fā)生器出來(lái)的激光束的光軸和折光鏡的中心對(duì)準(zhǔn)，折光鏡是放在加工頭中來(lái)改變上述激光束的路徑。這種對(duì)準(zhǔn)是困難的，為每次加工而移動(dòng)的加工頭進(jìn)行定位是非常麻煩的。更糟的是，上述的現(xiàn)有技術(shù)既沒(méi)有考慮切割管狀容器的端面，像氣體絕緣控制裝置的接合點(diǎn)，也沒(méi)有考慮校正管子和法蘭槽之間的間隙，這在實(shí)際焊接時(shí)總要發(fā)生問(wèn)題的，也沒(méi)有考慮校正錯(cuò)位。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種焊接的金屬容器，像氣體隔絕開(kāi)關(guān)的殼體，在這種容器中用焊接法以高精確度和以較少步驟將法蘭連接到主管的各端部以及將支管連接到主管上。
為了完成本發(fā)明的目的，提供了一種焊接的金屬容器，其中金屬的主管和從主管軸向地分支的支管用電弧焊或激光束焊接法焊接起來(lái)，且法蘭連接到支管和主管各端部是用激光束焊接起來(lái)的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造管狀容器的方法，它能使甚至是帶支管的容器并且有法蘭接合在主管和支管的端部時(shí)焊接變形減至最低限度，因省略機(jī)加工工序而減少工時(shí)，這類加工工序是此種傳統(tǒng)方法在法蘭焊到管上去之后實(shí)施的，因此本方法可獲得較高精度的焊接管狀容器。
本發(fā)明的目的用以下辦法達(dá)到將主管和支管用電弧焊接合起來(lái)，用機(jī)械切削或激光切削主管和支管要和法蘭結(jié)合處的端表面，用激光焊接將已機(jī)械方法處理過(guò)的法蘭連接到已處理過(guò)的主管和支管的端表面上。
按照本發(fā)明，主管和支管用電弧焊連接起來(lái)有熱變形。然而，經(jīng)過(guò)對(duì)變形部分機(jī)械處理后使管子的精度達(dá)到適當(dāng)水平，法蘭可以用激光束焊接連接到該管子的端部去，這種焊接造成最小的熱變形。因此，在管子和法蘭最后焊好之后不必進(jìn)行機(jī)加工處理，可以以較少的工時(shí)得到高精度的管狀容器。特別是，在生產(chǎn)由多個(gè)機(jī)件組合而成的裝置的殼體，像氣體隔離開(kāi)關(guān)裝置的情況下，這些優(yōu)點(diǎn)更明顯地顯示出來(lái)。
本發(fā)明再一個(gè)目的是提供二個(gè)構(gòu)件的對(duì)接焊接技術(shù)，它可以在一個(gè)焊道就得到良好熔透焊道。
本發(fā)明的這目的用下列焊接方法達(dá)到兩個(gè)構(gòu)件的平行表面靠在一起并焊接起來(lái)，其特征在于一個(gè)構(gòu)件的要焊接的表面相對(duì)于周圍表面突出，另一構(gòu)件的要焊接表面和它彼此靠在一起，熱量從包括要焊接的表面的平面上一個(gè)地點(diǎn)以基本上平行于要焊接的表面方向加到這些表面上，在此處該表面互相焊接起來(lái)。
本發(fā)明又一個(gè)目的可以用管子焊接設(shè)備來(lái)達(dá)到，此設(shè)備包括固定基座，在基座上的旋轉(zhuǎn)裝置，一旋轉(zhuǎn)體由旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，裝在旋轉(zhuǎn)體上的驅(qū)動(dòng)裝置并用來(lái)在需要焊接的管狀材料兩個(gè)開(kāi)口端部支撐它及驅(qū)動(dòng)它，旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線和由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的管狀材料的軸線互相正交，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線和管狀材料的軸線要互相對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件互相靠上及焊接時(shí)，一個(gè)構(gòu)件的靠近要焊接表面的部分預(yù)先削成錐度。
由于這個(gè)錐度部分，焊接熱可以從包括要焊接的那些表面的平面一個(gè)地點(diǎn)以平行于這些表面的方向加到這些表面上。
這些要焊接的表面在于一個(gè)平面內(nèi)，而不是不少于二個(gè)平面內(nèi)。
因此，熔深在兩個(gè)構(gòu)件相鄰于要焊接的表面的部分內(nèi)變得均勻。
當(dāng)要焊接的各構(gòu)件有不少于二個(gè)要焊的表面，其垂線之間相互的直角相交，如在這樣的情況法蘭要焊到相正交的整體組合管中的每個(gè)管上，要焊的一個(gè)表面在相關(guān)的構(gòu)件繞該表面相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)先焊上，另一要焊表面則在相關(guān)的構(gòu)件繞該表面相垂直的線，即其軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)隨后焊上。
假如焊接按順序進(jìn)行，有不少于二個(gè)要焊表面且互相之間有預(yù)定角度，也能以高效率地焊成。
本發(fā)明又一個(gè)目的是提供一種激光加工系統(tǒng)，它特別適合于切削管狀容器的端部及利用設(shè)計(jì)的加工頭，使用激光束于一系列連續(xù)的加工步驟，根據(jù)加工用途可以移動(dòng)工件將管狀容器和法蘭焊起來(lái)。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種激光加工系統(tǒng)用于達(dá)到上面說(shuō)明的目的，它使用了校正管端和法蘭槽間的間隙和錯(cuò)位，使用了一種根據(jù)工件加工用途能使切削和焊接操作容易的加工裝置，和使用了一種定位裝置，它使得甚至在法蘭是焊到管狀容器端部去的情況下也能容易地既校正管端和法蘭槽間的間隙，也校正錯(cuò)位。
為了達(dá)到上面說(shuō)明的目的，按本發(fā)明，提供如下各點(diǎn)一激光加工系統(tǒng)，包括傳送裝置傳送要加工的條件;一激光發(fā)生器產(chǎn)生激光束加工在所述傳送裝置上所說(shuō)工件;一光束傳導(dǎo)器傳導(dǎo)由所說(shuō)激光發(fā)生器發(fā)出的激光束，還包括折光鏡為改變所說(shuō)激光束的路徑;若干加工頭，適于根據(jù)工件加工用途來(lái)更換，并可將激光束照到工件的同一位置上，該激光束路徑可改變并由所說(shuō)的光束傳導(dǎo)器引導(dǎo);
一激光加工系統(tǒng)，其中多個(gè)加工頭相對(duì)一個(gè)盤(pán)的樞軸同心地多頭排列于該盤(pán)的周邊上，根據(jù)工件加工用途，轉(zhuǎn)動(dòng)該盤(pán)可選擇加工頭;
一激光加工系統(tǒng)，包括傳送裝置傳送其端部裝配好法蘭的管狀容器;一激光發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生激光束去切割所說(shuō)傳送裝置上的所說(shuō)管狀容器或者焊接該容器于法蘭上;一光束引導(dǎo)器用來(lái)引導(dǎo)由所說(shuō)激光發(fā)生器輸出的激光束;切割頭及焊接頭，可按所說(shuō)管狀容器的切割操作或者所說(shuō)法蘭的焊接操作來(lái)移動(dòng)，以發(fā)射激光束，后者由光束引導(dǎo)器引導(dǎo)，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)所說(shuō)管狀容器的切割操作或所說(shuō)法蘭的焊接操作;
一種加工設(shè)備，包括一轉(zhuǎn)盤(pán)，若干加工頭，同心地以預(yù)定的距離布置在所說(shuō)轉(zhuǎn)盤(pán)的周邊上，對(duì)被加工的工件輻射是從激光發(fā)生器來(lái)的并經(jīng)一光學(xué)系統(tǒng)的激光束加工所說(shuō)的工件;以及驅(qū)動(dòng)裝置，用以驅(qū)動(dòng)所說(shuō)的轉(zhuǎn)盤(pán)和所說(shuō)的加工頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其中來(lái)自激光發(fā)生器所說(shuō)的激光束的光軸和在所說(shuō)轉(zhuǎn)盤(pán)上的所說(shuō)加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的光軸互相對(duì)準(zhǔn)。
一個(gè)定位裝置，包括寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以校正待焊接的管狀構(gòu)件對(duì)接部分的軸向間隙;一個(gè)擴(kuò)管機(jī)構(gòu)，用以校正所說(shuō)管狀構(gòu)件對(duì)接部分的徑向錯(cuò)位;和一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用以在轉(zhuǎn)動(dòng)所說(shuō)管狀構(gòu)件同時(shí)由所說(shuō)擴(kuò)管機(jī)構(gòu)將該構(gòu)件擴(kuò)漲。
一個(gè)加工頭，包括一個(gè)一般是園柱形的噴咀，用以引導(dǎo)從激光發(fā)生器來(lái)的激光束到待加工工件的附近;一個(gè)聚光鏡，置于所說(shuō)噴咀內(nèi)的中途處，用以將所說(shuō)激光束聚集，將已集聚的激光束輻射所說(shuō)工件;保護(hù)氣體導(dǎo)入裝置，用以導(dǎo)入防護(hù)氣體，它是用于防護(hù)在所說(shuō)噴咀內(nèi)激光束對(duì)壁表面的作用;且在引導(dǎo)所說(shuō)激光束時(shí)噴到所說(shuō)工件上，其中所說(shuō)噴咀在其頂部有可變的孔;以及，一個(gè)激光加工系統(tǒng)，包括第一傳送裝置，用以傳送事先裝有支管的主管到其預(yù)定位置;切削站，用以切削由所說(shuō)傳送裝置傳送的有支管的主管;一法蘭裝配站，用以相對(duì)于第一傳送裝置成直角布置的第二傳送裝置傳送的法蘭裝配到由所說(shuō)第一傳送裝置傳送的經(jīng)所說(shuō)的切削站切削的帶支管的主管的每一個(gè)端部上去;以及一個(gè)焊接站，以激光束焊接由所說(shuō)第一傳送裝置傳送的并在所說(shuō)法蘭裝配站上和法蘭裝配了的帶支管的主管上各端部中每一個(gè)端部和它的裝好了法蘭的部分。
在本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)中，當(dāng)工件被傳送裝置送到預(yù)定地點(diǎn)，它被激光束輻照以受到一種預(yù)定的加工，譬如焊接或者切削。而且，工件可以在同一地點(diǎn)連續(xù)地被焊接或切削，而只要根據(jù)工件本身的加工要求來(lái)更換、選擇或轉(zhuǎn)動(dòng)多個(gè)加工頭即可。然而，帶支管的主管是在法蘭加于其上之前用激光束切削其端部的，且它的裝法蘭的部分是用激光束來(lái)焊接的。結(jié)果，在焊后不再要加工，所以加工工作可以連續(xù)地完成。
在本發(fā)明的加工設(shè)備中，多個(gè)加工頭以對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)樞軸同心地布置在轉(zhuǎn)盤(pán)園周處，且可靠地裝了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其結(jié)果是，激光束的光軸和加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的光軸可以對(duì)準(zhǔn)以防止激光束散焦。
在本發(fā)明的定位裝置中，待焊管狀構(gòu)件對(duì)接部分的軸向間隙由寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)校正，而管狀構(gòu)件的對(duì)接部分徑向錯(cuò)位由擴(kuò)管機(jī)構(gòu)來(lái)校正。同時(shí)，由上述擴(kuò)管機(jī)構(gòu)擴(kuò)漲的管狀構(gòu)件可由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，對(duì)接部位的軸向間隙和錯(cuò)位能可靠地被校正以保證激光束焊接。


圖1是表示本發(fā)明的焊接的金屬容器一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖2是表示本發(fā)明的焊接的金屬容器另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖3是圖2的剖面圖。
圖4是表示主管端和法蘭接合部的剖面圖。
圖5是表示支管端和法蘭接合部的剖面圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的氣體隔離開(kāi)關(guān)的頂視圖。
圖7是圖6沿A線的正視圖。
圖8是表示制造用于氣體隔離開(kāi)關(guān)的壓力容器的流程圖，構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明制造管狀容器的方法的一個(gè)實(shí)施例。
圖9a到9c是用于管狀容器的焊接點(diǎn)各種形狀的剖面圖。
圖10和11說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例切削管狀容器管端表面方法。
圖12a到12c是表示用一個(gè)實(shí)施例的焊接方法焊接管和法蘭的各步驟的剖面圖。
圖13是說(shuō)明實(shí)施例焊接方法應(yīng)用例的剖面圖。
圖14和15說(shuō)明其他實(shí)施例的焊接設(shè)備。
圖16是表示本發(fā)明激光加工系統(tǒng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。
圖17是表示用于激光加工系統(tǒng)中的加工設(shè)備的正視圖。
圖18是圖2的頂視圖。
圖19是用于本實(shí)施例系統(tǒng)的定位裝置的剖面圖。
圖20是圖19的P方向的側(cè)視圖。
圖21是表示主管和法蘭對(duì)接部分細(xì)節(jié)的剖面圖。
圖22是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用邊緣對(duì)齊機(jī)構(gòu)實(shí)施例的錯(cuò)位測(cè)量方法。
圖23是法蘭加到主管上步驟的流程圖。
圖24是圖17的A-A線的視圖。
圖25是孔徑小時(shí)的剖面圖。
圖26是圖25的B-B方向的視圖。
圖27a到27d表示法蘭加到帶支管的主管上去的情況各加工步驟的流程圖。
圖28表示本發(fā)明激光加工系統(tǒng)另一實(shí)施例整個(gè)結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖1表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例。用于氣體隔離開(kāi)關(guān)的殼體1由主管2、支管3和31、法蘭4a、4b、4c、4d組成，支管通常用電弧焊在A處相對(duì)于管軸向成直角地連接，法蘭4a、4b連接于主管2的兩端部，法蘭4c，4d連接于支管3和31的端部。殼體1由使用激光束焊接LB將主管4a、4b連結(jié)、將支管3和31和法蘭4c和4d連結(jié)而構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，由電弧焊A引起的熱變形在電弧焊A后實(shí)施激光束焊接來(lái)解決的。在電弧焊A后，主管2和支管3和31的端部被精細(xì)地加工，法蘭4a，4b，4c，和4d用激光束焊接LB焊到主管2和支管3及31上。結(jié)果，殼體1得到了高度精確的施工性能，以及在裝配的殼體1可以得到改善了的裝配精度。
例如，當(dāng)焊接條件如下主管直徑 600mm，主管長(zhǎng)度 2000mm，主管厚度 4.5mm～12mm，焊縫寬度(焊道寬度) 2mm～3mm，激光輸出功率 5kw～10kw由激光束焊接的法蘭歪斜或下陷約0.3mm。因此，在平行度和垂直度方面的精確性是主要的。
在表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的圖2和圖3中，殼體1A由主管21、接到主管21的支管32、法蘭4e、4f和4g各接到主管兩端和支管32的端部、以及底腳5和51組成。
在本實(shí)施例中，激光束焊接LB用于主管21和法蘭4e和4f之間、支管32和法蘭4g之間、主管21和底腳5和51之間以及主管21和支管32之間。特別是，在所示實(shí)施例場(chǎng)合中，緩沖了事先實(shí)行的電弧焊A的方法，其后再用激光束焊接完成高精確的焊接。因此，可以較容易地提供高精確的管狀容器。
激光束焊接不適用于角部。在示于圖2和圖3的實(shí)施例中，支管32端部預(yù)先擴(kuò)口，再把支管32用激光束焊接LB連結(jié)到主管21。結(jié)果，容易應(yīng)用低應(yīng)變的自動(dòng)焊接系統(tǒng)并制造出來(lái)高精確的殼體。
附帶地，法蘭4e和主管21之間和法蘭4g和主管32之間接合部和截面細(xì)節(jié)示于圖4和圖5。如所示，不僅主管端部和法蘭4e、支管32端部和法蘭4g用激光束焊接，并且角部也用激光束焊接LB從里邊和外邊進(jìn)行填角焊。因而法蘭4e和4g的下陷與利用電弧焊比較要減輕，以及用于預(yù)變形、整形和焊后的加工方面費(fèi)用也減少了。
圖6和7是本發(fā)明用于氣體隔離開(kāi)關(guān)(下面簡(jiǎn)稱為GIS)的例子。GIS由斷路器11、隔離開(kāi)關(guān)13，制動(dòng)器14和單相匯流管15構(gòu)成。在這些單元中，三相匯流管16的主回路管17由絕緣體支撐在殼體1上，殼體1有如圖1所示的焊接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)空間封裝有高度隔離的SF氣體。各單元通過(guò)殼體1的法蘭4a到4g用螺栓連起來(lái)。通常容器內(nèi)封有低于4到5大氣壓的SF氣體。這種封裝在安裝的時(shí)候完成。殼體1的法蘭4a到4g要求平度以保證貼在其上的接觸性和O形環(huán)的密封性能，也要求關(guān)于支管3、31和32的法蘭4c、4d和4g的正交性，該支管和位于在斷路器11軸線上的主管2和21下面的另一殼體1成直角，該另一殼體1包復(fù)主匯流管的導(dǎo)體17，還要求關(guān)于最后提到的另一殼體1的主管2和21的法蘭4a，4b，4e和4f的正交性。
在本實(shí)施例中，容納每一個(gè)裝置的殼體采用下列結(jié)構(gòu)，即主管和法蘭，以及支管和法蘭用激光束焊接，結(jié)果上述精度可容易地達(dá)到，并且改進(jìn)了裝配效率。
圖8表示如圖1和圖2所示的殼體1和GIS的容器1A的制造過(guò)程的流程圖。GIS用的殼體分成四個(gè)構(gòu)件，即主管121、支管122、主管法蘭109和和支管法蘭110。每一個(gè)構(gòu)件均獨(dú)立地準(zhǔn)備，隨后在主管121上開(kāi)出接支管122的膛孔。支管切削得使接點(diǎn)端部的形狀和在主管121上所開(kāi)的孔相適應(yīng)。在主管法蘭109和支管法蘭110上做出連接孔，對(duì)這些法蘭進(jìn)行表面修整及進(jìn)行裝到殼體上去相對(duì)應(yīng)的加工。主管121和支管122用電弧焊接連接起來(lái)，電弧焊好的主管121和支管122的端部用激光束切削或者在如圖8所示的隨后的工序中進(jìn)行加工。鏜好孔及表面修整完畢的主管法蘭109和支管法蘭110用激光焊連接到經(jīng)激光切削或加工好的主管121和支管122的端部而制成管狀殼體。
在圖9a、9b和9c所示的焊接結(jié)構(gòu)部件中，管端以T型接頭焊到法蘭端面，管端互相對(duì)接焊。由于這些接頭的坡口部分都如圖示的機(jī)械處理過(guò)，接頭的精度得以改進(jìn)，可以應(yīng)用激光焊。這可以防止接頭的焊接變形。所以，甚至法蘭包括要求密封的面事先經(jīng)機(jī)械處理了的然后用激光束焊接，密封殼體的性能也是第一流的。
在法蘭面的尺寸和方向相對(duì)于主管101不要求高精度場(chǎng)合，如構(gòu)成檢修孔的支管，形成檢修孔的支管12和法蘭13事先用電弧焊接合在一起，然后形成檢修孔的法蘭113進(jìn)行機(jī)械加工處理。最后的法蘭113用電弧焊焊到主管1上去，所得到的產(chǎn)品再進(jìn)行如圖8所表示的同樣步驟。
圖10表示如圖8所示切割管端面的裝置的例子，其中帶支管的主管221的端部用來(lái)自激光發(fā)生器214的激光束經(jīng)由一個(gè)處理頭215加到端表面上，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)帶支管的主管230。工件由一定位器240定位。
圖11表示切割如圖8所示管端面的裝置的例子。其中帶支管的主管230的端部用加激光束到端表面來(lái)進(jìn)行切割而同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)激光處理頭152。激光切割的優(yōu)點(diǎn)在于用使被加工管子或處理頭的轉(zhuǎn)一整周來(lái)得到高精度的切割表面而不論管子端表面切割長(zhǎng)度如何。
根據(jù)上面敘述的實(shí)施例，法蘭可以以單件的形式被機(jī)械加工。所以，法蘭可以用集中的方式單獨(dú)處理，可以使用較小尺寸的加工機(jī)。這可以使裝工具時(shí)間不包括切割時(shí)間的時(shí)間被節(jié)約下來(lái)。
由于管子部件加工和焊接工序和法蘭加工工序可以同時(shí)進(jìn)行，殼體制造周期可降低約40%。此外，由于主管的彎曲和支管歪斜可以用對(duì)管端面的機(jī)械處理和激光切割所排除，用于在支管被焊到主管上去之后進(jìn)行的管子校形工作的時(shí)間也可減少大約50～70%。
圖12a、12b和12c表示用焊接方法將管子301和法蘭302焊到一起的步驟的各剖面圖。圖13表示對(duì)應(yīng)用本實(shí)施例焊接方法進(jìn)行說(shuō)明的一個(gè)例子的剖面圖。
圖12a表示管子301和法蘭302還沒(méi)有進(jìn)行焊接的狀態(tài)。兩法蘭表面302a和302b如圖所示是平行的。
圖12b表示把用虛線303標(biāo)出的部分削去后法蘭302削斜的樣子。假如法蘭302以這樣方式處理，它的對(duì)著要焊接的管子301的表面306b的表面變成只有焊接的部分306a和表面306b平行。削斜表面的傾斜角定為約9°。
圖12c表示削斜后的法蘭302和管301對(duì)接上并用激光焊在一起。由于法蘭302是削斜的，激光束可以以箭頭304方向加到待焊表面306a和306b上。結(jié)果，用虛線標(biāo)出的待焊表面306a和306b的熔深305基本上均勻。假如法蘭和管子在它的待焊表面加工成預(yù)定的表面精度然后再焊接，它仍可以在一個(gè)焊道內(nèi)完全熔透。
甚至在管子外徑有公差時(shí)，管子301和法蘭302的待焊表面306a、306b之間也沒(méi)有公差，因此可進(jìn)行穩(wěn)定的激光焊接操作。
圖13是一個(gè)帶支管的壓力容器330的主要部分的剖面圖，做為一個(gè)應(yīng)用上述實(shí)施例的例子。
這個(gè)壓力容器330是用于GIS的壓力容器，用于氣體隔離變換機(jī)器，其中封裝有像SF氣體這類隔離氣體。
壓力容器330由兩個(gè)正交的管子331，333和焊到這些管子331，333端面上的法蘭332a，332b，333a所構(gòu)成。
假如在圖12a到12c中描述的實(shí)施例的焊接方法被用到焊接法蘭332a、332b、和333a到這些管子上，它們可以可靠地用激光焊接，隔離氣體的漏泄可以被防止。
圖14表示了實(shí)施例的一種焊接設(shè)備。
這個(gè)焊接設(shè)備340有一固定座341，轉(zhuǎn)動(dòng)單元342和342座落在固定座341上，轉(zhuǎn)盤(pán)343由轉(zhuǎn)動(dòng)單元342轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)對(duì)著的轉(zhuǎn)動(dòng)單元344和345置于轉(zhuǎn)盤(pán)343上，轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)軸軸線和由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)單元344和345拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的軸線互相正交。
待焊的材料是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)單元344、345帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，三個(gè)法蘭348、349、350被激光焊到兩個(gè)正交管子346、347的端面上，如圖所示。
用激光焊接這些部件的設(shè)備由激光發(fā)生器351，用于改變由激光發(fā)生器351發(fā)射出來(lái)的激光束352的路徑的折光鏡354，和用于把其路徑已經(jīng)改變了的激光光束355加到待焊表面的加工頭353所組成。
現(xiàn)在敘述用這個(gè)設(shè)備把管子346、347和法蘭348、349、350焊到一起的工序。
從激光發(fā)生器351輸出的激光束352的路徑被折光鏡354所改變，最后的激光束被引到可繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的加工頭353中。被集聚的激光束356被以垂直向下的方向加到削斜的法蘭350和管347之間的槽進(jìn)行焊接。
在這種場(chǎng)合，管子347被轉(zhuǎn)動(dòng)單元344，345的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)在α方向旋轉(zhuǎn)，這里可進(jìn)行法蘭350和管子347整周的焊接。
法蘭348和第347的焊接由轉(zhuǎn)盤(pán)343轉(zhuǎn)過(guò)180°園弧來(lái)進(jìn)行，這樣就可把激光束356加到法蘭348和管347上去。
如果提供一臺(tái)以上的激光發(fā)生器，則法蘭348、350可一次被焊到管347上去。
為了將法蘭349焊到管346上去，加工頭353轉(zhuǎn)過(guò)90°弧設(shè)定在水平位置如用點(diǎn)劃線所示，這樣激光束就可加到待焊表面。
當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)由轉(zhuǎn)動(dòng)單元342、342′轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，管346在β方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使管346和法蘭349可進(jìn)行整周的焊接。
當(dāng)使用第二實(shí)施例的焊接設(shè)備340時(shí)，法蘭和帶支管的管狀壓力容器的管子的焊接能容易地做到。
圖15說(shuō)明另一種焊接方法，它用激光焊接法蘭和帶支管的管狀壓力容器的管子。
這個(gè)帶支管的管狀壓力容器471的形狀基本上和圖13中的帶支管的管狀壓力容器形狀是一樣的，容器471有二個(gè)管，即管465，和另一個(gè)和管465正交的管(沿圖15的表面成直角而沿伸)，這些管子的端部適合于和連到它上面的法蘭462、463、464進(jìn)行激光焊接。
將這些法蘭用激光焊到各管去的設(shè)備配有一個(gè)發(fā)生器467，和一旋轉(zhuǎn)的加工頭466，它可將從發(fā)生器467發(fā)射的激光束加到待焊表面，此加工頭可在箭頭469方向旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)動(dòng)單元461可帶動(dòng)帶支管的管狀容器471自由地并實(shí)際上是水平地轉(zhuǎn)動(dòng)。
現(xiàn)在敘述對(duì)工件作激光焊接的每一個(gè)設(shè)備的操作。
從激光發(fā)生器467輸出的激光束通過(guò)加工頭466被加到裝于轉(zhuǎn)動(dòng)單元461上的帶支管的管狀壓力容器471上，進(jìn)行對(duì)管465和法蘭464的全園周的焊接。
在完成了對(duì)管465和法蘭464互相的焊接后，轉(zhuǎn)動(dòng)單元461在箭頭470方向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°園弧，進(jìn)行法蘭463的焊接。轉(zhuǎn)動(dòng)單元461然后再轉(zhuǎn)90°園弧進(jìn)行法蘭462的焊接。
按照本實(shí)施例的焊接方法，法蘭和帶支管的管狀壓力容器的管子的焊接會(huì)很容易。不大于500mm直徑的法蘭和管子的激光對(duì)接焊也可以做到。因此，帶支管的管狀壓力容器的制造成本可大大降低。
圖16表示一個(gè)激光加工系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在此系統(tǒng)中，沿氣體隔離控制設(shè)備的匯流管的主管和法蘭的焊接和主管的鏜孔是用激光束來(lái)完成的。
在傳送導(dǎo)軌501上的傳送架502運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)而構(gòu)成第一條傳送線。上述傳送架502帶著工件或主管503以箭頭X1方向傳送它到第一傳送線的中途。傳送帶504布置在上述第一傳送線的兩邊一般對(duì)所說(shuō)第一傳送線成直角以箭頭y1和y2方向傳送待焊法蘭505到主管503的兩端，這就構(gòu)成第二傳送線。法蘭裝配機(jī)506安置在傳送導(dǎo)軌501兩邊以便將在傳送帶504上傳送的法蘭505在改變了該法蘭505方向后裝配到上述主管503的兩端。由法蘭裝配裝置506裝好法蘭505的主管503因而被在傳送導(dǎo)軌501上的傳送架502以箭頭X2方向傳送到下一步。定位裝置507布置在傳送導(dǎo)軌501的中途可旋轉(zhuǎn)地支撐以X2方向傳送的并裝配好法蘭505的主管503來(lái)校正法蘭505和主管503對(duì)接部分的軸向間隙和徑向錯(cuò)位。旋轉(zhuǎn)加工機(jī)508用激光束來(lái)焊接由定位裝置507支撐起來(lái)的帶法蘭主管503和法蘭505以及對(duì)主管503鏜孔。旋轉(zhuǎn)加工機(jī)508有可轉(zhuǎn)動(dòng)地布置的焊接頭508a和鏜孔頭508b。該旋轉(zhuǎn)加工機(jī)508由吊架509吊著它可在x和y方向移動(dòng)。焊接頭508a和切割頭508b可在Z方向(垂直方向)移動(dòng)，并通過(guò)光束引導(dǎo)器510連到激光發(fā)生器511上。附帶地，控制單元512控制整個(gè)系統(tǒng)。
下面，對(duì)旋轉(zhuǎn)加工機(jī)508將參考圖17和圖18詳細(xì)描述。
如圖所示，旋轉(zhuǎn)加工機(jī)508由若干個(gè)焊接和切割頭8a到8d組成，它們以預(yù)定的位置布置在轉(zhuǎn)盤(pán)513端部并對(duì)樞軸514同心。轉(zhuǎn)盤(pán)513由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)515驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。此驅(qū)動(dòng)馬達(dá)515裝在垂直移動(dòng)的底座516上，底座的一端裝有一螺母和螺桿518配合。這樣，整個(gè)裝置可以經(jīng)直接和螺桿518連接的垂直運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)519的驅(qū)動(dòng)作垂直運(yùn)動(dòng)(Z方向)。防塵蓋520加在垂直移動(dòng)底座516上。此防塵蓋520遮蓋下使用的加工頭的光學(xué)系統(tǒng)521如圖18所示以對(duì)光學(xué)系統(tǒng)521防塵。上述光學(xué)系統(tǒng)521這樣安裝于轉(zhuǎn)盤(pán)513上，使其光軸和經(jīng)光束引導(dǎo)器引導(dǎo)的激光束522的光軸對(duì)準(zhǔn)，該激光束522的路徑由折光鏡523改變而向下。
下面，將參考圖19，20及21詳細(xì)描述定位裝置507。
圖21表示了主管503和法蘭505對(duì)接焊時(shí)的接口部分。通常，主管503和法蘭505互相對(duì)接時(shí)會(huì)出現(xiàn)寬度方向的間隙g和外錯(cuò)位δ。在激光焊場(chǎng)合，容許的數(shù)值是g≤0.8mm及δ＝0.5mm。定位裝置用來(lái)使定位到上述規(guī)定的數(shù)值之內(nèi)。
在圖19和20中，在固定的基礎(chǔ)531上裝有間隙寬度調(diào)整電動(dòng)機(jī)532，它的輸出軸接有驅(qū)動(dòng)螺桿533。螺桿533被蓋以一可移動(dòng)的臺(tái)板535，該臺(tái)板支撐在導(dǎo)軌534上。在可移動(dòng)的臺(tái)板535的一端，裝有一擴(kuò)管汽缸537，它由三角架536支撐著。有一臺(tái)液壓馬達(dá)537a通過(guò)液壓電磁閥537b接到擴(kuò)管汽缸537上。擴(kuò)管汽缸537有汽缸連桿538通過(guò)離合器539連到多槽軸540，此汽缸連桿538和多槽軸540被安置成同軸線。
管子旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)542輸出軸裝有齒輪543和花鍵軸承541嚙合，以便傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)。
另一方面，在上述可移動(dòng)的臺(tái)板535的前面裝有支持板544用來(lái)支持?jǐn)U管多槽軸。一個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)塊546通過(guò)軸承545連到支持板544。加壓板546a接到旋轉(zhuǎn)導(dǎo)塊546的端頭上用來(lái)和待焊到主管503上的法蘭505的端面相接觸，還裝有滑動(dòng)導(dǎo)塊547用來(lái)支持?jǐn)U管芯子548。在前述多槽軸540的前端上裝有帶錐度的桿549，它的斜邊通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)塊554支撐著擴(kuò)管芯子548。
另一方面，在前述固定的基礎(chǔ)531的端頭處裝有法蘭的滾子552用來(lái)頂住法蘭505，還裝有主管的滾子553用來(lái)頂住主管503。
下面，將敘述定位機(jī)構(gòu)的定位操作。
首先，當(dāng)擴(kuò)管汽缸537由于液壓電磁閥537b動(dòng)作而縮回，錐度桿549也縮回，擴(kuò)管芯子548漲起。若擴(kuò)管汽缸537前進(jìn)，擴(kuò)管芯子548從中心軸線徑向收縮。假如旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)542在Q方向旋轉(zhuǎn)，多槽軸540通過(guò)齒輪543和花鍵軸承541轉(zhuǎn)起來(lái)。與此同時(shí)，此轉(zhuǎn)動(dòng)也傳遞給錐度桿549。由于擴(kuò)管汽缸537的汽缸連桿538和多槽軸540是由帶內(nèi)裝軸承的離合器549連接起來(lái)的，轉(zhuǎn)動(dòng)在此處被阻斷。
進(jìn)而，若在固定的基礎(chǔ)531上的間隙寬度調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)532轉(zhuǎn)起來(lái)，驅(qū)動(dòng)螺桿532也轉(zhuǎn)了，可動(dòng)臺(tái)板535在滑動(dòng)導(dǎo)軌534上在主管503的x方向移動(dòng)，使得法蘭接觸板546a調(diào)節(jié)法蘭505的寬向位置。此時(shí)，在收縮狀態(tài)的擴(kuò)管汽缸537被從由各自的頂滾552和553頂住主管503和法蘭505的端頭插入。擴(kuò)管汽缸537前進(jìn)，擴(kuò)漲的管暫時(shí)在汽缸537和主管內(nèi)壁接觸時(shí)停止。然后，間隙寬度調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)532轉(zhuǎn)動(dòng)地向前移動(dòng)了可動(dòng)臺(tái)板535，帶動(dòng)法蘭505和主管503互相靠近。此后，擴(kuò)管汽缸537進(jìn)一步前進(jìn)使管子擴(kuò)漲，而在法蘭505和主管之間的錯(cuò)位進(jìn)入容許的范圍時(shí)擴(kuò)漲就停止。其次，旋轉(zhuǎn)電機(jī)542轉(zhuǎn)起來(lái)將主管503的法蘭505一起轉(zhuǎn)動(dòng)。此后，用定位在其上的焊接頭508a輻射出來(lái)的激光束實(shí)施焊接。
現(xiàn)在參考圖22來(lái)描述定位裝置。用來(lái)消除管間錯(cuò)位的擴(kuò)管桿805和擴(kuò)管塊806被插入待焊管801a，801b之內(nèi)，高度傳感器802a，802b裝在管801a，801b的外園周面上面。高度傳感器802a，802b的信號(hào)線連接到比較器803上，后者的信號(hào)線通過(guò)液壓?jiǎn)卧?07連到液壓缸804。其邊緣對(duì)準(zhǔn)的工件，即管801a，801b的高度h2、h1相關(guān)的數(shù)據(jù)被送到比較器803，在這里計(jì)算h1和h2間的差值δ。計(jì)算結(jié)果被傳到液壓?jiǎn)卧?07用以操作液壓缸804。隨之液壓缸的壓力增加引起錐度桿805和擴(kuò)管塊806動(dòng)作，使管801a、802b做對(duì)準(zhǔn)動(dòng)作。在此操作期間，高度傳感器802a、802b隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量并輸出代表測(cè)量結(jié)果的信號(hào)到比較器803。此操作一直進(jìn)行到差值δ變零為止。當(dāng)差值δ變零，對(duì)準(zhǔn)動(dòng)作停止，完成了排除管間錯(cuò)位。
管子和法蘭相對(duì)的邊緣之間的氣隙量的測(cè)量和消除間隙的機(jī)構(gòu)將被描述。間隙傳感器813被設(shè)置在管801a和801b，即待焊在一起的工件相對(duì)的邊緣部分外園周表面之上的地方，間隙傳感器的信號(hào)線接到比較器814以便通過(guò)液壓?jiǎn)卧?17驅(qū)動(dòng)液壓缸815。推壓頭816裝在液壓缸815的前部。將描述這個(gè)機(jī)構(gòu)的工作。在管801a和801b之間的間隙g在間隙傳感器813上測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送到比較器814。測(cè)出間隙g后液壓缸815通過(guò)液壓?jiǎn)卧?17而動(dòng)作，在x方向移動(dòng)推壓頭816，從而間隙g可被消除。按照此實(shí)施例，相對(duì)的邊緣的對(duì)準(zhǔn)在管對(duì)管、或者管對(duì)法蘭對(duì)焊在一起時(shí)可以自動(dòng)地進(jìn)行。因此，這個(gè)實(shí)施例當(dāng)它應(yīng)用于激光焊接系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生很大的效果。
下面，參考圖16描述按本實(shí)施例的激光加工系統(tǒng)的工作。
本系統(tǒng)針對(duì)下列情況，即用于氣體隔離控制系統(tǒng)的構(gòu)成匯流管的主管和法蘭要焊起來(lái)或者是為了裝支管要對(duì)主管鏜孔。匯流管通常要把加工好的法蘭505和管503連結(jié)起來(lái)，主管503再鏜出裝支管的孔，如圖23a，23b和23c所示。這些加工工作用本系統(tǒng)以激光束連續(xù)完成的。
首先，主管503放上并由傳送架502在x1方向傳送直到在法蘭裝配設(shè)備506的中心處定位并停住。此時(shí)，法蘭裝配設(shè)備506的工作臺(tái)面向上。由法蘭傳送帶504傳送的法蘭在法蘭裝配設(shè)備的工作臺(tái)面上被抓住，夾住主管503，翻轉(zhuǎn)90°后法蘭和主管503裝起來(lái)。裝好法蘭505的主管503被上述傳送架502傳送到恰好在焊接頭508a之下面，并定位于定位裝置507的中心部去進(jìn)行擴(kuò)管，間隙寬調(diào)節(jié)和旋轉(zhuǎn)操作。在此定位裝置507中，擴(kuò)管頭被從法蘭505的兩邊插入進(jìn)行擴(kuò)漲及定位到預(yù)定的尺寸。此后，主管503和法蘭505用來(lái)自焊接頭508a的激光束對(duì)接焊。主管503的兩端焊接完畢后焊接頭換成切割頭508b，來(lái)自它的激光束加工主管503的孔。裝好法蘭鏜好孔的主管再放上傳送架507傳送到下一工序。
根據(jù)本實(shí)施例，如已經(jīng)以各種方式敘述過(guò)了，當(dāng)管狀容器是由主管和支管組成的并且制造成象氣體隔離控制裝置的匯流管那樣時(shí)，工件的傳送、定位、旋轉(zhuǎn)和擴(kuò)漲能夠按順序地自動(dòng)進(jìn)行。結(jié)果，當(dāng)使用一臺(tái)激光發(fā)生器可輪換地用于焊接和切割工作時(shí)生產(chǎn)費(fèi)用可大大地降低。還可能制造出微小熱變形的管狀容器。
按照本實(shí)施例的加工裝置，多個(gè)加工頭布置在和轉(zhuǎn)盤(pán)樞軸同心的園周上，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的底板被可靠地固定。結(jié)果可以使在回轉(zhuǎn)時(shí)由折光鏡反射的激光束的光軸和加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的光軸仍對(duì)準(zhǔn)，避免了激光束散焦。因?yàn)槠溆嗖挥玫募庸ゎ^有防塵蓋保護(hù)著，能夠防塵不會(huì)在對(duì)光束散焦時(shí)引起麻煩。
按照本實(shí)施例的定位裝置，所有從主管內(nèi)部來(lái)擴(kuò)漲的擴(kuò)管芯子因錐狀桿的橫向運(yùn)動(dòng)而均勻地徑向移動(dòng)，從而變形的管校正為正確的園。再者，錐狀桿的橫向驅(qū)動(dòng)源，如果在液壓缸和其油壓回路中沒(méi)有導(dǎo)閥檢測(cè)控制的話，仍可以保持被擴(kuò)管的尺寸為錐狀桿的尺寸。然后，此尺寸在焊接時(shí)不改變。如果在油壓回路中使用釋放閥，任何液壓馬達(dá)不會(huì)受損，即使它用作間隙寬度驅(qū)動(dòng)源，甚至在管槽已互相接觸加壓時(shí)。
以下將參考圖24、25和26敘述用本系統(tǒng)的加工頭的另一實(shí)施例。
在本實(shí)施例中，如圖所示，一個(gè)底板在它的下表面上裝有加工頭，該加工頭帶可變孔徑的噴咀652，用于噴保護(hù)氣體，還有傳導(dǎo)器653，用于調(diào)節(jié)噴咀652的直徑。聚焦鏡654置于上述可變孔徑噴咀652之中，上述傳導(dǎo)器653被接到氣缸655用于垂直移動(dòng)所說(shuō)的傳導(dǎo)器653。
另一方面，在上述噴咀652上面的噴頭656構(gòu)成一個(gè)保護(hù)氣體導(dǎo)咀657，在它的前端用管子接到之通路電磁閥658用于變換氣體。
其次，以下描述其工作。來(lái)自激光發(fā)生器的激光束622被折光鏡623反射入加工頭的聚光鏡654?？勺兛讖降膰娋?52的頭部是分瓣的，如圖24所示。氣缸655在最低位置時(shí)，傳導(dǎo)器653也在最低位置，由于上述噴咀652中的彈簧作用下得到最大開(kāi)口φdo。當(dāng)氣缸655移到最高位置時(shí)，傳導(dǎo)器653收縮噴咀652的開(kāi)口到最小開(kāi)口φdS，如圖26所示。在最大開(kāi)口狀態(tài)，例如較多的O2氣體由打開(kāi)三通路電磁閥658的一個(gè)輸入通路而引入噴咀652。在最小開(kāi)口狀態(tài)，相反，可由打開(kāi)三通路電磁閥658另一個(gè)輸入通路引入Ar氣體。
如在這以前已敘述過(guò)，根據(jù)用途(焊接或切割工作)通過(guò)改變加工頭噴咀直徑及通過(guò)變換噴射的氣體種類，可在一個(gè)加工頭中完成用激光進(jìn)行的切割和焊接操作。所以，通過(guò)引入激光加工系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)激光混合加工系統(tǒng)。
下面，再一個(gè)激光加工系統(tǒng)的實(shí)施例將描述如下。
在大多數(shù)氣體隔離控制設(shè)備的匯流管上，不僅接有上述的法蘭還接有支管。那么，本系統(tǒng)也適用于要用激光束完成支管端面的切割和焊接法蘭的情況。
首先，加工過(guò)程將參考圖27a到27d用圖示來(lái)說(shuō)明。主管603上有事先焊上的支管603a(如圖27a所示)其管端用激光束切割，如圖27b所示。此后，法蘭605、605′和605a被裝到主管603和支管603a的端部，如圖27c所示。之后，用激光束把各法蘭605、605′和605a焊到各管603和603a上，如圖27d所示。
其次，將參考圖28將上面敘述的工作過(guò)程所用的系統(tǒng)描述如下。
帶事先用電弧焊焊上去的支管603a的主管603被在傳送導(dǎo)軌601上的傳送架602送到切割站 。切割站 一般設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)660，它能帶著有支管的主管603的y方向移動(dòng)在a方向轉(zhuǎn)動(dòng)，還設(shè)有一回轉(zhuǎn)工作臺(tái)662，它通過(guò)一激光束傳導(dǎo)器610a連到激光發(fā)生器611，并能帶著切割頭661在Q方向回轉(zhuǎn)。然后，轉(zhuǎn)盤(pán)660轉(zhuǎn)起來(lái)把主管603或支管603a的端部帶到切割位置，在此位置回轉(zhuǎn)工作臺(tái)662轉(zhuǎn)動(dòng)著同時(shí)從切割頭輻射出激光束來(lái)切割管端。當(dāng)主管603的兩端和支管603a的端部被切去，工件被送到下一工序的法蘭裝配站
。法蘭裝配站
的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上和參照?qǐng)D16描述過(guò)的法蘭裝配設(shè)備是相似的，重復(fù)的敘述就省略了。經(jīng)在主管603的兩端及其支管603a的端頭裝了法蘭605，被從法蘭裝配站
送到相繼工序的焊接站
。在此如果主管603和支管603a有相同的直徑，它們可以在二條傳送帶上的各自裝法蘭605。如果支管603a的直徑較主管603的小，此二管可以裝各自的法蘭用一條傳送帶傳送直徑和主管603的直徑匹配的法蘭，而另一傳送帶傳送直徑和支管603a的直徑相匹配的法蘭。焊接站
的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與切割站
相似，只是在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)662上配備焊接頭663代替切割頭。還有，主管603或者支管和法蘭605和605a用從焊接頭663輻射激光發(fā)生器11的激光束同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)662來(lái)進(jìn)行焊接。
按照本實(shí)施例，如在此之前已敘述過(guò)的，加工可在每個(gè)部分的各單元中完成，法蘭可被焊接好而不必?fù)?dān)心熱變形，這本來(lái)在標(biāo)準(zhǔn)焊接中是會(huì)發(fā)生的。還有，用大型機(jī)床在激光焊之后進(jìn)行加工操作也不需要了，這就可以大大降低生產(chǎn)費(fèi)用。再有，組合式的用激光的加工系統(tǒng)可被生產(chǎn)出來(lái)。
前面的各實(shí)施例中，激光發(fā)生器對(duì)每個(gè)切割站和焊接站都可以設(shè)立，但也可以此二站共用。
權(quán)利要求
1.一種焊接的金屬容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)包括有端部的主金屬管；支管，其端部被焊到所說(shuō)主管外周壁上；法蘭，被焊到主金屬管和支管的端部上，至少所說(shuō)的法蘭用激光束焊接焊到主管和支管相應(yīng)的端部上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接金屬容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于每個(gè)法蘭被用激光束焊接到主金屬管和支管的相應(yīng)端部上，支管用電弧焊焊到主管的外周壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接金屬容器的結(jié)構(gòu)，其特征在于，支管用激光束焊接到主管的外周部份上。
4.一種氣體隔離開(kāi)關(guān)的殼體，內(nèi)容納斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、封裝有隔離氣體的匯流管以及法蘭、結(jié)合到殼體的端部并用螺栓緊固，其特征在于殼體和結(jié)合到殼體端部的法蘭用激光束焊接起來(lái)。
5.一種制造焊接金屬容器結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括將支管端部焊到帶有端部的主管的外周壁上，使所說(shuō)的支管從所說(shuō)的主管徑向延伸;在主管和支管焊接之后用激光束焊接將法蘭焊到主管和支管的所說(shuō)端部的每一個(gè)上去。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造焊接的金屬容器結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，用電弧焊將支管的一端部焊到有一端部的主金屬管外周壁上，使支管從主管徑向延伸;用機(jī)械法切割或激光切割在焊后切割主金屬管和支管的每一端表面部分，法蘭被結(jié)合到主金屬管和支管的這些端面;以及用激光焊法將已機(jī)械處理過(guò)的法蘭結(jié)合到已處理好的主管和支管的端表面上。
7.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括傳送待加工的工件的傳送裝置;激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光束加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器用于傳導(dǎo)從激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束以及還包括折光鏡用于改變激光束的路徑;和多個(gè)加工頭，該加工頭可按照工件的加工用途變換，用于將激光束輻射到工件的相同位置，該激光束的路徑經(jīng)變換到相同的地方并由光束傳導(dǎo)器引導(dǎo)。
8.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳送待加工工件的傳送裝置;激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光束加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器用于傳導(dǎo)由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束以及還包括折光鏡用于改變激光束的路徑;和多個(gè)加工頭可按照工件的加工用途來(lái)選擇，用于將激光束輻射到工件的相同位置，該激光束的路徑經(jīng)變換到相同的地方并由光束傳導(dǎo)器引導(dǎo)。
9.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在，該系統(tǒng)包括傳送待加工工件的傳送裝置，激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光束去加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器用于傳導(dǎo)由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束;和多個(gè)加工頭可按照工件的加工用途被旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)，用于將激光束輻射到工件上，該激光束被光束傳導(dǎo)器所引導(dǎo)。
10.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳送待加工工件的傳送裝置;激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光束去加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器用于傳導(dǎo)由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束;和多個(gè)加工頭，用于輻射經(jīng)光束傳導(dǎo)器引導(dǎo)的激光束到工件，其中多個(gè)加工頭可按照工件的加工用途被移動(dòng)。
11.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳送待加工工件的傳送裝置;激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光束去加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器用于傳導(dǎo)由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束;和多個(gè)加工頭，布置在和一個(gè)盤(pán)的樞軸同軸線并在該盤(pán)園周上可按照工件加工用途靠旋轉(zhuǎn)該盤(pán)來(lái)選擇，以及把經(jīng)光束傳導(dǎo)器引導(dǎo)的激光束照射于工件。
12.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳送待加工工件的傳送裝置;激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生激光束去加工在傳送裝置上的工件;一光束傳導(dǎo)器，用于傳導(dǎo)由激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束;和一個(gè)加工頭，用于把經(jīng)光束傳導(dǎo)器傳導(dǎo)的激光束照射到工件上，其中多個(gè)加工頭對(duì)一個(gè)盤(pán)的樞軸同軸地布置在該盤(pán)的園周上，并可按照工件的加工用途靠回轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)選擇。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、10、11或12所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，折光鏡用于引導(dǎo)由光束傳導(dǎo)器傳導(dǎo)的激光束到加工頭去時(shí)改變激光束的路徑。
14.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括傳送裝置，用于傳送其端部裝有法蘭的管狀容器;一個(gè)激光發(fā)生器，用于產(chǎn)生激光束去切割在傳送裝置上的管狀容器或者將法蘭焊到該容器;一個(gè)光束傳導(dǎo)器，用于傳導(dǎo)從激光發(fā)生器輸出的激光束;切割頭和焊接頭，可按照管狀容器的切割操作或?qū)Ψㄌm的焊接操作而移動(dòng)，它輻射由光束傳導(dǎo)器傳導(dǎo)的激光束去實(shí)施管狀容器的切割操作或?qū)Ψㄌm的焊接操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括定位裝置，用來(lái)支撐傳送裝置傳送的并裝配以法蘭的管狀容器，當(dāng)管狀進(jìn)入焊接頭的位置，定位容器要焊到法蘭去的位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，定位裝置包括寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用來(lái)校正被焊部份的配合間隙，還包括擴(kuò)管機(jī)構(gòu)，用來(lái)校正焊接部分的錯(cuò)位。
17.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括第一傳送線，用來(lái)傳送管狀容器;第二傳送線，一般其走向?yàn)橄鄬?duì)于第一傳送線成直角，用來(lái)傳送和管狀容器的端部相連合的法蘭;法蘭裝配裝置，置于第一傳送線的中途，用來(lái)將在第二傳送線上傳送的法蘭結(jié)合到管狀容器的端部;一激光發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生激光束以實(shí)施或者對(duì)在第一傳送線上傳送的、并由法蘭裝配裝置將法蘭裝到其端部后的管狀容器進(jìn)行切割操作，或者把法蘭焊到該容器去而進(jìn)行的焊接操作;一個(gè)光束傳導(dǎo)器，用來(lái)引導(dǎo)從激光發(fā)生器輸出的激光束;切割頭及焊接頭，可按照管狀容器的切割操作或者對(duì)法蘭的焊接操作而被移動(dòng)，用于輻射經(jīng)光束傳導(dǎo)器引導(dǎo)的激光束進(jìn)行管狀容器的切割操作或?qū)Ψㄌm的焊接操作;定位裝置，用來(lái)支撐在第一傳送線上傳送的、被裝上法蘭的管狀容器，當(dāng)管狀容器進(jìn)入焊接頭的位置，把該容器待定位到要焊到法蘭上的部件。
18.一種加工設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括一轉(zhuǎn)盤(pán)，多個(gè)加工頭同心地以預(yù)定的間隔布置在轉(zhuǎn)盤(pán)的園周上，用來(lái)將通過(guò)一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)使來(lái)自一個(gè)激光發(fā)生器的激光束照射到待加工工件上并且加工該工件，和驅(qū)動(dòng)裝置，用來(lái)驅(qū)動(dòng)帶加工頭的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中來(lái)自激光發(fā)生器的激光束的光軸線和在轉(zhuǎn)盤(pán)上的加工頭的光學(xué)系統(tǒng)的光軸線互相對(duì)準(zhǔn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的加工設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備進(jìn)一步包括一個(gè)防塵蓋，用來(lái)遮蓋除了以激光束來(lái)加工工件的加工頭以外的那些加工頭的光學(xué)部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的加工設(shè)備，其特征在于，轉(zhuǎn)盤(pán)的驅(qū)動(dòng)裝置固定在底板上，以及底板通過(guò)一根絲杠連到提升裝置，使得帶加工頭的轉(zhuǎn)盤(pán)可以利用驅(qū)動(dòng)提升裝置而被垂直移動(dòng)。
21.一個(gè)定位裝置，其特征在于，該裝置包括間隙寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用來(lái)校正待焊管狀部件對(duì)接部分的軸向間隙;一擴(kuò)管機(jī)構(gòu)，用來(lái)校正管狀部件對(duì)接部分的輻向錯(cuò)位;以及一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)管機(jī)構(gòu)擴(kuò)漲的管狀部件。
22.一個(gè)定位裝置，其特征在于，該裝置包括間隙寬度調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)，它裝在固定的基礎(chǔ)上;接在間隙寬度調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出軸上的間隙寬度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸;可移動(dòng)底板，支撐在間隙寬度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)軸之上;擴(kuò)管汽缸，通過(guò)三角架支撐在可移動(dòng)底板的一頭;多槽軸，其一端通過(guò)離合器連到擴(kuò)管液壓缸的連桿;帶錐度的桿，固定在多槽軸的另一端;多個(gè)擴(kuò)管芯子，徑向地通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)塊布置在帶錐度的桿的斜邊上;支持板，裝在可移動(dòng)底板的另一頭，用來(lái)支撐多槽軸;旋轉(zhuǎn)傳導(dǎo)塊，由支撐板通過(guò)軸承可旋轉(zhuǎn)的支承著;導(dǎo)塊，接在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)塊的端部，用來(lái)支持加壓板和待校正的管狀部件的端部以及在長(zhǎng)度方向上和擴(kuò)管芯子相接觸;驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)多槽軸旋轉(zhuǎn)。
23.一個(gè)加工頭，其特征在于，該加工頭包括一通常是園柱形的噴咀，用來(lái)引導(dǎo)在被加工工件附近的、來(lái)自激光發(fā)生器的激光束;聚光鏡，置于所說(shuō)的噴咀的中間，用來(lái)聚集激光束，將已聚集的激光束照射工件;以及保護(hù)氣體引導(dǎo)裝置，用來(lái)引導(dǎo)被用于保護(hù)噴咀內(nèi)的激光束對(duì)壁面作用的保護(hù)氣體，在引導(dǎo)該激光束同時(shí)它被噴射到工件上，其中噴咀在其頂部有可變的孔。
24.一加工頭，其特征在于，該加工頭包括一個(gè)一般是園柱形的噴咀，用來(lái)引導(dǎo)在被加工工件附近的、來(lái)自激光發(fā)生器的激光束;一聚光鏡，置于所說(shuō)的噴咀的中間，用來(lái)聚集激光束，將已聚集的激光束照射工件;以及一保護(hù)氣體引導(dǎo)裝置，用來(lái)引導(dǎo)被用于保護(hù)噴咀內(nèi)的激光束對(duì)壁面作用的保護(hù)氣體，在引導(dǎo)該激光束同時(shí)它被噴射到工件上，其中噴咀在其頂部在園周方向上被分瓣，使得分開(kāi)的各瓣徑向可漲大及縮小。
25.一加工頭，其特征在于加工頭包括一個(gè)一般是園柱形的噴咀，用來(lái)引導(dǎo)在被加工工件附近的、來(lái)自激光發(fā)生器的激光束;一聚光鏡，置于噴咀的中間，用來(lái)聚集激光束，將已聚集的激光束照射工件;一個(gè)保護(hù)氣體引導(dǎo)裝置，用來(lái)引導(dǎo)被用于保護(hù)噴咀內(nèi)的激光束對(duì)壁面作用的保護(hù)氣體，在引導(dǎo)該激光束同時(shí)它被噴射到工件上;以及一個(gè)用第一次命名的噴咀的外園周安置的咀并可以順第一次命名的噴咀的外壁引導(dǎo)垂直地移動(dòng)使得該噴咀頂端的孔由引導(dǎo)器的垂直移動(dòng)而改變。
26.根據(jù)權(quán)利要求23，24或25所述的加工頭，其特征在于，保護(hù)氣體引導(dǎo)裝置包括一個(gè)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，用來(lái)根據(jù)工件的加工用途開(kāi)關(guān)所引導(dǎo)的保護(hù)氣體。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的加工頭，其特征在于，引導(dǎo)器包括一垂直驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)向上及向下移動(dòng)引導(dǎo)器。
28.一種激光加工系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括第一傳送裝置，用來(lái)傳送事先裝以支管的主管到預(yù)定地點(diǎn)，切割站，用來(lái)切割由傳送裝置傳送的帶支管的主管;法蘭裝配站，用來(lái)把由通常相對(duì)于第一傳送裝置成直角安置的第二傳送裝置所傳送的法蘭裝配到由第一傳送裝置傳送的帶支管的主管的那些端部的每一個(gè)上去，這帶支管的主管在切割站被切割過(guò);以及一個(gè)焊接站，用來(lái)用激光束焊接由第一傳送裝置所傳送的、在法蘭裝配站上被裝以法蘭的帶支管的主管的那些端部的每一個(gè)和它的裝法蘭部分。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，切割站包括導(dǎo)軌，通常相對(duì)于第一傳送裝置的傳送方向成直角安置;轉(zhuǎn)盤(pán)，在導(dǎo)軌上可以垂直于第一傳送裝置的傳送方向作運(yùn)動(dòng)和在水平方向的轉(zhuǎn)盤(pán)，以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，包括一個(gè)切割頭，它放射來(lái)自激光發(fā)生器的激光束以便切割帶支管的主管每一個(gè)端部。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，焊接站包括導(dǎo)軌，通常布置為相對(duì)于所說(shuō)第一傳送裝置的傳送方向成直角;轉(zhuǎn)盤(pán)，在導(dǎo)軌上可以垂直于第一傳送裝置的傳送方向運(yùn)動(dòng)，和在水平方向的轉(zhuǎn)盤(pán);以及一回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它的回轉(zhuǎn)軸線通常和在轉(zhuǎn)盤(pán)上的待焊的裝了法蘭的帶支管主管的中心軸線對(duì)準(zhǔn)，使得它能以相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方向成直角的回轉(zhuǎn)線作回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)包括一焊接頭，用來(lái)放射來(lái)自激光發(fā)生器的激光束以便把每個(gè)帶支管的主管的端部和法蘭焊接起來(lái)。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，輸出被傳導(dǎo)到切割站和焊接站的激光束的激光發(fā)生器是對(duì)各站的每一個(gè)單獨(dú)提供。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的激光加工系統(tǒng)，其特征在于，輸出被引導(dǎo)到切割站和焊接站的激光束的激光發(fā)生器在數(shù)量上只提供一個(gè)，所以它可被各站共同分享。
全文摘要
用于氣體隔離開(kāi)關(guān)的殼體1的焊接金屬容器包括主管2和用電弧焊A或激光束焊接LB焊到主管2上去的支管3、31以及用激光束焊接焊到主管2和支管3、31的每一個(gè)端部去的法蘭。在電弧焊以后，主管和支管3、31的各端部被精確地加工過(guò)，法蘭4a、4b、4c、4d、被焊到主管2和支管3、31的各端部。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1060929SQ91109579
公開(kāi)日1992年5月6日 申請(qǐng)日期1991年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月17日
發(fā)明者一色治, 村下雅紀(jì), 松島修, 中川貞夫, 中野清藏, 后藤浩二, 橋浦雅義, 小林豐, 佐藤孝志, 太田勝郎, 菊地英明, 福田伸二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所