專利名稱：一種管板自動氬弧焊接機(jī)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種使用保護(hù)氣體的電弧焊接裝置，特別是涉及一種用于核電站核燃料組件管板焊接的自動氬弧焊接機(jī)頭。
我國秦山核電站燃料組件的上管座與20根控制棒導(dǎo)向管采用焊接結(jié)構(gòu)，焊縫結(jié)構(gòu)示意圖如


圖1所示。
圖1中，1｀為上管座，2｀為下管座，3｀為定位格架，4｀控制棒導(dǎo)向管，5｀管板焊縫。焊縫技術(shù)要求規(guī)定，焊縫表面應(yīng)光滑平整、無氧化現(xiàn)象，焊縫內(nèi)部不允許有裂紋、未熔合或未焊透，氣孔不得大于φ0.3毫米，焊縫機(jī)械強(qiáng)度和腐蝕性能應(yīng)與母材接近。由于在生產(chǎn)中不能采取無損檢驗手段檢查，只能靠工藝保證，所以對機(jī)頭結(jié)構(gòu)提出了極為嚴(yán)格的要求。
從
圖1可見，焊縫受管板外圍上框板限制，施焊空間位置很小，機(jī)頭伸進(jìn)距離既高又長。所以，采用一般的管板自動焊接機(jī)頭很難進(jìn)行焊接。國外對這種管座的管板焊接，是采用手工氬弧焊完成的。
為了滿足組件生產(chǎn)需要，我們將原管板自動焊接機(jī)頭改裝成適合這種特殊焊接條件的專用機(jī)頭，解決了組件管板自動焊接的技術(shù)難關(guān)。專用管板自動焊接機(jī)頭由機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)、焊槍、焊槍桿、噴嘴等組成。
本實用新型的目的在于提供一種壓水堆核電站核燃料組件管板焊接專用機(jī)頭，使用該機(jī)頭圓滿地實現(xiàn)了核燃料組件的上管座與控制棒導(dǎo)向管的自動焊接，焊縫質(zhì)量達(dá)到了嚴(yán)格的焊縫技術(shù)要求，并保證了組件焊前的裝配精度。
本實用新型的管板自動氬弧焊接機(jī)頭，包括機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)、焊槍、焊槍桿和噴嘴，其特點是機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)為插銷式模板定位機(jī)構(gòu)，它由固定在機(jī)頭的機(jī)殼上的定位套和模板組成，定位套基本上與轉(zhuǎn)動軸保持同心，定位套與模板孔為滑動配合。焊槍桿為撓性焊槍桿，焊槍桿在與焊槍連接處設(shè)計成球面配合，外面加一節(jié)波紋管，用點焊的方法將波紋管分別固定在焊槍桿和焊槍上。插入導(dǎo)向管內(nèi)的彈性定位桿由螺紋陶瓷管、定位桿、彈性定位套、彈簧和螺帽組成，焊槍和彈性定位桿由螺紋陶瓷管連接，定位桿和彈性定位套之間為滑動配合，彈性定位套和導(dǎo)向管內(nèi)壁有5道間隙。焊槍的鎢極與焊槍中心夾角為28°-32°；焊縫保護(hù)采用大噴嘴、全保護(hù)結(jié)構(gòu)。
本實用新型的管板自動氬弧焊接機(jī)頭，其設(shè)計是合理的，機(jī)頭性能符合生產(chǎn)使用要求。該機(jī)頭具有下述優(yōu)點(1)采用了細(xì)長而有性的焊槍桿，使焊槍能以管子內(nèi)壁為基準(zhǔn)對中焊縫旋轉(zhuǎn)焊接，從結(jié)構(gòu)上解決了一般管板焊槍伸入距離短和旋轉(zhuǎn)空間要求較大的問題，同時也解決了由于焊槍伸入距離長而帶來的焊縫難以對中等問題，使焊槍對中環(huán)焊縫中心徑向偏差不超過0.08毫米，軸向基本不變，對中達(dá)到了要求。
(2)采用了對環(huán)焊縫實行氬氣全保護(hù)的大噴嘴結(jié)構(gòu)，解決了一般薄壁管、小直徑管板端接焊縫容易出現(xiàn)的氧化問題。
(3)設(shè)計了模板插銷式機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)，取代了原立式機(jī)頭定位罩和臥式極座標(biāo)旋轉(zhuǎn)機(jī)頭定位胎具。機(jī)頭定位方法的改進(jìn)，起到了簡化定程序、縮短定位時間的作用，達(dá)到了管板焊縫對稱施焊的工藝條件，減小了管板的熱變形，有利于提高組件的裝配質(zhì)量。機(jī)頭在焊接時，可按照事先編排的焊接規(guī)范，對號插入模板和導(dǎo)向管孔內(nèi)進(jìn)行焊接，無須再進(jìn)行調(diào)整。因此，基本上排除了外來因素如視力偏差對焊接質(zhì)量的影響，從工藝上保證了焊接過程和焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性。
(4)機(jī)頭焊接效率高。根據(jù)實樣焊接時間測定，每個環(huán)焊縫的平均時間為9秒(定位和自動復(fù)位)+26秒(焊接過程)+冷卻時間＜1分鐘。加上模板裝配等輔助時間在內(nèi)，焊完一盒組件不足一小時，每班若兩套裝配線同時組裝，則機(jī)頭每班可焊完五盒組件，比原來極座標(biāo)焊接胎具效率提高了1～2倍，滿足了生產(chǎn)需要。
本實用新型有下列附圖
圖1管板焊縫結(jié)構(gòu)示意圖圖2機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖圖3焊槍示意圖
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖2為機(jī)頭結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)組件總裝工藝的要求，機(jī)頭必須采取臥式焊接方式。所謂臥式焊接是指焊槍橫向插入管板孔內(nèi)焊接，此時機(jī)頭定位中心與管子軸心線在同一水平線上。
機(jī)頭定位采用插銷式模板定位結(jié)構(gòu)。定位套2用鈿釘固定在機(jī)頭的機(jī)殼上，定位套2和轉(zhuǎn)動軸15之間有0.5毫米間隙，并基本上與轉(zhuǎn)動軸保持同心。定位套2和模板孔為滑動配合。機(jī)頭經(jīng)過定位套2插入模板3后，定位套2支撐著機(jī)頭的全部重量(約4Kg)。
模板3材料為不銹鋼，是考慮模板3外形尺寸和21孔加工精度的準(zhǔn)確。模板3與管座上面的21孔位置相同。焊前，將模板與上管座上面貼合，四周圍用角尺標(biāo)準(zhǔn)對齊，然后用三個弓形夾板固定連接。
試驗證明，機(jī)頭插銷式模板定位結(jié)構(gòu)具備以下優(yōu)點(1)模板裝卡簡便易行，機(jī)頭插入定位可靠，轉(zhuǎn)換方便，滿足快速定位的要求，為對稱施焊創(chuàng)造了條件。
(2)由于定位套2支撐了焊接機(jī)頭的全部重量，因此，轉(zhuǎn)動軸15能滿足焊接速度的要求。
關(guān)于焊槍對中問題的解決。焊槍對中實際上是機(jī)頭的二次定位。焊槍對中主要解決焊槍對焊縫中心定位的準(zhǔn)確度。
由于焊槍桿4較長，加上定位套2與模板3之間也有間隙存在，因此造成了焊槍旋轉(zhuǎn)時出現(xiàn)徑向擺動，影響了焊縫成形。
為了解決焊槍定位，我們采取了以下兩個措施控制焊槍徑向擺動，取得了較好的效果。
(1)設(shè)計撓性焊槍桿。如圖2所示，焊槍桿4從機(jī)頭伸出后，在與焊槍1連接處設(shè)計成球面配合。外面加了一節(jié)波紋管5。波紋管5內(nèi)徑φ10。外型規(guī)格φ15×0.2。用點焊的方法分別固定在焊槍桿4和焊槍1上。
波紋管5的作用有a)維持焊槍1旋轉(zhuǎn)力矩的傳遞，b)接通焊槍桿4至焊槍1的保護(hù)氣流，c)為改變焊槍旋轉(zhuǎn)中心起過渡作用。
當(dāng)然，焊槍定位僅靠撓性焊槍桿是不行的。還必須借助撓性焊槍桿來改變焊槍的旋轉(zhuǎn)中心，即不依靠電機(jī)減速傳動軸為旋轉(zhuǎn)中心，而改為依靠環(huán)焊縫中心旋轉(zhuǎn)。這樣才能控制焊槍徑向擺動，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。
(2)采用彈性定位桿。如圖2所示，焊槍通過螺紋陶瓷管12與彈性定位桿連接。彈性定位桿插入導(dǎo)向管7后，以導(dǎo)向管7內(nèi)壁為基準(zhǔn)面滑動，從而確定了焊槍定位基準(zhǔn)，控制了焊槍的徑向擺動。
彈性定位桿由螺紋陶瓷管12、定位桿8、彈性定位套9、彈簧和螺帽組成。定位桿8和彈性定位套9之間為滑動配合。彈性定位套9和導(dǎo)向管7內(nèi)壁有5道間隙，因此焊槍徑向定位可控制在0.05～0.08毫米以內(nèi)。軸向竄動由波紋管控制基本不變。
彈簧的作用是為了緩和焊槍軸向伸入阻力而設(shè)計的；彈性定位套9有0.2毫米彈性變形，以便焊槍自由進(jìn)出。
由于框架結(jié)構(gòu)限制，焊槍1旋轉(zhuǎn)空間很小，伸進(jìn)距離較長，因此我們選擇了管板內(nèi)孔焊槍的形狀，并在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，以適應(yīng)管板端接焊縫的焊接條件和要求。焊槍的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
焊槍1設(shè)計側(cè)重解決以下幾個問題(1)鎢極夾持角度。鎢極傾角是決定焊縫成形和熔透均勻的主要參數(shù)。一般內(nèi)孔焊槍鎢極角度選用90°或45°，是根據(jù)管板內(nèi)孔對接或搭接焊縫結(jié)構(gòu)確定的。對于管板端接焊縫結(jié)構(gòu)，經(jīng)我們多次試驗后確定鎢極與焊槍中心夾角為28°-32°比較適宜，焊縫呈半園形，環(huán)焊縫內(nèi)凸不大于規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，焊縫表面質(zhì)量較好。焊槍鎢極14直徑為φ1.2毫米，鎢極孔為φ1.5毫米，鎢極固定螺釘與鎢極成90°固定，鎢極伸出長度可以適當(dāng)調(diào)正。
(2)焊縫保護(hù)。由于端接焊縫全部暴露在空氣中，因此，氬氣流對焊縫的保護(hù)比內(nèi)孔焊縫更為困難。過去我們曾采用局部保護(hù)方法，但保護(hù)效果不理想。若采用脫尾保護(hù)，則因環(huán)焊縫直徑較小而難以制作。因此，我們分析了機(jī)頭臥式管板焊接的具體條件，設(shè)計了適合環(huán)焊縫直徑較小、管壁較薄、焊速較快的特點的氣流保護(hù)裝置，即大噴嘴、全保護(hù)結(jié)構(gòu)。如圖3所示噴嘴11與焊槍1為1∶20錐面配合，在焊接管板四角焊縫時，由于框架限制噴嘴不能直接通過，須要拆裝一次噴嘴11才能進(jìn)行焊接。其余焊縫的焊接，噴嘴11均可一次通過。
當(dāng)焊槍1定位后，噴嘴11距管板6有1毫米間隙，噴嘴11直徑大于環(huán)焊縫直徑，將焊縫罩住。焊接時，氣流從焊槍4噴出，沿噴嘴11內(nèi)壁進(jìn)入焊縫，在管口有冷卻桿擋住氣流進(jìn)入管內(nèi)，因此絕大部分氬氣是從噴嘴11與管板6間隙中排出的，起到了復(fù)蓋和保護(hù)焊縫的目的。從試驗結(jié)果看，焊縫表面呈現(xiàn)銀白色，證明了這種結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果是比較理想的。
焊槍的絕緣保護(hù)主要解決兩個問題(1)機(jī)頭轉(zhuǎn)動軸對模板3的絕緣。機(jī)頭轉(zhuǎn)動軸為焊接電源負(fù)極，模板3和上管座連接后為焊接電源正極。為了防止高頻泄漏，我們選用了耐磨和絕緣性好的電工膠棒材料制作了定位套2，定位套把轉(zhuǎn)動軸與模板3隔開。經(jīng)試焊證明，絕緣性能良好。
(2)彈性定位桿與導(dǎo)向管之間的絕緣。由于焊槍1和彈性定位桿連接部位離電弧很近，溫度很高，因此，連接材料必須具備絕緣耐高溫兩個性能。我們選用了M4細(xì)牙內(nèi)螺紋陶瓷管連接焊槍1和彈性定位桿，在接頭中間留有2-3毫米間隔填上絕緣材料黑封膠13，增強(qiáng)接頭的絕緣性能。經(jīng)多次焊接試驗情況分析，高頻引弧正常，瓷管的耐溫和絕緣性能良好，沒有發(fā)生高頻擊傷管壁現(xiàn)象，焊接過程安全可靠。
權(quán)利要求1.一種管板自動氬弧焊接機(jī)頭，包括機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)、焊槍(1)、焊槍桿(4)和噴嘴(11)，其特征在于機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)為插銷式模板定位機(jī)構(gòu)(2、3)，它由固定在機(jī)頭的機(jī)殼上的定位套(2)和模板(3)組成，定位套(2)基本上與轉(zhuǎn)動軸(15)保持同心，定位套(2)與模板孔為滑動配合；焊槍桿(4)為撓性焊槍桿，焊槍桿在與焊槍連接處設(shè)計成球面配合，外面加一節(jié)波紋管(5)，用點焊的方法將波紋管分別固定在焊槍桿(4)和焊槍(1)上，插入導(dǎo)向管(7)內(nèi)的焊槍定位桿由螺紋陶瓷管(12)、定位桿(8)、彈性定位套(9)、彈簧和螺帽組成，定位桿(8)和彈性定位套(9)之間為滑動配合，彈性定位套(9)和導(dǎo)向管(7)內(nèi)壁有5道間隙；焊槍(1)鎢極(14)與焊槍中心夾角為28°～32°；焊縫保護(hù)采用大噴嘴、全保護(hù)結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的自動氬弧焊接機(jī)頭，其特征在于波紋管(5)的內(nèi)徑為φ10毫米，外型規(guī)格15×0.2毫米；焊槍鎢極(14)的直徑為φ1.2毫米，鎢極孔為φ1.5毫米。
3.如權(quán)利要求2所述的自動氬弧焊接機(jī)頭，其特征在于噴嘴(11)與焊槍(1)為1∶20錐面配合，在焊接管板四角焊縫時，由于框架限制噴嘴(11)不能直接通過，需要拆裝一次噴嘴才能進(jìn)行焊接。
4.如權(quán)利要求3所述的自動氬弧焊接機(jī)頭，其特征在于當(dāng)焊槍(1)定位后，噴嘴(11)距管板(6)有1毫米間隙，噴嘴(11)直徑大于環(huán)焊縫直徑，將焊縫罩住。
5.如權(quán)利要求4所述的自動氬弧焊接機(jī)頭，其特征在于定位套(2)是由耐磨和絕緣性好的電工膠棒材料制作；螺紋陶瓷管(12)為M4細(xì)牙內(nèi)螺紋陶瓷管。
專利摘要一種管板自動氬弧焊接機(jī)頭,由定位機(jī)構(gòu)、焊槍和噴嘴等部件組成。機(jī)頭定位機(jī)構(gòu)為插銷式模板定位機(jī)構(gòu),由定位套和模板組成。定位套基本上與轉(zhuǎn)動軸保持同心,定位套與模板為滑動配合。焊槍桿為撓性焊槍桿,焊槍桿與焊槍連接處設(shè)計成球面配合,外面加一節(jié)波紋管。插入導(dǎo)向管內(nèi)的彈性定位桿由螺紋陶瓷管、定位桿、彈性定位套、彈簧和螺帽組成。彈性定位套和導(dǎo)向管內(nèi)壁有5道間隙。焊槍的鎢極與中心夾角為28°～32°左右。焊縫保護(hù)采用大噴嘴、全保護(hù)結(jié)構(gòu)。用該機(jī)頭焊接的核燃料組件,其焊縫質(zhì)量均達(dá)到焊縫技術(shù)要求,并保證了組件焊前的裝配精度。
文檔編號B23K9/167GK2341751SQ9824165
公開日1999年10月6日 申請日期1998年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月22日
發(fā)明者李德禮 申請人:國營建中化工總公司