专利名称：数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种管-管相贯接头自动焊设备，特别是涉及一种管-管正交、偏 交及斜交角焊缝自动焊接的设备，其主要用于电站锅炉及管道制造行业，是属于数控、空间 曲线自动焊接及技术领域的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备。
背景技术：
在锅炉及管道行业，管-管相贯接头是一种空间曲线的角焊缝，如高端电站锅炉 产品中的汽水分离器，这是一个非常重要的部件，其焊接质量一直受到制造厂及用户的高 度重视。分离器的环缝可采用自动焊进行焊接，其焊接质量可得到可靠的保证，但分离器上 的偏心、斜交管座的角焊缝，至今只能采用手工电弧焊进行焊接，不但工作量大，劳动条件 差，而且对焊工的技能、体能均有很高的要求，其焊接质量难以得到保证，因此分离器上偏 心斜管座的焊接质量、焊接工艺技术已成为提高劳动生产率、保证产品质量和增加生产量 的瓶颈口。随着电站锅炉向大容量，高参数的方向发展，对材料的使用性能提出了更高的要 求，分离器的材料等级已从超临界机组的SA-302C提高到P91，对于焊接质量的要求也越来 越高，同时随着生产的发展，迫切需要提高分离器生产中的机械化和自动化水平，以达到提 高产品质量和生产效率，降低制造成本，改变分离器生产的落后工艺，提高汽水分离器生产 的工艺水平。在母管(如锅筒，集箱及压力容器)上焊接正交管座(马鞍形焊缝)，工业生产中 既有采用手工电弧焊的方法，也有采用自动焊的方法，即采用一套机械式运动机构来实现 马鞍形运动，进行自动埋弧焊接，但这种机械式马鞍形焊机不能焊接母管与支管的直径相 差较小或支管与母管呈偏心、斜交的焊缝。目前国内外还没有用于焊接这种接头的自动焊 设备和工艺，均只能采用手工电弧焊，虽然基本能满足焊接生产要求，但存在操作难度大， 焊接质量受到人为因素的影响，可适性差，焊工的劳动强度高，生产效率低等问题。为此，急 待研制开发用于此类产品的自动焊机。但是，研制开发用于此类自动焊机面临着如下的难题1.空间位置焊缝成形的控制对于偏心斜交管-管相贯线的接头，其焊缝为非对称空间马鞍形曲线，焊接时，其 焊接部位处于连续交替的上、下坡焊，由于马鞍落差过大，造成焊接时上坡焊和下坡焊的坡 度过大，熔池在重力的作用下，导致上坡焊时咬边，下坡焊时未熔合等缺陷，并使焊接成形 严重恶化，直接影响焊缝质量，这是难以解决的工艺问题。因此，要实现自动化焊接，必须解 决好偏心、斜交管焊接过程中的焊接位置，使焊接部位始终处于有利于焊接的水平位置，避 免山下坡。2.焊缝实际形线与理论运动轨迹的差异由于工件自身的尺寸公差及加工、装备误差等因素，导致按数学模型计算的理论 运动轨迹与实际的焊缝形线存在差异。因此，数控系统能否适应这种差异，解决好此问题，乃是成败的关键，这正是数控焊机与数控切割机的区别，难度系数大大增加。3.焊接工艺软件的开发由于此类焊接接头在不同部位的坡口角度及焊缝截面均不相同，差异极大.需研 发相应的焊接工艺软件。所以至今为止，国内外还没有成功地开发出用于分离器上的偏心斜交管的自动焊 机，只能采用手工焊。由此可见，上述现有的管-管相贯接头设备在结构、工艺与使用上，显然仍存在有 不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来 谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构 能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的数控 管-管相贯接头埋弧自动焊设备，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进 的目标。有鉴于上述现有的管-管相贯接头焊设备存在的缺陷，本发 明人基于从事此类产 品设计制造多年丰富的实践经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期 创设一种新型的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，能够改进一般现有的管_管相贯接 头焊设备，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于 创设出确具实用价值的本发明。
发明内容本实用新型的主要目的在于，克服现有的管_管相贯接头焊设备存在的缺陷，而 提供一种新型的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，所要解决的技术问题是使其提高 管-管相贯角焊缝，即两个圆柱体相贯(正交、偏交、斜交)接头焊接的自动化和机械化水 平，提高劳动生产率，提高焊接质量，减轻焊工的劳动强度，改善劳动条件，以满足电站锅炉 及管道焊接的需求量及质量不断增高的需要，非常适于实用。本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实 用新型提出的一种数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于包括有机头吊架、焊 剂斗、焊丝盘、送丝机、接管、焊剂盘、焊枪径向微调、焊枪轴向微调、焊枪、母管、工件回转轴 β、无动力移动滚轮架、数控变位装置、分离器、实时的数控控制系统、四轴运动机构和焊接 工艺软件；上述的数控变位装置包括有数控动力头；上述的分离器是由多个接管与母管焊 接而成的部件；上述实时的数控控制系统是由多个控制电路所组成；上述的四轴运动机构 由焊枪的垂直运动轴Ζ、水平运动轴Y、水平运动轴X、焊枪回转装置及焊枪姿态角α运动机 构所组成；所述焊枪回转装置包括有焊枪回转装置、导电集流毂和回转装置；所述的被焊 接的母管，其一端装卡在数控动力头上，其另外的一悬臂端支撑在无动力移动滚轮架上；该 母管的中心线即为其工件回转轴β。本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实 现。前述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的焊枪姿态角α的回转轴 线与焊枪回转装置的轴线相交且同在一个铅垂平面内。前述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的焊枪的中心线与调整焊枪姿态角α的回转轴线在同一平面内相交，其交点为焊丝的端部，与调整焊枪姿态角α的 回转轴线与焊枪回转装置的轴线交点重合。前述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的焊枪回转装置(即导电 集流毂，回转装置)带动焊丝盘、送丝机、焊枪姿态角α、焊剂盘、焊枪径向微调、焊枪轴向 微调、焊枪一起做回转运动。前述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其中被焊接的工件设置在无动力移 动滚轮架上，其一侧的端部由数控变位装置夹持，当焊枪沿着焊缝运动时，数控变位装置同 步转动，使分离器上斜交管的焊接部位，始终处于埋弧焊工艺所要求的水平位置。前述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的数控变位装置中的交流 伺服电机经减速器、齿轮传至回转轴，驱动三爪卡盘，卡盘夹紧工件，使其与焊枪同步转动， 保证焊接部位处于最佳位置。前述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的数控控制系统由PLC可 编程逻辑控制器、触摸屏及交流伺服电机等部分组成，PLC可编程逻辑控制器中包括运功模 块；所述的数控控制系统根据输入的工件特征参数，经数学模型计算，控制焊枪作非对称的 马鞍形曲线运动及工件的同步运功.使焊接部位处于水平的位置，且具有焊接过程的实时 修正的功能。前述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的四轴运动机构，由四套 交流伺服电机、直线导轨及滚珠丝扛、集流导电机构等部分组成。前述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其中所述的焊接工艺软件根据偏 心、斜交接管在不同位置的坡口角度及所需的焊缝截面，编制自动排焊道工艺软件，该焊接 工艺软件包括分段设定焊接速度、径向运动增量及两个圆柱体相贯(正交、偏交、斜交)接 头的焊接自动排焊道参数。本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由以上可知，为了达 到上述目的，本实用新型提供了一种数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备)，其主要的发明 内容是解决了下面的技术难题；1.实现焊接位置的控制把工件放置在一组无动力移动滚轮架上，其一侧的端部由数控变位装置夹持，当 焊枪沿着焊缝运动时，变位器同步转动，使分离器上斜交管的焊接部位，始终处于埋弧焊工 艺所要求的最佳位置，即水平位置，以保证焊接质量。2.实现焊枪运动轨迹的控制开发带示教、实时控制的数控系统，根据焊缝的实际形线，实时修正焊枪的运动轨 迹，使其逼近焊缝的实际形线，实现准确的焊接。3.开发焊接工艺软件根据非等截面焊缝的特点，开发一套焊接工艺软件，实现自动排焊道。借由上述技术方案，本实用新型数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备至少具有下 列优点及有益效果本设备的发明旨在提高管_管相贯角焊缝，即两个圆柱体相贯(正交、 偏交、斜交)接头焊接的自动化和机械化水平，提高劳动生产率，提高焊接质量，减轻焊工 的劳动强度，改善劳动条件，以满足电站锅炉及管道焊接的需求量及质量不断增高的需要。综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。[0035]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技 术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征 和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是本实用新型数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备的主视图。图2是本实用新型数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备的侧视图。1:机头吊架2:水平运动轴Y3 垂直运动轴ζ4 焊剂斗5 焊丝盘6 送丝机7:焊枪回转装置8 焊枪姿态角α9 数控动力头10:接管11:水平运动轴X12:焊剂盘13:焊枪径向微调14:焊枪轴向微调15:焊枪16 母管17 工件回转轴β18 无动力移动滚轮架
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下 结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较 佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以 相同的编号表示。本实用新型数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，所解决的主要的技术难题如下 所述1.空间位置焊缝成形的控制对于偏心斜交管-管相贯线的接头，其焊缝为非对称空间马鞍形曲线，焊接时，其 焊接部位处于连续交替的上、下坡焊，由于马鞍落差过大，造成焊接时上坡焊和下坡焊的坡 度过大，熔池在重力的作用下，导致上坡焊时咬边，下坡焊时未熔合等缺陷，并使焊接成形 严重恶化，直接影响焊缝质量，这是难以解决的工艺问题。因此，要实现自动化焊接，必须解 决好偏心、斜交管焊接过程中的焊接位置，使焊接部位始终处于有利于焊接的水平位置，避 免山下坡。2.焊缝实际形线与理论运动轨迹的差异由于工件自身的尺寸公差及加工、装备误差等因素，导致按数学模型计算的理论 运动轨迹与实际的焊缝形线存在差异。因此，数控系统能否适应这种差异，解决好此问题， 乃是成败的关键，这正是数控焊机与数控切割机的区别，难度系数大大增加。[0055]请参阅图1、图2所示，本实用新型数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备主要包括 有机头吊架1、焊剂斗4、焊丝盘5、送丝机6、接管10、焊剂盘12、焊枪径向微调13、焊 枪轴向微调14、焊枪15、母管16、工件回转轴β 17、无动力移动滚轮架18、数控变位装置、分 离器、实时的数控控制系统、四轴运动机构和焊接工艺软件；上述的数控变位装置包括有数控动力头9 ；上述的分离器是由多个接管10与母管16焊接而成的部件；上述实时的数控控制系统是由多个控制电路所组成；上述的四轴运动机构由焊枪的垂直运动轴Ζ3、水平运动轴Υ2、水平运动轴XII、焊 枪回转装置7及焊枪姿态角α 8等运动机构组成；所述焊枪回转装置7包括有焊枪回转装置、导电集流毂和回转装置；所述的被焊接的母管16，其一端装卡在数控动力头9上，其另外的一悬臂端支撑 在无动力移动滚轮架18上；该母管16的中心线即为其工件回转轴β 17。本实用新型数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备在使用中，要求进行如下的结构 调整调整焊枪姿态角α 8的回转轴线与焊枪回转装置7的轴线相交且同在一个铅垂平 面内；焊枪15的中心线与调整焊枪姿态角α 8的回转轴线在同一平面内相交，其交点为 焊丝的端部，与调整焊枪姿态角α 8的回转轴线与焊枪回转装置7的轴线交点重合。焊枪回转装置7(即导电集流毂，回转装置)带动焊丝盘5、送丝机6、焊枪姿态角 α 7、焊剂盘12、焊枪径向微调13、焊枪轴向微调14、焊枪15 —起做回转运动。本实用新型数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，主要是采用以下的技术措施达 到预期的目的1.焊接位置的控制把被焊接的工件放置在一组无动力移动滚轮架18上，其一侧的端部由数控变位 装置夹持，当焊枪15沿着焊缝运动时，数控变位装置同步转动，使分离器上斜交管的焊接 部位，始终处于埋弧焊工艺所要求的最佳位置，即水平位置，以保证焊接质量。数控变位装置中的交流伺服电机经减速器、齿轮传至回转轴，驱动三爪卡盘，卡盘 夹紧工件，使其与焊枪同步转动，保证焊接部位处于最佳位置。2.焊枪运动轨迹的控制实时的数控控制系统，根据焊缝的实际形线，实时修正焊枪的运动轨迹，使其逼近 焊缝的实际形线，实现准确的焊接。数控控制系统由PLC可编程逻辑控制器、触摸屏及交流伺服电机等部分组成，PLC 中包括运功模块。所述的数控控制系统根据输入的工件特征参数，经数学模型计算，控制焊 枪作非对称的马鞍形曲线运动及工件的同步运功，使焊接部位处于水平的位置。此外，本系 统还具有示教及焊接过程的实时修正的功能，以解决由于工件自身的尺寸公差及加工、装 备误差等因素，导致按数学模型计算的理论运动轨迹与实际的焊缝形线存在差异的问题。3.焊接工艺软件根据非等截面焊缝的特点，开发一套焊接工艺软件，实现自动排焊道。[0076]该软件根据偏心、斜交接管在不同位置的坡口角度及所需的焊缝截面，编制自动 排焊道工艺软件，包括分段设定焊接速度、径向运动增量及两个圆柱体相贯(正交、偏交、 斜交)接头的焊接自动排焊道参数。 4.四轴运动焊接机头及数控变位装置的协同运动,四轴运动机构，包括焊枪的垂直升降Z3、水平运动轴Y2、水平移动XII、焊枪回转 装置7及焊枪姿态角α 8等运动机构，由四套交流伺服电机、直线导轨及滚珠丝扛、集流导 电机构等部分组成。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟 悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容 作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内 容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍 属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求一种数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于包括有机头吊架(1)、焊剂斗(4)、焊丝盘(5)、送丝机(6)、接管(10)、焊剂盘(12)、焊枪径向微调(13)、焊枪轴向微调(14)、焊枪(15)、母管(16)、工件回转轴β(17)、无动力移动滚轮架(18)、数控变位装置、分离器、实时的数控控制系统、四轴运动机构和焊接工艺软件；上述的数控变位装置包括有数控动力头(9)；上述的分离器是由多个接管(10)与母管(16)焊接而成的部件；上述实时的数控控制系统是由多个控制电路所组成；上述的四轴运动机构由焊枪的垂直运动轴Z(3)、水平运动轴Y(2)、水平运动轴X(11)、焊枪回转装置(7)及焊枪姿态角α(8)运动机构所组成；所述焊枪回转装置(7)包括有焊枪回转装置、导电集流毂和回转装置；所述的被焊接的母管(16)，其一端装卡在数控动力头(9)上，其另外的一悬臂端支撑在无动力移动滚轮架(18)上；该母管(16)的中心线即为其工件回转轴β(17)。
2.根据权利要求1所述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的焊枪姿态角α (8)的回转轴线与焊枪回转装置(7)的轴线相交且同在一个铅垂平面内。
3.根据权利要求1所述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的焊枪(15)的中心线与调整焊枪姿态角α (8)的回转轴线在同一平面内相交，其交点为焊 丝的端部，与调整焊枪姿态角α (8)的回转轴线及焊枪回转装置(7)的轴线交点重合。
4.根据权利要求1所述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的焊丝盘(5)、送丝机(6)、焊枪姿态角α⑶、焊剂盘(12)、焊枪径向微调(13)、焊枪轴向微 调(14)和焊枪(15)通过焊枪回转装置(7)带动共同做回转运动。
5.根据权利要求1所述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中被焊 接的工件设置在无动力移动滚轮架(18)上，其一侧的端部由数控变位装置夹持，焊枪(15) 沿着焊缝运动，数控变位装置同步转动，并且分离器上斜交管的焊接部位始终处于埋弧焊 接的水平位置。
6.根据权利要求5所述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的数控变位装置中的交流伺服电机经减速器、齿轮传至回转轴，并驱动焊枪同步转动。
7.根据权利要求1所述的数控管_管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的数控控制系统由PLC可编程逻辑控制器、触摸屏及交流伺服电机组成，PLC可编程逻辑控 制器中包括运功模块；所述的数控控制系统控制焊枪作非对称的马鞍形曲线运动及工件的同步运功，其焊接 部位处于水平的位置，且在焊接过程的实时修正。
8.根据权利要求1所述的数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，其特征在于其中所述 的四轴运动机构，由四套交流伺服电机、直线导轨及滚珠丝扛、集流导电机构组成。
专利摘要本实用新型是有关于一种数控管-管相贯接头埋弧自动焊设备，包括有机头吊架、焊剂斗、焊丝盘、送丝机、接管、焊剂盘、焊枪径向微调、焊枪轴向微调、焊枪、母管、工件回转轴β、无动力移动滚轮架、数控变位装置、分离器、实时的数控控制系统、四轴运动机构和焊接工艺软件；上述的数控变位包括有数控动力头；上述的分离器是由多个接管与母管焊接而成；上述的四轴运动机构由焊枪的垂直运动轴、水平运动轴、水平运动轴、焊枪回转装置及焊枪姿态角α运动机构所组成；本实用新型旨在提高管-管相贯角焊缝的接头焊接的自动化和机械化水平，提高劳动生产率，提高焊接质量，减轻焊工的劳动强度，以满足电站锅炉及管道焊接的需求量及质量不断增高的需要。
文档编号B23K9/18GK201565708SQ20092011013
公开日2010年9月1日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者李世龙, 杨乃文, 贠志华 申请人:北京中电华强焊接工程技术有限公司