一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，包括装于音圈电机安装板上的音圈电机、滑台和可编程伺服驱动器，音圈电机与所述滑台连接，滑台通过连接支架与焊枪连接，可编程伺服驱动器与音圈电机连接，滑台的固定端设有光栅增量编码器和限位开关；焊枪的上部设有导电杆、下部设有窄坡口专用导电嘴，焊枪通过向心关节轴承安装在音圈电机安装板上，音圈电机安装板的下部固定有保护气罩，焊枪的下部插入到保护气罩内，导电杆通过塑料直线轴承安装在连接支架上。可以最高实现30HZ的摆动频率，窄坡口管道焊接过程高效、稳定，可以应用于焊接自动化领域，如海底管道铺设系统。
【专利说明】一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种焊接辅助装置，尤其涉及一种用于管道窄坡口焊接系统的高 频摆动焊炬。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着人们对陆地油气的开采，陆地油气资源日渐匮乏。为了寻求日后的油 气资源，人们把目光转向了海洋。对海洋油气开采过程中，对油气的运输的方式也极为关 注，油气的管道运输高效、安全，使得管道运输是海洋油气运输的主要的方式。
[0003] 海上管道的铺设需要对管段进行组对和焊接。高效、稳定的焊接才能提高铺管的 经济效益。由于坡口组对的偏差，坡口受热变形的偏差和焊道厚度的偏差等造成的焊接不 稳定现象，需要焊工实时调节焊炬。这样会对焊工的操作熟练程度要求很高并会增强焊工 的劳动强度，所以实现自动焊接跟踪很有必要。
[0004]自动焊接跟踪方法中，主要分为电弧式传感器和附加式传感器。其中附加式传感 器由于结构复杂，维护费用高昂，不是经常采用。电弧式传感器利用焊接时自身电信号的变 化，使得电弧跟踪的结构简单，价格降低。常用的焊炬有摆动式、旋转式和磁控式。由于在 管道焊接过程中焊接摆心需要适时调整且焊接工程中存在大领导电磁干扰，所以在管道焊 接中常采用摆动式焊炬。
[0005] 现有技术中，有采用齿轮齿条的方式进行高速摆动的，由于齿轮齿条之间存在间 隙，所以限制了其摆动频率，其最高摆动频率达到5HZ。
[0006] LopesGT博士研宄的管道窄坡口电弧传感中，引入高频摆动系统的必要性，阐述 了高频摆动下的电弧传感的机理。焊枪在窄坡口中做低速摆动，由于弧长的自调节作用，不 会引起电信号的变化。只有在高频摆动的情况下，才会引起电信号的变化，才能进行偏差信 号的提取。LopesGT博士设计的高频摆动焊炬中，采用凸轮和连杆机构把电机的旋转运动 转化为焊炬的直线运动，使用3500rpm的电机可以产生58. 3HZ的摆动频率，其他文献中的 报道的摆动频率通常在10HZ以下。但此装置所能产生的最高稳定的摆动频率为25HZ。该 装置的缺点是不能适时地调整摆宽。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的是提供一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬。
[0008] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009] 本实用新型的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，包括装于音圈电机安装 板上的音圈电机、滑台和可编程伺服驱动器，所述音圈电机与所述滑台连接，所述滑台通过 连接支架与焊枪连接，所述可编程伺服驱动器与所述音圈电机连接，所述滑台的固定端设 有光栅增量编码器和限位开关；
[0010] 所述焊枪的上部设有导电杆、下部设有窄坡口专用导电嘴，所述焊枪通过向心关 节轴承安装在所述音圈电机安装板上，所述音圈电机安装板的下部固定有保护气罩，所述 焊枪的下部插入到所述保护气罩内，所述导电杆通过塑料直线轴承安装在所述连接支架 上。
[0011] 由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的用于管道 窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，可以最高实现30HZ的摆动频率，精度可以达到0. 01mm， 利用该焊炬可以实现电弧信号的实时采集并提取到电信号的变化，从而可以实现摆动宽 度、摆动频率、摆心和焊枪高度的自动实时调节，从而使的窄坡口管道焊接过程高效、稳定， 保证焊接质量。可以应用于焊接自动化领域，涉及到海底管道铺设系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型实施例提供的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬的结 构示意图。
[0013] 图2是本实用新型实施例中高频摆动焊炬的安装结构示意图。
[0014] 图3是本实用新型实施中高频摆动焊炬结构示意图。
[0015] 图4是本实用新型实施中焊枪摆动位置的设计方案图。
[0016] 图5是本实用新型实施中高频摆动焊炬的电器控制图。
[0017] 图6a、图6b分别是本实用新型实施中管道窄坡口的图纸和组对后的示意图。
[0018] 图中：
[0019] 1、导电杆上端，2、塑料直线轴承，3、直线轴承座，4、支架上盖，5、支架，6、导电杆下 端，7、向心关节轴承盖，8、向心关节轴承，9、绝缘套，10、音圈电机安装板，11、保护气罩，12、 窄坡口专用导电嘴，13、内六角螺栓M3,14、光栅增量编码器，15、音圈电机，16、滑台，17、锁 紧螺母M8,18、连接支架。
【具体实施方式】
[0020] 下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0021] 本实用新型的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其较佳的【具体实施方式】 是：
[0022] 包括装于音圈电机安装板上的音圈电机、滑台和可编程伺服驱动器，所述音圈电 机与所述滑台连接，所述滑台通过连接支架与焊枪连接，所述可编程伺服驱动器与所述音 圈电机连接，所述滑台的固定端设有光栅增量编码器和限位开关；
[0023] 所述焊枪的上部设有导电杆、下部设有窄坡口专用导电嘴，所述焊枪通过向心关 节轴承安装在所述音圈电机安装板上，所述音圈电机安装板的下部固定有保护气罩，所述 焊枪的下部插入到所述保护气罩内，所述导电杆通过塑料直线轴承安装在所述连接支架 上。
[0024] 所述塑料直线轴承安装直线轴承座上，所述连接支架包括支架和支架上盖，所述 直线轴承座安装在所述支架与支架上盖之间。
[0025] 所述向心关节轴承与所述音圈电机安装板之间设有绝缘套，所述音圈电机安装板 的安装孔的上口设有向心关节轴承盖。
[0026] 所述可编程伺服驱动器和光栅增量编码器分别与主控单元有线或无线连接。
[0027] 所述向心关节轴承盖、绝缘套的材料为酚醛树脂。
[0028] 所述窄坡口专用导电嘴的表面喷镀有氧化铝陶瓷绝缘材料。
[0029] 所述窄坡口专用导电嘴的形状与管道窄坡口的形状相适应。
[0030] 本实用新型的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，可以最高实现30HZ的 摆动频率，精度可以达到0.01mm，利用该焊炬可以实现电弧信号的实时采集并提取到电信 号的变化，从而可以实现摆动宽度、摆动频率、摆心和焊枪高度的自动实时调节，从而使的 窄坡口管道焊接过程高效、稳定，保证焊接质量。可以应用于焊接自动化领域，涉及到海底 管道铺设系统。
[0031] 本实用新型中，高频摆动焊炬的动力源采用音圈电机，这样保障了整个高速摆动 焊炬有足够的推力，所实现的直线运动不需要任何中间的转化形式，是设备的整体结构简 单，保证了整个系统的稳定运行；塑料直线轴承的衬里是一种具有自润滑性的耐磨绝缘塑 料；所述的向心关节轴承外面的绝缘套材料采用酚醛树脂，使得导电杆和整个系统绝缘， 防止了电磁干扰，使得系统稳定可靠；窄坡口专用导电嘴是根据所焊接管道的壁厚和坡口 的具体形式来进行加工制造的，其端部细长，尤其能够适用于窄坡口和厚壁管道。所述的窄 坡口专用导电嘴表面喷镀有氧化铝陶瓷，从而避免了在较大摆宽和意外情况下导电嘴和管 道侧壁接触起弧的问题；保护气罩制造成不同的规格，可以使用于不同焊道厚度的焊接。
[0032] 本实用新型的工作原理是：
[0033] 通过所述音圈电机推动焊枪做高速的摆动，引起焊接过程中电流和电压信号的变 化，通过一定的信号处理程序和信号偏差算法提取出焊缝的偏差值，反馈到执行机构进行 焊缝跟踪。
[0034] 本实用新型的有益效果具体表现为一下几点：
[0035] (1)高频摆动焊炬可以实现较高的摆动频率，这样可以实现针对管道全位置焊接 中对于空间不同焊接位置下不同的焊接规范实现偏差信号的提取，提高电弧信号的敏感 性。
[0036] (2)所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬可以在焊接过程中实时的调 整摆心和摆动宽度，结构简单，稳定性好。
[0037] (3)所设计的高速摆动焊炬适应于管道窄坡口的焊接。
[0038] (4)可以根据管道全位置焊接不同空间位置下实时的设置不同的摆动宽度和摆动 频率和摆动速度。
[0039] 具体的实施例：
[0040] 参见图1和图2,本实用新型包括本实用新型包括音圈电机15,滑台16,滑台与焊 枪的连接支架18,驱动器，光栅增量编码器14,限位开关，导电杆上端1，导电杆下端，窄坡 口专用导电嘴12,保护气罩11，塑料直线轴承2,直线轴承座3,向心关节轴承8,绝缘套9， 向心关节轴承盖7,音圈电机安装板10。
[0041] 所述的音圈电机15、滑台16和驱动器固定在所述的音圈电机安装板10上，所述的 光栅增量编码器14和限位开关安装在所述滑台16的固定端，所述的塑料直线轴承2安装 在所述的直线轴承座3上，所述的向心关节轴承8、绝缘套9、向心关节轴承盖7和导电杆下 端安装在音圈电机的安装板10的安装孔内。所述的导电杆上端1、导电杆下端和窄坡口专 用导电嘴12连接成为窄坡口焊枪。其中绝缘套9和向心关节轴承盖7材料是酚醛树脂，保 证导电杆与外界的绝缘。导电杆下端开有气孔，保证焊接时保护气保护均匀。窄坡口专用 导电嘴12根据管道窄坡口的尺寸制造，能够在窄坡口中实现高速摆动，且表面喷镀有氧化 铝陶瓷，可以有效的避免导电嘴与侧壁起弧。
[0042]参见图3,高频摆动焊炬的摆动幅度
【权利要求】
1. 一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，包括装于音圈电机安 装板上的音圈电机、滑台和可编程伺服驱动器，所述音圈电机与所述滑台连接，所述滑台通 过连接支架与焊枪连接，所述可编程伺服驱动器与所述音圈电机连接，所述滑台的固定端 设有光栅增量编码器和限位开关； 所述焊枪的上部设有导电杆、下部设有窄坡口专用导电嘴，所述焊枪通过向心关节轴 承安装在所述音圈电机安装板上，所述音圈电机安装板的下部固定有保护气罩，所述焊枪 的下部插入到所述保护气罩内，所述导电杆通过塑料直线轴承安装在所述连接支架上。
2. 根据权利要求1所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述塑料直线轴承安装直线轴承座上，所述连接支架包括支架和支架上盖，所述直线轴承座 安装在所述支架与支架上盖之间。
3. 根据权利要求2所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述向心关节轴承与所述音圈电机安装板之间设有绝缘套，所述音圈电机安装板的安装孔的 上口设有向心关节轴承盖。
4. 根据权利要求3所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述可编程伺服驱动器和光栅增量编码器分别与主控单元有线或无线连接。
5. 根据权利要求4所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述向心关节轴承盖、绝缘套的材料为酚醛树脂。
6. 根据权利要求5所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述窄坡口专用导电嘴的表面喷镀有氧化铝陶瓷绝缘材料。
7. 根据权利要求6所述的用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，其特征在于，所 述窄坡口专用导电嘴的形状与管道窄坡口的形状相适应。
【文档编号】B23K9/133GK204171512SQ201420546102
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】罗雨, 韩素新, 焦向东, 周灿丰 申请人:北京石油化工学院