一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的装置及其方法与流程

本发明涉及金属加工领域，具体涉及一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的装置及其方法。
背景技术：
：激光焊接技术是生产薄壁钢管的最佳方法，不仅可以提高焊管生产效率2～3倍(与TIG相比)，还可以改善焊接质量，并且能获得用其他生产方法难以达到的钢管性能。近年来，由于激光焊接技术和装置的发展，采用激光焊接法生产薄壁焊管焊缝质量明显提高，使冷成形的废品率降低到0.5％以下。鉴于激光焊接焊管的良好加工工艺特性，对高档轿车和复杂加工的管件而言，越来越多的零部件公司倾向于采用激光焊接方法用于生产不锈钢薄壁焊管。激光焊接薄壁钢管是先将钢带制成管坯，再将管坯边部卷制出比激光束焦点直径还小的间隙值，激光束的焦点均匀地落在所焊管坯的边部上。由于激光束的单位密度很高，因而在保护气氛中无论是否采用焊丝，都能以较高的速度完成焊接过程，一般经过管坯卷制、焊接、焊管定径等生产环节。与传统的氩弧焊接相比，采用激光焊接技术生产钢管必须对管坯的边部及其焊边接合部进行精心处理。如在焊接壁厚为0.5～1.5mm的薄壁钢管时，要求焊边接合部符合以下条件：①焊接处的边部间隙值应不大于0.04～0.08mm；②管坯边部的偏移量不大于额定壁厚值的5％～10％；③被焊接管坯边部相邻端面的不平行度应保持在允许的间隙值范围内；④被焊接管坯边部表面的水平稳定度为±1mm。因此，激光焊制生产线上待焊管线的跳动、间隙变化及错边是制约生产线改造必须解决的问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的装置，能有效消除激光焊制薄管时管线跳动、错边并保证间隙，提高产品合格率。本发明还有一个目的在于提供一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的方法，能有效消除激光焊制薄管时管线跳动、错边并保证间隙，提高产品合格率。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的装置，包括：依次顺序排列的第一卷管机构、第二卷管机构、第三卷管机构和焊接夹持机构；钢板依次通过第一卷管机构、第二卷管机构、第三卷管机构和焊接夹持机构；第一卷管机构包括：平台和固定在平台上横梁；多对第一外部成形传送轧辊，其可旋转地竖直设置在平台上，每对第一外部成形传送轧辊间设有间距；第一内部成形传送轧辊，其可旋转地设置在所述横梁上，并位于每对第一外部成形传送轧辊之间，所述第一外部成形传送轧辊和第一内部成形传送轧辊之间具有挤压钢板形成弧形的间隙；其中，在所述第一外部成形传送轧辊的外轮廓由第一弧面结构与所述第一弧面结构相切的平面结构组成；第一内部成形传送轧辊的外轮廓和所述第一外部成形传送轧辊的外轮廓相匹配。优选的是，所述第二卷管机构包括：多对第二外部成形传送轧辊，其可旋转地竖直设置在平台上，每对第二外部成形传送轧辊间相互接近；第二外部成形传送轧辊的外轮廓设有第二弧面结构；第二内部成形传送轧辊，其其可旋转地设置在所述横梁上，并且位于每对第二外部成形传送轧辊之间；每对第二外部成形传送轧辊之间至少设置五个所述第二内部成形传送轧辊。优选的是，所述第三卷管机构包括：多对第三外部成形传送轧辊，其可旋转地竖直设置在平台上，每对第三外部成形传送轧辊之间设有间距；刚性托杆，其通过托杆支撑杆设置在多对第三外部成形传送轧辊之间；其中，在所述第三外部成形传送轧辊的外轮廓设有第三弧面结构；所述刚性托杆为半圆柱体，在所述刚性托杆上设有多对沿轴向分布地托杆轮辊，所述刚性托杆与所述第三弧面结构相匹配。优选的是，所述焊接夹持机构包括固定管孔块，其架设在平台上，在所述固定管孔块内部设有腔体；一对第四传送辊，其可旋转地设置在所述腔体内，在所述第四传送辊相互配合用于固定和传输钢管；其中，所述第四传送辊的外轮廓设有第四弧面结构。一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的方法，包括：a、将钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊和第一内部成形传送轧辊将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.9～1.0倍；b、通过多对第二外部成形传送轧辊和第二成形传送轧辊将经过步骤a处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.0～1.6倍；c、通过多对第三外部成形传送轧辊和刚性托杆将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.6～2.0倍，获得管坯；d、通过固定管孔块将经过步骤c处理后获得的管坯固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。优选的是，还包括：在步骤a之前对钢管进行预处理，所述预处理包括对钢带进行表面酸洗、冷轧和退火处理。优选的是，所述退火温度为为875～885℃，退火时间为5.5～6.5小时。优选的是，其特征在于：在所述步骤a中，所述多对第一外部成形传送轧辊和第一内部成形传送轧辊的套数为5～100套，间距10～200mm，转速为10～1000mm/min；在所述步骤b中，所述多对第二外部成形传送轧辊和第二内部成形传送轧辊的套数为5～100套，间距10～200mm，转速为10～1000mm/min；在所述步骤c中，多对第三成形传送轧辊套数为5～100套，间距10～200mm，转速为10～1000mm/min。优选的是，所述激光功率为900～1100W，焊接速度为12～14m/min；所述保护气体的方向与激光束的方向同轴。优选的是，冷轧后所述钢带的厚度为0.5～1.5mm。本发明的有益效果是：1、能有效消除激光焊制薄管时管线跳动、错边并保证间隙，提高产品合格率；2、通过该方法生产的管径直接符合生产要求，取消了焊管定径的生产环节，提高了生产率。附图说明图1是本发明中制管成型机的示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的B-B剖视图；图4是图1的C-C剖视图；图5是图1的D-D剖视图；图6是图1的E-E剖视图。具体实施方式下面结合附图对发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-6所示，所述消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的装置1包括：依次顺序排列的第一卷管机构110、第二卷管机构120、第三卷管机构130和焊接夹持机构140；钢板2依次通过第一卷管机构110、第二卷管机构120、第三卷管机构130和焊接夹持机构140。第一卷管机构110包括：平台150和固定在平台上横梁116；多对第一外部成形传送轧辊112可旋转地竖直设置在平台150上，每对第一外部成形传送轧辊112间设有间距；第一内部成形传送轧辊117可旋转地设置在所述横梁116上，并位于每对第一外部成形传送轧辊112之间，所述第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117之间具有挤压钢板形成弧形的间隙；其中，在所述第一外部成形传送轧辊112的外轮廓由第一弧面结构与所述第一弧面结构相切的平面结构组成；第一内部成形传送轧辊112的外轮廓和所述第一外部成形传送轧辊117的外轮廓相匹配。作为一种优选，第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117分别通过外部固定轴114和内部固定轴118并列安装在所述平台150和横梁116上，在所述外部固定轴114和内部固定轴118的两端分别设有外部轴承113和内部轴承119。在另一个实施例中，第二卷管机构120包括：多对第二外部成形传送轧辊122可旋转地竖直设置在平台150上，每对第二外部成形传送轧辊122间相互接近；第二外部成形传送轧辊122的外轮廓设有第二弧面结构；第二内部成形传送轧辊126可旋转地设置在所述横梁125上，并且位于每对第二外部成形传送轧辊122之间；每对第二外部成形传送轧辊122之间至少设置五个所述第二内部成形传送轧辊126。作为一种优选，所述第二外部成形传送轧辊122和第二内部成形传送轧辊126分别通过外部固定轴124和内部固定轴127安装在所述平台150和横梁125上，在所述外部固定轴124和内部固定轴127的两端分别设有外部轴承123和内部轴承128。在另一个实施例中，所述第三卷管机构130包括：多对第三外部成形传送轧辊132可旋转地竖直设置在平台150上，每对第三外部成形传送轧辊132之间设有间距；刚性托杆137通过托杆支撑杆136设置在多对第三外部成形传送轧辊132之间；其中，在所述第三外部成形传送轧辊132的外轮廓设有第三弧面结构；所述刚性托杆137为半圆柱体，在所述刚性托杆137上设有多对沿轴向分布地托杆轮辊137d，所述刚性托杆与所述第三弧面结构相匹配。作为一种优选，第三外部成形传送轧辊132通过外部固定轴134安装在所述平台150上，在所述外部固定轴134的两端设有外部轴承133，在所述外部固定轴134之间设有连接梁135，在所述连接梁135的中部与所述托杆支撑杆136连接。作为进一步优选，在所述刚性托杆137包括：托杆本体137a、在所述托杆本体137a上可旋转地设有多对托杆轮辊137d，所述托杆轮辊137d中通过固定轴137c设置在所述托杆本体137a上，在所述固定轴137c的两端设有轴承137b。作为进一步优选，在所述托杆本体137a上设有轴向的凹槽。在另一个实施例中，所述焊接夹持机构140包括：固定管孔块142架设在平台150上，在所述固定管孔块142内部设有腔体；一对第四传送辊141可旋转地设置在所述腔体内，在所述第四传送辊141相互配合用于固定和传输钢管；在所述第四传送辊141的外轮廓设有第四弧面结构。作为一种优选，所述第四传送辊141通过固定轴144设置在腔体内，在所述固定轴144的两端设有分别轴承143。所述一对第四传送辊141间的空间与钢管外周相匹配。实施例1a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为880℃，退火时间为6小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为0.8mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.95倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为50套，间距100mm，转速为500mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.3倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为50套，间距100mm，转速500mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.8倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为50套，间距100mm，转速为500mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为1000W，焊接速度为13m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向同轴。保护气体为氩气。实施例2a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为885℃，退火时间为5.5小时，冷轧后的钢带厚度为0.5mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的1.0倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为5套，间距200mm，转速为10mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.6倍，；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为5套，间距200mm，转速为10mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的2.0倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为5套，间距200mm，转速为10mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为900W，焊接速度为12m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向垂直。保护气体为氩气。实施例3a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为875℃，退火时间为6.5小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为1.5mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.9倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为100套，间距10mm，转速为1000mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.0倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为100套，间距10mm，转速为1000mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.6倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为100套，间距10mm，转速为1000mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为1100W，焊接速度为14m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向呈30°夹角。保护气体为氩气。实施例4a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为878℃，退火时间为6.3小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为1.2mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.92倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为80套，间距50mm，转速为200mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.4倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为80套，间距50mm，转速为200mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.9倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为80套，间距50mm，转速为200mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为950W，焊接速度为13.5m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向呈60°夹角。保护气体为氩气。实施例5a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为881℃，退火时间为5.7小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为0.8mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.97倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为40套，间距120mm，转速为800mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.5倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为40套，间距120mm，转速为800mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.8倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为40套，间距120mm，转速为800mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为1050W，焊接速度为12.5m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向呈45°夹角。保护气体为氩气。实施例6a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为882℃，退火时间为5.9小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为0.9mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.98倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为55套，间距110mm，转速为520mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.35倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为55套，间距110mm，转速为520mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.8倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为55套，间距110mm，转速为520mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为1050W，焊接速度为13.2m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向同轴。保护气体为氩气。实施例7a、对钢带2进行表面酸洗、冷轧和退火处理；所述退火温度为为878℃，退火时间为5.8小时，冷轧后的钢带厚度为厚度为0.75mm钢带；b、将经过预处理的钢带输送至平台上，先通过多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117将的钢带边缘的高度卷至需制备焊管半径的0.93倍；其中，所述多对第一外部成形传送轧辊112和第一内部成形传送轧辊117的套数为45套，间距85mm，转速为450mm/min。c、再通过多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126将经过步骤b处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.25倍；其中，所述多对第二外部成形传送轧辊122和第二成形传送轧辊126的套数为45套，间距85mm，转速为450mm/min。d、再通过多对第三外部成形传送轧辊132和刚性托杆173将经过步骤c处理后的钢带边缘高度卷至需制备焊管半径的1.95倍，获得管坯；多对第三成形传送轧辊套数为45套，间距85mm，转速为450mm/min。e、再通过固定管孔块将经过步骤d处理后获得的钢带固定，在保护气体下对管坯进行激光焊接。所述激光功率为995W，焊接速度为13.3m/min。其中，所述保护气体的方向与激光束的方向同轴。保护气体为氩气。数据分析一、外观检测对实施例1-7所得的焊接钢管和通过氩弧焊方法焊接的普通钢管进行外观检测，所得数据见表一。表一外观实施例1焊缝成型良好实施例2焊缝成型良好实施例3焊缝成型良好实施例4焊缝成型良好实施例5焊缝成型良好实施例6焊缝成型良好实施例7焊缝成型良好普通钢管焊缝成型良好由表一可知，由实施例1-7焊接的钢管和普通钢管的焊缝成型均良好。二、外观检测对实施例1-7所得的焊接钢管和通过氩弧焊方法焊接的普通钢管进行拉伸试验，试验依据的标准为GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》。表二断裂位置实施例1母材处断裂实施例2母材处断裂实施例3母材处断裂实施例4母材处断裂实施例5母材处断裂实施例6母材处断裂实施例7母材处断裂普通钢管焊缝处断裂由表二可知，由实施例1-7制备的钢管具有良好的拉伸性能。三、金相组织检测实施例1-7所得的焊接钢管和通过氩弧焊方法焊接的普通钢管的金相组织。表二外观实施例1条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例2条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例3条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例4条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例5条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例6条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区实施例7条状变形奥氏体，并与母材相接近，不存在薄弱区普通钢管热影响区宽度较大，存在薄弱区由表三可知，由实施例1-7制备的钢管具有良好的金相组织。如上所述本发明一种消除激光焊制薄管管线跳动、错边并保证间隙的方法，能有效消除激光焊制薄管时管线跳动、错边并保证间隙，提高产品合格率；通过该方法生产的管径直接符合生产要求，取消了焊管定径的生产环节，提高了生产率。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。当前第1页1 2 3