一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备及方法与流程

本发明涉及环保容器防腐蚀技术领域，具体涉及一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备及方法。

背景技术：

在机械生产、化工、环保等防腐蚀领域中，很多容器需要进行熔敷的加工操作来增加容器的抗腐蚀性能，而传统熔敷工作需要人工操作，存在着工作量大、工作效率低等问题，为此出现了一些可实现自动焊接和熔敷操作的装置，但这些装置大多仅能够带动焊枪在三维空间上做简单的运动轨迹的运动，对于一些结构复杂的设备来说，传统的自动焊接设备难以实现多方位、多角度的焊接操作，给实际的生产带来了一定的困难和问题。

同时在焊接和熔敷的过程中，传统的是在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体，形成一个保护气罩，使电弧和已经处于高温的金属不与空气发生接触，能防止氧化，但在焊接过程中，不停的输入惰性气体，造成惰性气体的浪费。同时惰性气体的气流大小严重影响着熔敷的效果，当氩气流量太大时，不仅浪费氩气，且会产生紊流，将空气卷入保护区，反而降低保护效果，导致电弧不稳，产生气孔现象。反之氩气流量过小时保护气体挺度不够，排除周围空气的能力弱，空气容易侵入熔池，保护效果变差。

因此，鉴于上述缺点，确实有必要发展一种在稳定惰性气流存在条件下更为简便的自动焊接熔敷的设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备及方法，用以解决现有技术中出现的人工成本高，以及惰性气流不稳的问题，同时对结构复杂的环保容器喷嘴能够实现全方位的熔敷。

为实现上述目的，本发明所涉及的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备：所述自动熔敷设备包括旋转装置、机械手臂、三维扫描仪、焊接箱以及控制器；所述机械手臂和所述三维扫描仪均设置于焊接箱的内部，所述旋转装置包括驱动电机、旋转轴和第一抓爪，所述旋转轴的一端固定连接位于焊接箱外部的驱动电机，另一端固定连接位于焊接箱内部的第一抓爪，所述机械手臂与所述第一抓爪相对设置，所述三维扫描仪位于所述第一抓爪的一侧，所述控制器与旋转装置、机械手臂以及三维扫描仪均连接。

优选地，所述机械手臂包括基座、旋转盘、肩部、大臂、肘部、中臂、腕部和小臂，所述基座内部设置有第一电机，所述第一电机上的输出轴与旋转盘连接在一起，所述肩部固定于所述旋转盘的上方，所述肩部内部设置有第二电机，所述大臂位于肩部的上方，所述大臂通过螺杆与肩部连接在一起，所述大臂内部设置有连杆，所述连杆与第二电机的输出轴垂直连接；

所述中臂通过所述肘部与所述大臂相连接，所述肘部内部设置有第一齿条、第一齿轮、齿轮轴以及固定杆，所述第一齿轮与所述第一齿条相啮合并沿第一齿条运动，所述第一齿轮的中心设置有齿轮轴，所述齿轮轴包括齿轮内轴以及齿轮外轴，所述齿轮外轴与固定杆的第一端部套接并带动固定杆运动，所述固定杆的第二端部与所述中臂的底部固定连接并带动中臂运动，所述肘部的上表面平行设置有两个第一条形卡件，所述中臂一端部的下表面平行设置有两条凹槽，所述凹槽使中臂在肘部上表面沿第一条形卡件运动，所述中臂内部设置有第三电机，所述第三电机的输出轴与所述齿轮外轴通过传动带连接；

所述腕部包括第一壳体、两块支撑板、第四电机和第二齿轮，所述第一壳体一侧面固定连接于所述中臂的外端部，第一壳体相对的两个内壁分别贴合设置一块支撑板，第四电机固定于第一壳体的内壁上，所述小臂包括设置有条形开口的第二壳体、设置于小臂末端内壁的第二齿条、设置于小臂前端的导电体以及用于抓取焊条的第二抓爪，所述第四电机的输出轴穿过条形开口连接至第二齿轮并沿条形开口运动，所述第二齿条与所述腕部中的第二齿轮相啮合，所述第二壳体的空心圆柱型末端插接于所述两块支撑板之间且所述第二壳体末端外壁同时与两块支撑板相切，所述小臂在第二齿条与第二齿轮的啮合作用下沿两块支撑板做伸缩运动。

优选地，所述焊接箱内还设置有运输装置和焊条盒，所述运输装置包括运输床和固定部，所述运输床的上表面平行设置有两条第二条形卡件，运输床的一端部垂直设置有固定部，运输床的另一端与焊接箱的一个内侧面相贴合；所述焊条盒设置于运输床的上表面，所述焊条盒的下底面平行设置有两条滑槽，所述两条滑槽使焊条盒在运输床上表面沿两条第二条形卡件运动，所述焊条盒设有多个向上开口的容置孔，所述容置孔用于放置焊条，容置孔的直径比焊条的直径大，且容置孔的高度小于焊条的长度。

优选地，所述焊接箱的外侧面设置有三通阀门、大舱门和小舱门，所述三通阀门分别连接焊接箱、真空装置和氩气系统，所述大舱门和小舱门位于同一侧面，大舱门与第一抓爪相对，小舱门的门体高度大于焊条的长度。

一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷方法，其特征在于：所述自动熔敷方法包括：

将环保容器喷嘴预处理后从焊接箱侧面的大舱门放入焊接箱内，并将环保容器喷嘴套在第一抓爪上，第一抓爪的卡爪与环保容器喷嘴的内表面紧密贴合；

打开焊接箱侧面的小舱门，将焊条放置在焊条盒内，将焊条盒沿运输床上表面的两条第二条形卡件推送至运输装置的固定部，关闭小舱门；

打开真空系统，旋转三通阀门使真空装置和焊接箱相连接，排尽焊接箱内的空气，再次旋转三通阀门使焊接箱和氩气系统相连接，使焊接箱内充满氩气，重复上述操作三次；

通过控制器启动三维扫描仪对环保容器喷嘴外表面进行扫描，并将数据传输到控制器；

通过控制器使机械手臂实现旋转、平移、伸缩和俯仰运动，设定好熔敷参数，机械手臂上的第二抓爪运动到焊条盒上方夹持焊条，焊条末端金属与机械手臂的小臂末端的导电体相接触，开始熔敷时，电流通过导电体使焊条内部的金属熔化形成熔滴，该熔滴脱落于喷嘴的表面成形，熔敷厚度为3～4mm，同时驱动电机带动第一抓爪进行360度旋转，从而实现对环保容器喷嘴的全方位熔敷；当焊条用尽时，控制器可指示机械手臂上的第二抓爪移动到焊条盒相应的位置夹持新的焊条继续熔敷；熔敷结束后置换箱内气体，降温到100℃以下，打开大舱门将环保容器喷嘴取出，将熔敷层打磨掉一半；

重复上述熔敷操作使得熔敷合金总厚度大于10mm，熔敷结束后，将喷嘴加热到1300～1340℃，保温预设时间后，然后随炉冷却到200℃以下，再出炉冷却至100℃以下。

优选地，所述焊条采用镍基合金，所述镍基合金中cr元素的质量百分含量为29.0％～31.0％，ni元素的质量百分含量大于或者等于58％；所述熔敷参数包括熔敷电流、电弧电压、熔敷速度和焊枪摆动幅度，熔敷电流为340～360a，电弧电压为12～14v，熔敷速度为80～130mm/min，焊枪摆动幅度为12～14mm。

优选地，所述环保容器喷嘴预处理过程包括机械清理、化学清理和晾干，所述机械清理过程中用砂纸将环保容器喷嘴外表面打磨光滑，砂纸在合金表面上打磨时要沿着同一方向进行；所述化学清理是依次用丙酮和无水乙醇去除环保容器喷嘴外表面的污染物质包括油脂、污垢和灰尘；所述晾干过程将清理后的化工容器喷嘴晾干后置于工件架上，让化工容器喷嘴表面充分干燥。

本发明方法具有如下优点：

本发明设计了一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备，通过控制器，机械手臂可实现旋转、俯仰和伸缩操作自动夹持焊条，并使第二抓爪移动到喷嘴外表面相应的位置上进行自动熔敷，同时旋转轴可进行360度的旋转保证了喷嘴外表面的多方位、多角度的熔敷，通过三通阀对焊接箱进行换气操作，使整个焊接箱处于惰性气体的保护氛围内，即可以减少传统焊接熔敷过程中惰性气体的浪费，也可以解决焊接过程中由于惰性气流的不稳造成的熔敷金属被氧化和气孔现象，本发明采用了合金690这种镍基耐蚀合金，并且其中含有约30％cr，这种合金在熔敷后会产生较强的压应力，抵消了原有金属拉应力的同时也建立了一定层深的压应力层，提高了环保容器喷嘴外表面的抗腐蚀性；同时这种合金在含氯化物溶液和氢氧化钠溶液中，具有比316l不锈钢、合金800、304不锈钢表现出更强的耐蚀性能；进一步保证了环保容器喷嘴的抗应力腐蚀性和耐蚀性。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备结构示意图。

图2为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备中机械手臂的侧视图。

图3为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备中机械手臂的后视图。

图4为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备中机械手臂的肘部、中臂、小臂、腕部内部结构示意图。

图5为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备中运输装置的结构示意图。

图6为本发明实施例1的一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备中为焊条盒的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷设备包括旋转装置1、机械手臂2、三维扫描仪3、焊接箱4、运输装置5和焊条盒6，旋转装置1包括驱动电机11、旋转轴12和第一抓爪13，焊接箱4构型为长方体，前后相对的两个侧面材料为耐高温有机玻璃，焊接箱4内部设置有机械手臂2、三维扫描仪3、运输装置5和焊条盒6，旋转轴12贯穿焊接箱4的一侧壁，第一抓爪13位于焊接箱4的内部，驱动电机11位于焊接箱4的外部，所述机械手臂2和所述三维扫描仪3均设置于焊接箱4的内部，机械手臂2与第一抓爪13相对设置，三维扫描仪3位于第一抓爪13的一侧面。

如图2、3和4所示，机械手臂2包括基座21、旋转盘22、肩部23、大臂24，肘部25、中臂26、腕部27和小臂28，基座21内部设置有第一电机211，第一电机211上的输出轴与旋转盘22连接在一起，第一电机211可带动旋转盘22进行360度旋转，肩部23固定于旋转盘22的上方，肩部23内部设置有第二电机231，大臂24位于肩部23的上方，大臂24通过螺杆233与肩部23连接在一起，大臂24内部设置有连杆241，连杆241与第二电机231的输出轴垂直连接在一起，肩部23内部的第二电机231可以驱动连杆241做俯仰运动，连杆241带动大臂24做俯仰运动，中臂26通过肘部25与大臂24相连接；中臂26通过肘部25与大臂24相连接，肘部25内部设置有第一齿条251、第一齿轮252、齿轮轴253以及固定杆254，第一齿轮252与第一齿条251相啮合并沿第一齿条251运动，第一齿轮252的中心设置有齿轮轴253，齿轮轴253包括齿轮内轴2531以及齿轮外轴2532，齿轮外轴2532与固定杆254的第一端部套接并带动固定杆254运动，固定杆254的第二端部与中臂26的底部固定连接并带动中臂26运动，肘部25的上表面平行设置有两个第一条形卡件255，中臂26第一端部的下表面平行设置有两条凹槽261，凹槽261使中臂26在肘部上表面沿第一条形卡件255运动，中臂26内部设置有第三电机262，第三电机262的输出轴与齿轮外轴2532通过传动带连接；在第三电机262的驱动下，第一齿轮252沿第一齿条251作往复运动，第一齿轮252通过固定杆254带动中臂26沿肘部25的上表面运动；腕部27包括第一壳体271、两块支撑板272、第四电机273和第二齿轮274，第一壳体271为倾斜上下开口的长方体，第一壳体271一侧面固定连接于中臂26的外端部，第一壳体271相对的两个内壁分别贴合设置一块支撑板272，第四电机273固定于壳体271的内壁上，小臂28包括设置有条形开口2811的第二壳体281、设置于小臂28末端内壁的第二齿条282、设置于小臂28前端的导电体283以及用于抓取焊条的第二抓爪284，第四电机273的输出轴穿过条形开口2811并沿条形开口2811运动，第二齿条281与所述腕部27中的第二齿轮274相啮合，所述第二壳体281的空心圆柱型末端插接于所述两块支撑板272之间且所述第二壳体281末端外壁同时与两块支撑板272相切，所述小臂28在第二齿条282与第二齿轮274的啮合作用下沿两块支撑板272做伸缩运动；

通过上述可知，机械手臂2可实现旋转、俯仰、伸缩和水平方向上的移动；小臂28的前端设置有的导电体283和第二抓爪284，所述第二抓爪284用于抓取焊条，第二抓爪284采用电磁原理，通电时相吸卡爪互相靠近，夹持住焊条，断电时相互排斥从而卡爪张开。

如图5所示，运输装置5包括运输床51和固定部52，运输床51的上表面平行设置有两条第二条形卡件511，运输床51的一端部垂直设置有固定部52，运输床51的另一端侧面与焊接箱4的一个内侧面相贴合，运输床51的底面高于焊接箱4底部的上表面；如图6所示，焊条盒6设置于运输床51的上表面，焊条盒6的下底面平行设置有两条滑槽61，两条滑槽61可以使焊条盒6在运输床51上表面沿两条第二条形卡件511运动，设置固定部52的目的在于阻挡焊条盒6滑落运输床51，焊条盒6设有多个开口向上的容置孔62，容置孔62用于放置焊条，容置孔62的直径大于比焊条的直径，这样可以保证焊条能够稳定放置在容置孔62中，且容置孔62的高度小于焊条的长度可以保证第二抓爪283能够夹持住焊条；如图5所示，焊条盒5上的每个容置孔51分别编有位子编号a-b，a代表容置孔51所在行，b代表容置孔51所在列，将位置数据传输到控制器，可以控制机械手臂随意移动到指定的容置孔上方夹持焊条。焊接箱4的外侧面设置有三通阀门41、大舱门42和小舱门43，三通阀门41分别连接焊接箱4、真空装置和氩气系统，大舱门42和小舱门43位于同一侧面，大舱门42与第一抓爪13相对，小舱门43下底面的高度比运输床51下底面的高度低，同时小舱门43的高度比焊条的高度大，这样可以保证焊条盒6可以顺利沿第二条形卡件511从小舱门9中滑出。

实施例2

一种应用于环保容器喷嘴外表面的自动熔敷方法，其步骤如下：对环保容器喷嘴外表面进行预处理，过程包括机械清理、化学清理和晾干，所述机械清理过程中用砂纸将环保容器喷嘴外表面打磨光滑，砂纸在合金表面上打磨时要沿着同一方向进行；所述化学清理是依次用丙酮和无水乙醇去除环保容器喷嘴外表面的污染物质包括油脂、污垢和灰尘；所述晾干过程将清理后的化工容器喷嘴置于工件架上，让化工容器喷嘴表面充分干燥；将环保容器喷嘴进行预处理后从焊接箱4的大舱门42放入焊接箱4内的抓爪13上，抓爪13末端的卡爪与环保容器喷嘴的内表面紧密贴合；将焊条放置在焊条盒6内，使焊条盒6下底面的凹槽61与运输床51上表面的第二条形卡件511相卡合，将焊条盒6沿第二条形卡件511推送到运输装置的固定部52，关闭小舱门43；打开真空系统，旋转三通阀41使真空装置和焊接箱4相连接，排尽焊接箱4内的空气，再次旋转三通阀41使焊接箱4和氩气系统相连接，重复上述操作三次，使整个焊接箱4处于惰性气体的保护氛围内，即可以减少传统焊接熔敷过程中惰性气体的浪费，也可以解决焊接过程中由于惰性气流的不稳造成的熔敷金属被氧化和气孔现象；启动三维扫描仪3对喷嘴外表面进行扫描，将扫描的数据传输到控制器，整个系统中，三维扫描仪3、旋转装置1和机械手臂2通过电源线与智能控制单元连接。通过控制单元对机械手臂2进行指示，使第二抓爪284能够在环保容器喷嘴外表面上方实现全方位的移动；熔敷焊条采用镍基合金，所述镍基合金中cr元素和ni元素的质量百分含量分别为29.0％～31.0％和大于或者等于58％，cr元素含量在30％左右可以增加环保容器喷嘴的抗腐蚀性，由于镍基合金690电阻率较高，线膨胀系数大，导热率低，焊接接头中会产生较大的焊接应力，若焊接时电流过大，电弧电压过高，焊接速度较慢都易使焊接接头过热，从而产生粗大的晶粒，晶粒粗大容易导致在粗大的柱状晶粒边界上，集中了一些低熔点共晶体，其强度低，脆性大，在焊接应力的作用下进而很容易形成裂纹，因此在整个熔敷过程中，设定好熔敷参数很重要，所述熔敷参数包括熔敷电流、电弧电压、熔敷速度和焊枪摆动幅度，熔敷电流为340～360a，电弧电压为12～14v，熔敷速度为80～130mm/min，焊枪摆动幅度为12～14mm。机械手臂2上的第二抓爪283运动到焊条盒6上方，用第二抓爪284夹紧焊条，焊条末端金属与机械手臂2小臂28末端的导电体283相接触，开始熔敷时，电流通过导电体283使焊条内部的金属熔化形成熔滴，该熔滴脱落于喷嘴的表面成形，熔敷厚度为3～4mm，同时旋转装置1中驱动电机11驱动第一抓爪13进行360度旋转，从而实现对环保容器喷嘴的全方位熔敷；当焊条用尽时，机械手臂2上的第二抓爪284可移动到焊条盒夹持新的焊条继续熔敷；环保容器喷嘴第一次全面熔敷结束后，置换箱内气体，降温到100℃以下，然后打开大舱门42将环保容器喷嘴取出后，将熔敷层打磨掉一半，重复所述熔敷过程，直到熔敷合金厚度大于或等于10mm；熔敷结束后，将喷嘴加热到1300～1340℃，保温预设时间后，然后随炉冷却到200℃以下，再出炉冷却至100℃以下。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。