一种管道全位置自动TIG焊焊机的制作方法

本实用新型涉及一种管道全位置自动tig焊焊机，属于自动焊接设备技术领域,在管道、管管对接全位置自动焊方面有着广泛的应用。

背景技术：

全位置管道自动焊接的种类很多，根据焊接前是否进行预热可以分为热丝焊和冷丝焊，所谓热丝焊是指焊丝在进入熔池之前进行了预热，使熔覆效率和焊接速度较普通冷丝焊有较大提高。作为高效氩弧焊的典型代表，热丝氩弧焊在保证焊接质量的同时，通过焊丝预加热，提高了焊丝的熔化速度和填充速度，从而大大提高了焊接效率。与传统冷丝tig相比，热丝tig具备以下优势：焊接过程中，在焊丝送入焊接熔池之前，由独立的热丝电源将焊丝加热到接近焊丝的熔化温度，加快了焊丝的熔化和填充速度，大大提高了焊接效率，一般认为，热丝氩弧焊的效率是传统冷丝氩弧焊的2倍以上，接近熔化极气体保护焊的焊接效率。

但是当前的管道全位置自动焊以冷丝焊为主。冷丝焊的焊接速度低，焊接效率不高。

另外，焊接过程中焊枪和被焊管件之间的距离远近即焊枪弧长不能根据焊枪相对管道的位置进行调节，或者只能进行手工调整，调整不方便。

全位置tig焊接时，送丝机构一般游离于焊接小车之外，现场焊接的管道一般需要多道焊接，焊接过程中，导丝管会随着焊接小车的运行，缠绕在管道上，影响送丝的稳定性。

综上所述，现有的管道全位置tig焊焊机因为热丝焊预热不便和焊枪弧长不能及时调整及送丝不稳定等问题，影响焊接质量和焊接效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于弥补现有技术tig焊接中自动化程度低，焊接质量和效率无法兼顾的缺陷，提供一种能够实现焊丝预热，焊枪在焊接过程中能够方便的进行调整，送丝稳定的管道全位置自动tig焊焊机。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种管道全位置自动tig焊焊机，包括焊接小车，焊接小车沿管道做圆周运动，焊接小车车体上设置有送丝机构和焊枪，送丝机构末端设置有热丝嘴，热丝嘴一端通过导线与加热电源连接，还包括正极连接线，正极连接线一端与加热电源连接，另一端与被焊工件连接。

所述焊接小车上设置有焊枪摆动机构，焊枪摆动机构包括：步进电机a、步进电机安装板、联轴器、丝杆a、直线光轴导轨a、直线轴承a、滚珠丝母、直线轴承及丝母安装座和光轴及丝杆固定板，直线轴承及丝母安装座固定于焊接小车上，步进电机a安装在步进电机安装板上，丝杆a一端连接在步进电机a的输出轴上，丝杆a的另一端转动连接于光轴及丝杆固定板上，直线光轴导轨a一端固定于电机安装板上，直线光轴导轨a另一端固定于光轴及丝杆固定板上，滚珠丝母和直线轴承a安装于直线轴承及丝母安装座上，滚珠丝母与丝杆a相啮合，直线轴承a可沿着直线光轴导轨a滑动；光轴及丝杆固定板上还连接有焊枪变位固定座。步进电机a转动，带动丝杆a绕滚珠丝母转动，丝杆a驱动步进电机a、步进电机安装板、联轴器、直线光轴导轨a、光轴及丝杆固定板、焊枪变位固定座一起沿直线轴承a左右摆动，这样焊枪摆动机构在进行焊接的时候，可以带动焊枪左右摆动，能使焊材均匀覆盖焊口。

所述焊枪摆动机构上设置有弧长调节机构，弧长调节机构包括：步进电机b、丝杆b、丝母、直线光轴导轨b、直线轴承b、弧长滑台的滑动部分和弧长滑台的固定部分，步进电机b及直线光轴导轨b固定于弧长滑台的固定部分，丝杆b的一端连接在步进电机b的输出轴上，直线轴承b及丝母固定于弧长滑台的滑动部分，丝母与丝杆b相啮合，直线轴承b可沿着直线光轴导轨b滑动；焊枪变位转轴也固定于弧长滑台的固定部分，焊枪通过夹具安装板固定连接于弧长滑台的滑动部分，夹具安装在夹具安装板上，夹具夹持焊枪。

在所述弧长滑台的滑动部分，固定连接有焊枪变位转轴，焊枪变位转轴的另一端转动连接在焊枪变位固定座上。

所述送丝机构包括：步进电机c、调整旋钮、从动导轴、从动轮座、从动轮、主动轮、张紧套、送丝机座和柔性调节块；送丝机座与焊接小车相连，步进电机c固定于送丝机座上，主动轮连接于步进电机c的输出轴上，主动轮的外侧面设有与焊丝截面相吻合的环形沟槽；

从动轮转动连接在从动轮轴上，从动轮轴连接于从动轮座上，从动导轴的一端连接在从动轮座上，送丝机座上设有与从动导轴相适配的导向孔，从动轮座带着从动导轴可在导向孔中滑动；柔性调节块设置在从动轮座上的凹槽内，位于两从动导轴之间，送丝机座上螺纹连接有调整丝杆，调整丝杆的一端设有调整旋钮，调整丝杆的另一端抵靠在柔性调节块上。

所述送丝机座的两侧分别设置入丝接头和出丝接头，焊丝从入丝接头进入从动轮与主动轮之间，由出丝接头伸出通过送丝管进入热丝嘴。

焊接小车上还设置有丝盘机构，包括送丝支架、丝盘轴、弹簧压环、弹簧、压紧螺母和丝盘，送丝支架连接于焊接小车上，送丝轴的一端固定安装在送丝支架上，丝盘轴上依次套有弹簧、弹簧压环、丝盘，送丝轴的另一端连接有压紧螺母，压紧螺母将丝盘压靠在弹簧压环上；丝盘轴上设置有限位槽，弹簧压环上设置有圆柱销，圆柱销可在限位槽内滑动。

所述焊接小车由步进电机驱动，靠磁力吸附在管道上，绕管道转动。

还包括储运车，所述储运车上设置控制箱、焊接电源、加热电源、循环冷却水箱，氩气瓶；控制系统设置在控制箱内。

利用所述管道全位置自动tig焊焊机的焊接工艺，包括以下步骤：

(一)矫直截断管端部，距管端500mm范围内进行矫正，使管体直线度达0.85‰，满足矫直精度要求，只有经过矫正处理，才可以保证组对后两管体轴线重合；

(二)坡口加工，采用坡口机或车床将两管端加工成带钝边v型坡口；

(三)管内外除湿，为防止焊接时管内外湿气影响焊接质量，离管端300mm范围内的水渍、油污产生湿气的介质应清理干净，采用氧-乙炔火焰均匀加热管体外壁使湿气蒸发；

(四)管内外壁除锈，如果管内外壁由于介质腐蚀出现锈、氧化皮及腐蚀坑，需在距管端30mm范围管内外壁打磨清理并露出金属光泽，采用直柄角磨机和内磨机对管件内外壁进行打磨除锈处理；

(五)对口组装，将准备好对口的两个管端放置在一种现场用对口组焊装置上组对，组对间隙0-0.5mm，用钢板尺检查对中情况，确保对口错边量不大于0.5mm的规定值；

(七)管内充填保护气，焊接前，向管内充填质量纯度不低于99.99％氩气，氩气流量为8-12l/min，以保证背面缝不被氧化，成形良好。

(八)将焊接小车吸附在管体焊口侧，使焊枪正对焊缝，调节热丝嘴的位置，使送出的焊丝在钨极正下方的焊缝中心位置，调节钨极与焊丝的距离为2-3mm；

(九)焊接工艺调整和存储

采取分层、分区间焊接的工艺方法，分3层单道填满坡口：不填丝打底焊，填充焊，盖面焊；打底焊将全位置焊缝分8个区间；填充焊、盖面焊分2个区间进行焊接；焊丝为er50-6，直径1.0mm；钨极：铈钨极，直径2.4mm；电源种类及极性：直流正接；氩气流量：8-12l/min；起弧位置：钟表0:00点位置，收弧搭接量：10°；

焊接工艺参数设定如下：

不填丝打底焊：分8个区间：0°-45°为第一区间，45°-90°为第二区间，90°-135°为第三区间，135°-180°为第四区间，180°-225°为第五区间，225°-270°为第六区间，270°-315°为第七区间，315°-360°为第八区间，焊接电流220-250a,电压13.8-14.4v，旋转速度100mm/min；

填充焊：分2个区间：0°-180°为第一区间，180°-360°为第二区间，焊接电流200-220a,电压13.1-13.7v，热丝电流100a,旋转速度150mm/min，送丝速3000mm/min，横摆速度1000mm/min，横摆宽度4mm；

盖面焊：分2个区间：0°-180°为第一区间，180°-360°为第二区间，焊接电流220-250a,电压14.9-16.0v，热丝电流100a,旋转速度150mm/min，送丝速度3000mm/min，横摆速度1400mm/min，横摆宽度10mm；

(十)调用焊接工艺，运行设备进行自动焊接，在正式焊接前，为了检验程序是否适用于被焊工件，首先进行模拟焊接，观察正常后，再按下“启动”开关焊接，焊接过程中操作人员通过跟踪观察机头运行状态和实时熔池状态进行焊接参数微调，直至整个焊接过程结束。

本实用新型的有益效果是：

(1)焊接小车上设置有热丝嘴，热丝嘴与加热电源连接，还有一个正极连接线，一端与加热电源连接，另一端与待焊接的管道接触，这样形成回路，焊丝经过热丝嘴时被加热，保证在进进入焊接熔池之前就进行了预热。

(2)焊接小车上设有步进电机驱动的焊枪摆动机构和弧长调节机构，与焊机连接的焊枪安装在弧长调节机构上，焊枪摆动机构和弧长调节机构均与控制系统相连，可以使焊接过程中焊枪能自动实现摆动和弧长调节，适应有坡口要求的焊件和带有较明显椭圆度的工件的焊接，并且不需要人为调节或干预，实现了闭环控制，操作者劳动强度低，焊接质量也容易保证。

（3）焊枪固定装置与焊枪摆动机构的端部转动连接，需要拆卸焊枪时，可以将焊枪转动到远离管道圆心的位置，方便操作。

（4）送丝机构设置在小车上，避免了焊丝缠绕在焊接管道上，且设置有调节旋钮，送丝稳定，从而提高焊接质量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中焊枪摆动机构的结构示意图；

图3为本实用新型中弧长调节机构的主视结构示意图；

图4为本实用新型中弧长调节机构的左视结构示意图；

图5为图4中的b-b剖视示意图；

图6为本实用新型中送丝机构的主视结构示意图；

图7为本实用新型中送丝机构的左视结构示意图；

图8为图6中的a-a剖视示意图；

图9为本实用新型中丝盘机构的主视结构示意图；

图10为图9中的c-c剖视结构示意图。图中：

1焊枪，2焊枪摆动机构，3弧长调节机构，4热丝嘴，5送丝机构，6步进电机a，7步进电机安装板，8联轴器，9丝杆a，10直线光轴导轨a，11滚珠丝母，12直线轴承及丝母安装座，13焊接小车，14光轴及丝杆固定板，15焊枪变位固定座，16步进电机b，17丝杆b，18丝母，19弧长滑台滑动部分，20弧长滑台固定部分，21直线光轴导轨b，22直线轴承b，23焊枪变位转轴，24夹具，25夹具安装板，26调整旋钮，27从动导轴，28从动轮座，29入丝接头，30主动轮，31张紧套，32送丝机座，33从动轮，34出丝接头，35步进电机c，36柔性调节块，37送丝支架、38丝盘轴、39弹簧，40弹簧压环，41压紧螺母，42丝盘。

具体实施方式

为了更好的说明本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

请参阅图1，一种管道全位置自动tig焊焊机，包括焊接小车，焊接小车沿管道做圆周运动，焊接小车车体上设置有送丝机构5和焊枪1，送丝机构5末端设置有热丝嘴4，热丝嘴4为铜管，热丝嘴4一端通过导线与加热电源连接，还包括正极连接线，正极连接线一端与加热电源连接，另一端为自由端。使用的时候，将自由端与待焊接的管道接触，这样形成回路，焊丝经过热丝嘴4时被加热，保证在进入焊接熔池之前就进行了预热。

请参阅图2，所述焊接小车上设置有焊枪摆动机构2，焊枪摆动机构2包括：步进电机a6、步进电机安装板7、联轴器8、丝杆a9、直线光轴导轨a10、直线轴承a、滚珠丝母11、直线轴承及丝母安装座12和光轴及丝杆固定板14，直线轴承及丝母安装座12固定于焊接小车的一端，步进电机a6安装在步进电机安装板7上，丝杆a9一端通过联轴器8连接在步进电机a6的输出轴上，丝杆a9的另一端通过轴承转动连接于光轴及丝杆固定板14上，直线光轴导轨a10一端固定于电机安装板上，直线光轴导轨a10另一端固定于光轴及丝杆固定板14上，滚珠丝母11和直线轴承a安装于直线轴承及丝母安装座12上，滚珠丝母11与丝杆a9相啮合，直线轴承a可沿着直线光轴导轨a10滑动；光轴及丝杆固定板14上还连接有焊枪变位固定座15。步进电机a6转动，带动丝杆a9绕滚珠丝母11转动，丝杆a9驱动步进电机a6、步进电机安装板7、联轴器8、直线光轴导轨a10、光轴及丝杆固定板14、焊枪变位固定座15一起沿直线轴承a左右摆动，这样焊枪摆动机构2在进行焊接的时候，可以带动焊枪左右摆动，能使焊材均匀覆盖焊口。

请参阅图3至图5，所述焊枪摆动机构2上设置有弧长调节机构3，弧长调节机构3包括：步进电机b16、丝杆b17、丝母18、直线光轴导轨b21、直线轴承b22、弧长滑台滑动部分19和弧长滑台固定部分20，步进电机b16及直线光轴导轨b21固定于弧长滑台固定部分20，丝杆b17的一端连接在步进电机b16的输出轴上，直线轴承b22及丝母18固定于弧长滑台滑动部分19，丝母18与丝杆b17相啮合，直线轴承b22可沿着直线光轴导轨b21滑动；焊枪变位转轴23也固定于弧长滑台固定部分20，焊枪1通过夹具安装板25固定连接于弧长滑台滑动部分19，夹具24安装在夹具安装板25上，夹具24夹持焊枪1。步进电机b16转动，带动丝杆b17转动，丝杆b17驱动丝母18、弧长滑台滑动部分19、直线轴承b22一起沿直线光轴导轨b21移动，这样弧长调节机构3在进行焊接的时候，可以使焊接过程中焊枪能自动实现做靠近管件、远离管件的移动动作，当管件带有较明显椭圆度时，弧压采集装置在焊接过程中能自动将采集到的电弧电压，通过电流传感器将电压信号转换为电流信号实时传递给控制系统，控制系统通过与设定的弧压上/下限相比较、因焊接电流不变情况下，电弧电压的大小与电弧长短有关，电弧越长电压越大，电弧越短电压越小。当实时弧压信号大于设定上限值时，焊枪向靠近管件的方向移动。当实时弧压信号小于设定下限值时，焊枪向远离管件的方向移动。当实时弧压信号小于设定上限值，大于设定下限值时焊枪停止移动。

在所述弧长滑台固定部分20上，固定连接有焊枪变位转轴23，焊枪变位转轴23的另一端转动连接在焊枪变位固定座15上。弧长调节机构3通过焊枪变位转轴23连接，在焊枪1拆卸的时候，可以方便的将焊枪1旋转到远离焊接管件圆心的位置，避免损坏焊枪1。

焊枪摆动机构2和弧长调节机构3，能够保证焊枪1在焊接小车上进行左右摆动和上下滑动，在焊接过程中可以方便调整焊枪1相对于焊件的位置。此外，进行焊枪1更换的时候，焊枪固定装置与焊枪摆动机构2的端部转动连接，可以将焊枪1转动到远离管道圆心的位置，方便操作。

请参阅图6至图8，所述送丝机构5设置于焊接小车的另一端，所述送丝机构5包括：步进电机c35、调整旋钮26、两根从动导轴27、从动轮座28、从动轮33、主动轮30、张紧套31、送丝机座32和柔性调节块36；送丝机座32与焊接小车相连，步进电机c35固定于送丝机座32上，主动轮30连接于步进电机c35的输出轴上，主动轮30的外侧面设有与焊丝截面相吻合的环形沟槽；

从动轮33通过轴承转动连接在从动轮轴上，从动轮轴连接于从动轮座28上，2根从动导轴27的一端连接在从动轮座28上，送丝机座32上设有与从动导轴27相适配的导向孔，从动轮座28带着从动导轴27可在送丝机座32上的导向孔内滑动，柔性调节块36设置在从动轮座28上的凹槽内，位于两从动导轴27之间，送丝机座32上螺纹连接有调整丝杆，调整丝杆的一端设有调整旋钮26，调整丝杆的另一端抵靠在柔性调节块36上；送丝机座32的两侧分别设置入丝接头29和出丝接头34，焊丝从入丝接头29进入从动轮33与主动轮30之间，由出丝接头34伸出，通过送丝管进入热丝嘴4，焊丝由从动轮33压靠在主动轮30上的环形沟槽内，手动旋转调整旋钮26，可以调整柔性调节块36对从动轮33的压力进而调整对焊丝的压力，以防止焊丝在从动轮33与主动轮30之间打滑；送丝机构5设置在焊接小车上，避免了焊丝距离较远，影响送丝稳定性，且能有效避免焊丝缠绕在管件上，导致送丝不稳。

请参阅图9至图10，焊接小车上还设置有丝盘机构，包括送丝支架37、丝盘轴38、弹簧压环40、弹簧39、压紧螺母41和丝盘42，送丝支架37连接于焊接小车上，送丝轴的一端固定安装在送丝支架37上，丝盘轴38上依次套有弹簧39、弹簧压环40、丝盘42，送丝轴的另一端连接有压紧螺母41，压紧螺母41将丝盘42压靠在弹簧压环40上；丝盘轴38上设置有限位槽，弹簧压环39上设置有圆柱销，圆柱销可在限位槽内滑动。

送丝机构5设置在焊接小车上，一方面避免了焊丝缠绕在被焊接管件上，另一方面可以方便的调整送丝机构5中主动轮30和从动轮33的距离，从而调整焊丝的受力，从而保证送丝稳定。

所述焊接小车由步进电机驱动，靠磁力吸附在管道上，绕管道转动。

本实施例还包括储运车，所述储运车上设置控制箱、焊接电源、加热电源、循环冷却水箱，氩气瓶。储运车可以方便的运输焊接所需的各种工具、器械，更适合于现场焊接作业，并可避免工具、器械遗漏。控制系统设置在控制箱内，上述的步进电机a6、步进电机b16、步进电机c35、焊接小车、焊接电源、加热电源均与控制系统相连。

使用本实用新型管道全位置自动tig焊焊机的焊接工艺包括以下步骤：

(一)矫直截断管端部，距管端500mm范围内进行矫正，使管体直线度达0.85‰，满足矫直精度要求，只有经过矫正处理，才可以保证组对后两管体轴线重合；

(二)坡口加工，采用坡口机或车床将两管端加工成75°v型坡口，v型坡口单边37.5°，钝边1-1.5mm；

(三)管内外除湿，为防止焊接时管内外湿气影响焊接质量，离管端300mm范围内的水渍、油污产生湿气的介质应清理干净，采用氧-乙炔火焰均匀加热管体外壁使湿气蒸发；

(四)管内外壁除锈，如果管内外壁由于介质腐蚀出现锈、氧化皮及腐蚀坑，需在距管端30mm范围管内外壁需打磨清理并露出金属光泽，采用直柄角磨机和内磨机对管件内外壁进行打磨除锈处理；

(五)对口组装，将准备好对口的两个管端放置在一种现场用对口组焊装置上组对，组对间隙0-0.5mm，用钢板尺检查对中情况，确保对口错边量不大于0.5mm的规定值；

(七)管内充填保护气，焊接前，向管内充填质量纯度不低于99.99％氩气，氩气流量为8-12l/min，以保证背面缝不被氧化，成形良好。

(八)将焊接小车吸附在管体焊口侧，使焊枪1正对焊缝并垂直管体切线，调节热丝嘴的位置，使送出的焊丝在钨极正下方的焊缝中心位置，调节钨极与焊丝的距离为2-3mm；

(九)焊接工艺调整和存储

采取分层、分区间焊接的工艺方法，分3层单道填满坡口：不填丝打底焊，填充焊，盖面焊；打底焊将全位置焊缝分8个区间，填充焊、盖面焊分2个区间进行焊接；焊丝为er50-6，直径1.0mm；钨极：铈钨极，直径2.4mm；电源种类及极性：直流正接；氩气流量：8-12l/min；起弧位置：钟表0:00点位置，收弧搭接量：10°；

焊接工艺参数设定如下：

不填丝打底焊：分8个区间：0°-45°为第一区间，45°-90°为第二区间，90°-135°为第三区间，135°-180°为第四区间，180°-225°为第五区间，225°-270°为第六区间，270°-315°为第七区间，315°-360°为第八区间，焊接电流220-250a,电压13.8-14.4v，旋转速度100mm/min；

填充焊：分2个区间：0°-180°为第一区间，180°-360°为第二区间，焊接电流200-220a,电压13.1-13.7v，热丝电流100a,旋转速度150mm/min，送丝速3000mm/min，横摆速度1000mm/min，横摆宽度4mm；

盖面焊：分2个区间：0°-180°为第一区间，180°-360°为第二区间，焊接电流220-250a,电压14.9-16.0v，热丝电流100a,旋转速度150mm/min，送丝速度3000mm/min，横摆速度1400mm/min，横摆宽度10mm；

(十)调用焊接工艺，运行设备进行自动焊接，在正式焊接前，为了检验程序是否适用于被焊工件，首先进行模拟焊接，观察正常后，再按下“启动”开关焊接，焊接过程中操作人员通过跟踪观察机头运行状态和实时熔池状态进行焊接参数微调，直至整个焊接过程结束；

(十一)焊后检验，采用外观检验、渗透探伤检验和x射线检验方法检测焊缝是否存在裂纹、气孔等缺陷，若未检出缺陷，表明焊缝内部存在缺陷的可能性较小。

综上所述，本实用新型解决了现有tig焊中焊丝预热问题，保证焊丝进行焊接前，已经进行了预热；解决了焊枪1和焊接管件的距离不能方便的调整问题，送丝稳定，有效提高了管道全位置自动tig焊的焊接质量和焊接效率。

需要注意的是上述具体实施例是示例性的，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上对管道全位置自动tig焊焊机进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本实用新型的保护范围内。

本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本实用新型，

并非用于限制本实用新型。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。