一种复合管纵缝自动焊接设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及焊接技术领域，具体涉及一种复合管纵缝自动焊接设备，该设备 适用于不锈钢和碳钢双金属复合管纵缝的焊接过程。
【背景技术】
[0002] 目前，双金属复合管的焊接工艺大部分为手工钨极氩弧焊根焊、过渡焊，焊条电弧 焊填充焊、盖面焊，焊接质量的稳定性难以保证，焊接效率低下。随着双金属复合管的推广 应用，实现对双金属复合管焊接过程的自动化越来越迫切。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型提供一种复合管纵缝自动焊接设备，目的在于有效的实现复合管的装 夹定位和双层金属纵缝焊接的自动化和数字化。
[0004] 本实用新型包括主体机架、焊接工装，所述焊接工装固定在所述主体机架上，所述 焊接工装包括焊接机架、双焊枪机构、焊枪升降、平移机构、前支撑装置、后支撑装置、下支 撑装置、气动夹紧装置、芯轴，所述焊接机架固定在所述主体机架的左端部，所述双焊枪机 构固定配合在所述焊枪升降、平移机构的上端，所述焊枪升降、平移机构设置在所述主体机 架的后侧，在所述主体机架的右端部设置芯轴支撑旋转架，所述芯轴的一端固定在所述焊 接机架的上部，所述芯轴的另一端分离式支撑在所述芯轴支撑旋转架上，所述气动夹紧装 置配合在所述芯轴的前、后侧，所述气动夹紧装置固定在所述焊接机架的上部，所述双焊枪 机构配合在所述芯轴、气动夹紧装置的上方，所述前、后支撑装置、下支撑装置分别设置在 所述主体机架的上端，所述前、后支撑装置分别对称配合在所述芯轴下方的前、后侧，所述 下支撑装置对应配合在所述芯轴的正下方。
[0005] 本实用新型所述芯轴包括管体，在所述管体外侧壁上设置轴向凹槽，所述轴向凹 槽与相应的工件的纵缝对应，以保证工件焊接过程中的双面成型。
[0006] 本实用新型在所述前、后支撑装置下端设置用于相对移动的驱动装置，在所述下 支撑装置下端设置升降机构，所述驱动装置包括第一步进电机、丝杆、两根滑轨，两根所述 滑轨分别固定在所述主体机架上端的左、右部，所述前、后支撑装置分别配合在两根所述滑 轨上，所述第一步进电机固定在所述主体机架上，所述丝杆固定所述第一步进电机的输出 端，所述前、后支撑装置上分别连接正、反内螺纹套，所述正、反内螺纹套分别与所述丝杆螺 纹连接；所述升降机构包括升降气缸、两根竖向导杆，所述升降气缸的下端固定在所述主体 机架上端，两根所述竖向导杆分别活动配合在所述主体机架上端的左右部，所述升降气缸 的上端固定在所述下支撑装置的下端，两根所述导杆的上端分别固定在所述下支撑装置的 上端。
[0007] 本实用新型所述焊枪升降、平移机构包括竖直设置的支撑柱，所述支撑柱上连接 步进电机、丝杆升降驱动装置和步进电机、丝杆横向平移驱动装置。
[0008] 本实用新型所述双焊枪机构包括左、右焊枪、左焊枪前后驱动机构、右焊枪前后驱 动机构、中间支撑板，所述左、右焊枪前后驱动机构分别固定连接在所述中间支撑板的左、 右两侧，所述左、右焊枪前后驱动机构分别包括步进电机、丝杆、滑块、导向杆，所述步进电 机分别固定在所述中间支撑板的一端，所述丝杆固定在所述步进电机的输出端，所述滑块 螺纹配合在所述丝杆上，所述导向杆设置在所述丝杆的两侧并与丝杆平行，所述滑块与所 述导向杆滑动配合；在两个所述滑块上分别固定连接左、右焊枪摆动机构，所述左、右焊枪 分别对应固定在左、右焊枪摆动机构上，所述左、右焊枪竖直设置。
[0009] 本实用新型所述气动夹紧装置为气动琴键压紧机构，所述气动琴键压紧机构包括 两个压紧框，所述两个压紧框分别对称设置在所述芯轴的前、后侧，在个所述压紧框内分别 设置压力气囊，在各所述压紧框的下端活动连接可伸出、缩回的琴键压板，所述压力气囊与 所述琴键压板配合，两侧的所述琴键压板分别通过压力气囊推动相互靠近，实现夹紧，反 之，压力气囊排气，琴键压板松开。
[0010] 本实用新型所述下支撑装置包括底部支撑架，在所述底部支撑架上设置若干均布 的可移动支撑块，各所述可移动支撑块之间相互活动连接，在各所述可移动支撑块的上端 面分别设置定位销孔。下支撑模装置上装有与所焊接工件半径一致的可移动支撑块，以保 证工件下表面与可移动支撑块上表面的接触。可移动支撑块上开有定位销孔，与工件上的 工艺定位孔配合，以实现工件的轴向定位。下支撑模的上下运动由其下面的气动装置驱动 实现，根据焊接工件直径的不同，下支撑装置中的支撑块可以更换成与工件表面曲率半径 一致的支撑块，也可根据工件长度不同来调整合拢块数量和之间间隙。
[0011] 本实用新型所述芯轴支撑旋转架包括下支撑架、上旋转架、竖直设置的支撑伸缩 气缸，所述下支撑架固定在所述主体机架上端，所述上旋转架铰接在所述下支撑架的上端， 所述支撑伸缩气缸设置在所述下支撑架的一侧，所述上旋转架与所述支撑伸缩气缸之间设 置连杆，所述连杆的一端固定在所述上旋转架中部，所述连杆的另一端铰接在所述支撑伸 缩气缸的上端。芯轴支撑旋转架在工件装入芯轴后，支撑伸缩气缸将上旋转架撑起，上支撑 架支撑芯轴右端，用于承受芯轴所受的向下压紧力，提高芯轴支撑刚度。
[0012] 本实用新型使用时，将开好焊接坡口的工件插入芯轴，下支撑装置根据工件直径 运动到设定位置，并将定位销插入工件定位工艺孔内，实现工件的轴向定位。芯轴右端的芯 轴支撑装置中气缸动作，芯轴支撑旋转架转动并支撑起芯轴右端，以提高工件焊接夹紧时 支撑芯轴的刚度。根据工件直径调整前后支撑装置中支撑块的位置，并使其运动到设定位 置。由控制系统触摸屏中手动界面来调节各运动装置，使琴键压紧机构、芯轴、前后支撑装 置以及下支撑装置配合使用，实现工件纵向开口的合缝、定位和夹紧。工件安装定位后工件 焊缝形成间隙一定的一条直缝，然后根据焊接工艺要求，由装有不锈钢焊丝的左侧焊枪完 成封焊、打底焊和过渡焊，左侧焊枪焊接完成后，由装有碳钢焊丝的右侧焊枪完成填充焊和 盖面焊，实现双金属复合管纵缝焊接的连续性和自动化。焊枪焊接运动轨迹的规划和焊接 时每个焊枪焊接电流、焊接速度、送丝速度等参数的设置由触摸屏人机界面输入。另外，本 设备的步进电机、以及焊接用的电源都是通过智能控制系统的电控柜来控制，按下"自动焊 接"按钮，左右两个焊枪按照设置的焊接参数依次完成双层金属焊缝的焊接，焊接完成后， 自动关闭焊接电源和所有电机，琴键松开，设备停止，卸下工件。本设备机构合理、简单， 自动化程度高，实现了复合管的装夹定位和双层金属纵缝焊接的自动化和数字化。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型的一种结构示意图；
[0014] 图2为图1的俯视图；
[0015] 图3为图2的左视图；
[0016] 图4为图1的立体图；
[0017] 图5为气动夹紧装置的一种结构示意图；
[0018] 图6为下支撑装置的一种结构示意图；
[0019] 图7为工件受力示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1、2、3、4、5、6所示，本复合管纵缝自动焊接设备包括主体机架1、焊接工装2、 智能控制系统3,焊接工装2固定在主体机架1上，焊接工装2与智能控制系统3连接，焊接 工装2包括焊接机架4、双焊枪机构5、焊枪升降、平移机构6、前支撑装置7、后支撑装置8、 下支撑装置9、气动夹紧装置10、芯轴11，焊接机架4固定在主体机架1的左端部，双焊枪机 构5固定配合在焊枪升降、平移机构6的上端，焊枪升降、平移机构6设置在主体机架1的后 侧，在主体机架1的右端部设置芯轴支撑旋转架12,芯轴11的一端固定在焊接机架4的上 部，芯轴11的另一端分离式支撑在芯轴支撑旋转架12上，气动夹紧装置10配合在芯轴11 的前、后侧，气动夹紧装置10固定在焊接机架4的上部，双焊枪机构5配合在芯轴11、气动 夹紧装置10的上方，前、后支撑装置7、8、下支撑装置9分别设置在主体机架1的上端，前、 后支撑装置7、8分别对称配合在芯轴11下方的前、后侧，下支撑装置9对应配合在芯轴11 的正下方。
[0021] 优选的，芯轴11包括管体13,在管体13外侧壁上设置轴向凹槽14,轴向凹槽14 与相应的工件的纵缝对应，以保证工件焊接过程中的双面成型。
[0022] 进一步的，在前、后支撑装置7、8下端设置用于相对移动的驱动装置15,在下支撑 装置9下端设置升降机构16,驱动装置15包括第一步进电机17、丝杆18、两根滑轨21，两 根滑轨21分别固定在主体机架1上端的左、右部，前、后支撑装置7、8分别配合在两根滑轨 21上，第一步进电机17固定在主体