热熔承插焊机的制作方法

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种热熔承插焊机。

背景技术：

m310堆型核电站循环水过滤系统(cfi)保证对每台机组所使用的全部海水进行过滤，保证下游系统供水水质。系统内设置有鼓形滤网，用于海水过滤清洁。鼓形滤网设置有专门的冲洗管线系统，用于鼓形滤网表面滤网清洗，进而保证电站冷却水源的可靠性，为核3级系统。

目前，冲洗管线系统中的喷水管排使用316l不锈钢材料，管道及喷嘴的最大工作压力为1.3mpa。喷水管排包括不锈钢管道、通过人工氩弧焊焊接在不锈钢管道上的螺纹管以及喷嘴。近年来在役核电厂中相继出现喷水管排的管道及喷嘴穿孔腐蚀现象，严重影响了鼓形滤网反冲洗系统的可靠运行。

为解决上述问题，可采用耐海水腐蚀hdpe新材料制造鼓形滤网专用核级喷水管排，避免喷水管排发生穿孔腐蚀，保证机组的长期安全稳定运行。喷水管排的喷嘴是通过热熔承插焊接在喷水母管上，一个喷嘴熔接不合格，已熔接的喷嘴和管排就需要作废，故该喷嘴管排的制造核心关键点在于hdpe喷水母管和hdpe内衬超级奥氏体不锈钢外螺纹机架的工艺稳定的可控承插热熔连接。

现有的承插热熔的一种方式中，主要是通过人工机械固定，移动相当距离使用钻床钻孔，并使用常规手持式承插热熔焊机进行承插热熔熔接。上述方式存在以下缺陷：

常规手持式承插热熔焊机熔接参数(加热时间，移除时间)依靠外部计时器人工观察进行控制，(加热温度)无设定值，由指示灯进行控制，插入深度和对中由人工依靠手感进行，均不可控，加热时间与移除偏差近3秒，加热温度偏差近10℃，插入深度偏差为近1mm，对中斜度偏差近3°。熔接参数不可自主精确记录，不满足asme核级焊机要求，无法进行追溯，无法进行工艺评定和验证。人工进行固定，通过直尺卷尺等辅助工具进行水平移动钻孔，转孔间间隔偏差较大，无可重复性。管排上喷嘴钻孔深度、垂直度及圆整度靠人工手感控制，存在很大差异，导致在焊接时焊接面贴合，伸出高度不均匀，对中后的圆整度极不规则。承插焊接接头外观翻边差异性较大，焊接质量差异大，无法满足核级hdpe管排的控制管控要求。

现有的承插热熔的另一种方式中，通过人工机械钻孔，并使用常规承插热熔焊机进行熔接，提升了垂直度、对中、插入深度、加热温度及转孔稳定性的控制。然而，仍然存在以下缺陷：

常规承插焊机熔接参数(加热时间，移除时间)依靠内部计时器人工观察进行控制(非自动)，插入深度依靠限位块进行，仍有少量偏差，加热时间与移除偏差近2秒，插入深度偏差为近1mm。熔接参数不可自主精确记录，仍不满足asme核级焊机要求，无法进行追溯，无法进行工艺验证。人工进行固定，通过直尺卷尺等辅助工具进行水平移动钻孔，转孔间间隔偏差较大，无可重复性。管排上喷嘴钻孔深度靠限位块人工控制，存在一定差异，导致在焊接时焊接面贴合，伸出高度不均匀，对中依靠人工肉眼对准、关注。承插焊接接头外观翻边差异性仍然存在，焊接质量差异大，无法满足核级hdpe管排的控制管控要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种满足核级hdpe喷水管排的控制管控要求的热熔承插焊机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种热熔承插焊机，包括机架、安装在所述机架上的用于定位喷水管排的主管道的定位机构、用于将喷嘴管座焊接在主管道上的焊接机构、与所述焊接机构电连接的焊接控制系统；

所述机架上设有第一导轨，所述焊接机构包括配合在所述第一导轨上的支座、设置在所述支座内的加热单元、设置在所述支座内的钻孔刀具、设置在所述支座内的用于夹持喷嘴管座的管座夹具；

所述定位机构位于所述焊接机构一侧；所述加热单元可在靠近和远离所述定位机构的方向来回移动，并且可相对所述支座上下来回移动；所述钻孔刀具位于所述加热单元的上方，可上下来回移动靠近或远离所述加热单元；所述管座夹具位于所述钻孔刀具和加热单元之间。

优选地，所述加热单元包括加热平台、用于加热所述喷嘴管座的承插端的第一加热模头、用于加热所述主管道上承口的第二加热模头；

所述第一加热模头设置在所述加热平台的上表面，所述第二加热模头设置在所述加热平台的下表面。

优选地，所述焊接机构还包括连接并驱动所述加热单元相对所述支座在靠近和远离所述定位机构的方向来回移动的第一气缸、连接并驱动所述加热单元相对所述支座上下来回移动的第二气缸。

优选地，所述钻孔刀具包括轴向相接的柄段和第一钻头段、连接在所述第一钻头段远离所述柄段的一端上的第二钻头段；所述第二钻头段的直径小于所述第一钻头段的直径。

优选地，所述焊接机构还包括设置在所述支座上且驱动轴朝下的驱动电机，所述钻孔刀具以其柄段连接所述驱动轴，随所述驱动轴旋转。

优选地，所述焊接机构还包括配合在所述支座内并相对所述支座可上下移动的支架，所述驱动电机固定在所述支架上。

优选地，所述焊接机构还包括驱动气缸，所述驱动气缸连接并驱动所述支架相对所述支座上下移动，带动所述驱动电机及钻孔刀具上下移动。

优选地，所述焊接机构还包括第三气缸以及设置在所述支座内的支撑平台；

所述管座夹具可活动地连接在所述支撑平台上；所述第三气缸连接所述管座夹具，驱动所述管座夹具开合以夹放喷嘴管座。

优选地，所述焊接机构还包括第四气缸，连接并驱动所述支撑平台相对所述支座上下移动。

优选地，所述定位机构包括设置在所述机架上并与所述第一导轨相平行间隔的第二导轨、多个配合在所述第二导轨上并用于夹持所述主管道的夹持单元。

优选地，所述夹持单元包括配合在所述第二导轨上的底座、设置在所述底座上的下夹具、可开合连接在所述下夹具上的上夹具；所述上夹具和下夹具之间形成有一供所述主管道通过的定位孔。

优选地，所述上夹具的第一端铰接在所述下夹具的第一端上，所述上夹具的第二端可开合在所述下夹具的第二端上。

优选地，所述下夹具的第二端上设有搭扣，所述上夹具的第二端上设有勾片；

所述搭扣搭挂在所述勾片上将所述上夹具的第二端锁紧在所述下夹具的第二端上。

优选地，所述夹持单元还包括设置在所述底座或下夹具的下端上的固定组件，所述固定组件可分离抵压在所述机架上，限制所述夹持单元沿所述第二导轨的轴向移动。

优选地，所述热熔承插焊机还包括可旋转的机械臂；所述机械臂连接在所述焊接控制系统和所述支座之间，所述焊接控制系统通过所述机械臂可悬空在所述机架上。

优选地，所述热熔承插焊机还包括红外激光定位器，安装在所述支座上并位于所述钻孔刀具的上方。

本发明的热熔承插焊机，适用于核级hdpe喷水管排的热熔承插焊接，实现主管道上钻孔、喷嘴管座在主管道上承插焊接的自动化操作，保证核级hdpe主管道与喷嘴管座之间的有效熔接，保证钻孔的可重复性，喷嘴管座间间距可控性、对中精确性，熔接参数(时间、熔接温度、插入深度等)的一致性、可重复性和可追溯性，满足核级质保要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的热熔承插焊机的结构示意图；

图2是图1中焊接机构的放大结构示意图；

图3是图1中夹持单元的放大结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的热熔承插焊机，包括机架10、安装在机架10上的定位机构20、焊接机构30以及焊接控制系统40。

机架10作为整个焊机的支撑架体，具有一定的长度，能够供具有一定轴长的喷水管排横放其上。定位机构20在机架10上用于定位喷水管排的主管道；焊接机构30在机架10上位于定位机构20的一侧，用于将喷嘴管座焊接在主管道上。焊接控制系统40与焊接机构30电连接，用于对焊接机构30的焊接参数等进行设定，控制焊接机构30的启停，实现热熔承插焊接过程的参数输入与数据记录、存储及打印功能等等。

机架10上设有第一导轨11，该第一导轨11的长度方向沿着机架10的长度方向延伸。焊接机构30配合在第一导轨11上，可沿第一导轨11的长度方向来回移动，从而可对定位机构20上的主管道的不同位置进行焊接操作。

具体地，如图1、2所示，焊接机构30可包括支座31、设置在支座31内的加热单元、钻孔刀具35以及管座夹具38。支座31支撑配合在第一导轨11上，可沿第一导轨11的长度方向来回移动，实现整个焊接机构30在第一导轨11上的来回移动。通常，为了支撑及移动的稳定，第一导轨11设有相间隔平行的两个，支座31以其底部横跨并配合在两个第一导轨11上。

支座31可为中空的框架结构，加热单元设置在支座31内并可相对支座31活动，用于加热主管道上承口和喷嘴管座。其中，加热单元相对支座31可在靠近和远离定位机构20的方向来回移动，从而可移动至定位机构30上主管道的上方或远离主管道；加热单元还可相对支座31上下来回移动，从而可向下移动靠近主管道对其上承口进行加热或向上移动远离主管道。

加热单元进一步包括加热平台32、第一加热模头33和第二加热模头34。第一加热模头33设置在加热平台32的上表面，用于加热喷嘴管座的承插端，使该承插端的外壁熔融，形成一圈熔融层。第二加热模头34设置在加热平台32的下表面，用于加热主管道上承口，使承口内壁熔融，形成一圈熔融层，这样可以与喷嘴管座的熔融层相粘合，使喷嘴管座粘固在承口上。

第一加热模头33和第二加热模头34通过焊接控制系统40通电加热。并且，通过焊接控制系统40可将第一加热模头33的加热温度设定为225℃±5℃，满足评定后的工艺范围要求，实现对喷嘴管座的外壁进行加热熔融，形成一圈熔融层；通过焊接控制系统40可将第二加热模头34的加热温度设定为225℃±5℃，实现对主管道上承口的不同深度数值进行加热；加热深度和时间是通过工艺评定所得。

优选地，第一加热模头33和第二加热模头34分别通过四氟乙烯垫片固定在加热平台32的上下表面，该四氟乙烯垫片起到隔热及防止粘附的作用。

为实现加热单元在水平方向上的来回移动以及在垂直方向上的来回移动，焊接机构30还包括连接并驱动加热单元相对支座31在靠近和远离定位机构20的方向来回移动的第一气缸(未图示)、连接并驱动加热单元相对支座31上下来回移动的第二气缸(未图示)。

具体地，加热单元的加热平台32进一步可包括第一平台321和第二平台322。第一平台321的相对两侧分别与支座31的相对两内侧通过导轨配合，第二气缸连接该第一平台321，驱动第一平台321沿支座31内侧的导轨上下移动。第二平台322配合在第一平台321的上方，第一气缸连接该第二平台322，驱动第二平台322沿第一平台321在水平方向上来回移动，从而可进出支座31。第一加热模头33和第二加热模头34分别设置在第二平台322的上下表面。第一气缸、第二气缸分别可设置在支座31背向定位机构20的一侧。

钻孔刀具35设置在支座31内且位于加热单元的上方，可相对支座31上下来回移动靠近或远离加热单元，用于对主管道进行钻孔形成承口，还用于抵压喷嘴管座以控制喷嘴管座在主管道的承口上的承插深度。

本实施例中，钻孔刀具35采用麻花钻。

特别地，钻孔刀具35包括轴向相接的柄段和第一钻头段、连接在第一钻头段远离柄段的一端上的第二钻头段；第二钻头段的直径小于第一钻头段的直径。不同直径钻头段的设置，使得该钻孔刀具35能够在主管道上钻出t形承口。钻出的t形承口中，贯通在主管道外周面上的大孔端用于与喷嘴管座承插焊接，并且与喷嘴管座相连通，贯通在主管道内侧的小孔端作为通孔，连通主管道内部和大孔端，满足喷水管排的喷水功能。

对应地，焊接机构30还包括设置在支座31上且驱动轴朝下的驱动电机36，钻孔刀具35以其柄段连接驱动电机36的驱动轴，随驱动轴旋转。

焊接机构30还包括配合在支座31内并相对支座31可上下移动的支架361，驱动电机36固定在支架361上。

焊接机构30还包括驱动气缸37，驱动气缸37连接并驱动支架361相对支座31上下移动，带动驱动电机36及钻孔刀具35上下移动。如图2所示，本实施例中，驱动气缸37设置在支座31的外侧上。

管座夹具38在支座31内位于钻孔刀具35和加热单元之间，用于夹持喷嘴管座，从而可将喷嘴管座放置在第一加热模头33上进行加热，加热完成后将喷嘴管座放置主管道的承口上。

对应管座夹具38，焊接机构30还包括支撑平台39、第三气缸(未图示)以及第四气缸391。支撑平台39设置在支座31内，支撑平台39以其相对两侧与支座31相对两内侧配合定位，管座夹具38可活动地连接在支撑平台39上，悬空在钻孔刀具35和加热单元之间。第三气缸连接管座夹具38，驱动管座夹具38开合以夹放喷嘴管座。第四气缸391可通过支板等结构固定在支座31内，该第四气缸391连接支撑平台39，驱动支撑平台39相对支座31上下移动，从而带动管座夹具38上下移动，进而可带动其夹持的喷嘴管座放置主管道上。

另外，焊接机构30还包括连接并驱动支座31沿第一导轨11移动的驱动单元。驱动单元可包括电机310以及履带(未图示)，履带设置在机架10一侧并连接支座31，电机310可固定在支座31上并通过连动组件(如齿轮组件)等连接履带，驱动履带转动从而带动支座31移动。

如图1、3所示，定位机构20位于焊接机构30一侧，用于将喷嘴管排的主管道定位在机架10上，防止主管道在焊接过程中的轴向和径向移动、抵抗主管道承压情况下凹陷。

定位机构20可包括设置在机架10上并与第一导轨11相平行间隔的第二导轨21、多个配合在第二导轨21上并用于夹持主管道的夹持单元。夹持单元在第二导轨21上可移动且可拆卸，可根据主管道管径大小进行调节、更换。

第二导轨21设置两个，两个第二导轨21相间隔平行，夹持单元稳定配合在两个第二导轨21上。在长度方向上，第二导轨21可以是一整体的导轨，沿着机架10的长度方向延伸；或者，第二导轨21由多个导轨段沿着机架10长度方向并排布置形成。

夹持单元进一步可包括配合在第二导轨21上的底座22、设置在底座22上的下夹具23、可开合连接在下夹具23上的上夹具24；上夹具24和下夹具23之间形成有一供主管道通过的定位孔。

其中，上夹具24的第一端通过固定栓等铰接在下夹具23的第一端上，上夹具34的第二端可开合在下夹具23的第二端上。下夹具23的第二端上设有搭扣26，上夹具24的第二端上设有勾片27；搭扣26搭挂在勾片27上将上夹具24的第二端锁紧在下夹具23的第二端上。

夹持单元还包括设置在底座22或下夹具23的下端上的固定组件28，固定组件28可分离抵压在机架10上，限制夹持单元沿第二导轨21的轴向移动，对夹持单元起到定位的作用。固定组件28可包括连接的导轨轴向固定栓和导轨轴向固定面板；通过转动导轨轴向固定面板带动导轨轴向固定栓向下移动抵压在机架10上或者向上移动解除抵压。

参考图1、2，本实施例中，焊接控制系统40集成在一外壳内，该外壳上设有功能按钮以及触摸屏，通过功能按钮实现启停、参数的输入等，通过触摸屏输入参数、显示焊接状态、设定的参数、焊接过程的实际参数等等。

进一步地，本发明的热熔承插焊机还包括可旋转的机械臂50。机械臂50连接在焊接控制系统40和焊接机构30的支座31之间，焊接控制系统40通过机械臂50可悬空在机架10上，不需固定在机架10上且可多方向转动，方便操作人员的操作。

本发明的热熔承插焊机还包括还包括红外激光定位器(未图示)，安装在焊接机构30的支座31上，位于钻孔刀具35的上方，用于对钻孔及热熔承插焊接位置等的定位。

本发明的热熔承插焊机工作时，将喷水管排的主管道横放在定位机构20上并通过夹持单元夹持定位。通过焊接控制系统40设定所需的钻孔参数、焊接参数，包括承插焊接参数、钻孔深度和承插深度、加热温度、喷嘴管座吸热时间、主管道承口吸热时间、保压冷却时间，还包括工程参数(焊工号、焊口号、项目号和材料参数)。

通过红外激光定位器定位后，调整主管道的焊接位置，通过钻孔刀具35对主管道进行钻孔。以4寸hdpe管道为例，钻孔形成的承口尺寸：上端直径24.0mm，深度14.0mm；下端直径10.0mm，深度3mm。钻孔结束后需要用内窥镜观察是否残留毛刺等，如有，则需采用定制刮刀清除。

将喷嘴管座置于管座夹具38中，管座夹具38夹紧喷嘴管座。加热单元向下移动通过第二加热模头34对主管道上的承口进行加热(加热时间不小于工艺规程规定的加热最小时间(23s))，而后向上移动使喷嘴管座的承插端进入第一加热模头33进行加热(加热时间不小于工艺规程规定的加热最小时间(7s))。加热完成后，加热单元往支座31内侧移动，管座夹具38向下移动将其夹持的喷嘴管座对准插接到主管道的承口上方，喷嘴管座通过其承插端上的熔融层和承口内的熔融层熔接。此外，钻孔刀具35还向下移动对喷嘴管座施加压力，控制喷嘴管座在在承口上的承插深度。

完成一个喷嘴管座的承插焊接后，保压冷却。保压冷却时间不小于90s，保压冷却结束后，焊接机构30沿着第一导轨11移动，进入下一个喷嘴管座焊接工序。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。