专利名称：轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种马鞍型开孔和焊接设备，尤其是可以一机多用的马鞍型开孔 和焊接一体机。
背景技术：
目前对锅炉、压力容器、钢管等工件切割马鞍形坡口的直径较大圆管(俗称主管) 和直径较小圆管(俗称支管)，并进行压力容器和钢管的对接焊一般采用专门的马鞍形坡 口自动切割机或马鞍形坡口自动焊接机分别完成，此类设备一般体积庞大，结构复杂，造价 不菲。除了这类独立的专用设备，还出现了能够同时完成小主管切割和马鞍形坡口焊接的 多用机，但此类设备一般采用机械机构的设计和参数配合来完成近似马鞍形轨迹的形成， 精度不高，并且参数较为复杂，因待焊件直径发生变化需要调整设备参数时，往往工序复 杂，柔性较差。为此，设计一种轻便型的完成开孔接管和马鞍形焊缝焊接的一体机是非常必要 的。
发明内容根据背景技术所述，本实用新型的目的在于避免上述不足，提供一种利用各组伺 服机构组成的，由主轴带动焊接机头旋转，利用焊接机头的各种伺服调整装置进行精确定 位，增加设备柔性，并利用涨紧装置将支管有效固定在主管上，仅通过更换焊接(切割)机 头末端的执行机构即割矩或焊枪，即可进行气割、等离子切割和焊接的轻便型开孔接管及 马鞍形焊缝焊接一体机。为了实现上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的一种轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机，主要由吊架(1)、主轴(2)、旋转 盘(3)、焊接机头⑷和涨管机构(5)组成，其中由型材件(111)和磁座(112)构成吊架 主体(11)，在其上设置丝杠(14)和连接板(12)相连接的光杠(13)和主轴(2)，吊架(1) 和主轴(2)通过丝杠(14)进行连接，丝杠(14)经过吊架主体(11)与操纵手柄(15)相连 接；旋转盘(3)由与主轴(2)固联的大齿轮(32)和与外层圆盘(34)固联，并端部置有小齿 轮(33)的旋转电机(31)组成，大齿轮(32)与小齿轮(33)啮合，外层圆盘(34)与主轴(2) 之间设置轴承(36)，外层圆盘(34)底部固联底盘(35)；焊接机头(4)通过外层圆盘(34) 上的连接孔(411)固联在外层圆盘(34)上，焊接机头(4)的整体由焊枪径向移动调节机构 (41)，焊枪高低调节机构(42)、焊枪姿态调节电机(43)、焊枪摆动机构(44)和焊枪夹持机 构(45)组成，由径向移动调节轨道(412)，径向移动调节伺服电机(414)以及径向移动导 向条(413)构成径向移动调节机构(41)，在径向移动调节轨道(412)的一侧设置有旋转手 柄(415)，实现整个焊接机头(4)的径向粗定位，通过径向移动调节伺服电机(414)实现焊 接机头(4)的径向精确定位，径向移动导向条(413)的一端设置有高低调节轨道(423)的 焊枪高低调节机构(42)，并在其上部安装有高低调节伺服电机(421)，在其侧设置有高低调节导向条(422)，在高低调节导向条(422)的下部的下端设置有焊枪姿态调节电机(43)， 焊枪摆动机构(44)和焊枪夹持机构(45)，而焊枪摆动机构(44)安装在焊枪姿态调节电机 (43)和焊枪夹持机构(45)之间，在焊接工艺过程中焊接夹持机构(45)夹持有焊枪(46)； 涨管机构(5)由高低调节机构(51)，涨管丝杠(52)，支撑杆A (53)，支撑杆B (54)，下端支撑 块(55)，上端定位支撑块(56)以及连接螺母(57)构成。所述的主轴(2)的上端安装有高低调节机构(51)，在其下端连接有涨管丝杠 (52)，并在主轴(2)和涨管丝杠(52)上设置上连接体(521)和下连接体(522)，支撑杆 A(53)的上端与上连接体(521)铰接，下端与下端支撑块(55)铰接，支撑杆B(54)的上端与 上端定位支撑块(56)铰接，下端与下连接体(522)铰接，支撑杆A (53)和支撑杆B (54) 二 者在杆的中部位置通过连接螺母(57)铰接，上端定位支撑块(56)的两个内侧面(561)分 别与接管(58)的顶端以及接管(58)的内壁接触，下端支撑块(55)的内侧面(551)与接管 (58)的内壁接触，通过高低调节机构(51)的高低调节手柄(511)的旋转可实现丝杠(52) 的上下移动。由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下优点和效果1、本实用新型实现了一机多用，既可以进行马鞍形坡口主管和支管的切割，又可 以在更换执行机构后进行两者间的高质量焊接。2、本实用新型由于采用了多伺服机构的结构形式，增加了系统柔性，使得各个伺 服机构通过控制系统的参数设置和调节，准确进行多维运动的矢量叠加，保证了焊枪沿接 管与筒体的马鞍形坡口的主管和支管的高质量切割以及两者之间马鞍形相贯线焊缝的高 质量焊接。3、本实用新型焊枪沿轨道径向移动调节机构沿轨道半径方向的直线运动可以保 证焊接时焊缝不准确时的示教跟踪和多层多道焊接时的深度调整，以及相邻规格之间的支 管切割或焊接时割矩或焊枪的径向位置调整。4、本实用新型由于采用上端定位支撑块与接管顶端以及接管内壁的长线接触以 及下端支撑块的支撑作用实现对中，防止在涨紧的过程中接管倾斜，从而进一步保证了马 鞍型切割和焊接的精度。5、本实用新型体积较小，重量较轻，人力可随意移动，灵活性较好。
图1为本实用新型总体结构示意图图2为本实用新型图1中A部的放大示意图图3为本实用新型图2的B-B剖视示意图图4为本实用新型涨管机构结构组成示意图
具体实施方式
由图1至图4示出，一种轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机，主要由吊架 (1)、主轴(2)、旋转盘(3)、焊接机头(4)和涨管机构(5)组成，其中由型材件(111)和磁 座(112)构成吊架主体(11)，在其上设置丝杠(14)和连接板(12)相连接的光杠(13)和主 轴(2)，吊架⑴和主轴(2)通过丝杠(14)进行连接，丝杠(14)经过吊架主体(11)与操纵
4手柄(15)相连接；旋转盘(3)由与主轴(2)固联的大齿轮(32)和与外层圆盘(34)固联， 并端部置有小齿轮(33)的旋转电机(31)组成，大齿轮(32)与小齿轮(33)啮合，外层圆盘 (34)与主轴(2)之间设置轴承(36)，外层圆盘(34)底部固联底盘(35)；焊接机头(4)通 过外层圆盘(34)上的连接孔(411)固联在外层圆盘(34)上，焊接机头(4)的整体由焊枪 径向移动调节机构(41)，焊枪高低调节机构(42)、焊枪姿态调节电机(43)、焊枪摆动机构 (44)和焊枪夹持机构(45)组成，由径向移动调节轨道(412)，径向移动调节伺服电机(414) 以及径向移动导向条(413)构成径向移动调节机构(41)，在径向移动调节轨道(412)的一 侧设置有旋转手柄(415)，实现整个焊接机头(4)的径向粗定位，通过径向移动调节伺服电 机(414)实现焊接机头(4)的径向精确定位，径向移动导向条(413)的一端设置有高低调 节轨道(423)的焊枪高低调节机构(42)，并在其上部安装有高低调节伺服电机(421)，在其 侧设置有高低调节导向条(422)，在高低调节导向条(422)的下部的下端设置有焊枪姿态 调节电机(43)，焊枪摆动机构(44)和焊枪夹持机构(45)，而焊枪摆动机构(44)安装在焊 枪姿态调节电机(43)和焊枪夹持机构(45)之间，在焊接工艺过程中焊接夹持机构(45)夹 持有焊枪(46)；涨管机构(5)由高低调节机构(51)，涨管丝杠(52)，支撑杆A (53)，支撑杆 B(54)，下端支撑块(55)，上端定位支撑块(56)以及连接螺母(57)构成。另知，吊架1和主轴2利用丝杠14进行联结，本实用新型可通过丝杠14和光杠13 的导向作用上下运动，调整本实用新型距离主管的距离，吊架1在不需要时可与整个设备 分离。由旋转电机31带动小齿轮33、并与大齿轮32啮合，主轴2在整个焊接过程中不旋 转，小齿轮33绕大齿轮32旋转，带动与小齿轮33固联的外层圆盘34绕主轴2旋转，焊接 机头4通过外层圆盘34上的连接孔411固联在外层圆盘34上，最终实现了焊接机头4沿 主轴2的圆周运动。通过旋转径向移动调节轨道412 —侧的旋转手柄415，可实现整个焊接机头的粗 定位，并使机构可以适应不同支管管径，径向移动调节机构41可实现支管径向的精确定 位。焊枪高低调节机构42可实现焊枪46高低位置的调节。焊枪姿势调节电机43安装在高低调节机构42的最下端，控制焊枪46的姿态，让 焊枪46在不同的焊接位置时，姿态随焊接位置的不同而变化，从而满足焊接的工艺要求。 焊枪摆动机构44安装在焊枪姿势调节电机43和焊枪夹持机构45之间，使焊枪在焊接过程 中实现快速摆动，以满足气保焊等焊接要求。焊枪夹持机构45在焊接过程中夹持焊枪46。 焊接机头4绕主轴2的圆周运动、焊枪高低调节机构42的上下直线运动、和焊枪姿势(倾斜 角度)的变化三种运动的叠加，保证了焊枪46沿接管与筒体的马鞍形坡口的主管和支管的 高质量切割以及两者之间马鞍形相贯线焊缝的高质量焊接。焊枪46通过焊枪径向移动调 节机构41沿轨道半径方向的直线运动可以保证焊接焊缝不准确时的示教跟踪和多层多道 焊接时的深度调整，以及相邻规格之间的支管切割或焊接时割矩或焊枪的径向位置调整。此外，在主轴2的上端安装有高低调节机构51，在其下端连接有涨管丝杠52，并在 主轴2和涨管丝杠52的下端设置上连接体521和下连接体522，支撑杆A53的上端与上连 接体521铰接，下端与下端支撑块55铰接，支撑杆B54的上端与上端定位支撑块56铰接， 下端与下连接体522铰接，支撑杆A53和支撑杆B54 二者在杆的中部位置通过连接螺母57
5铰接，上端定位支撑块56的两个内侧面561分别与接管58的顶端以及接管58的内壁接触， 下端支撑块55的内侧面551与接管58的内壁接触，利用涨管机构可5以撑紧接管并使涨 管机构5的中心轴与整个设备主轴2固联并同轴。其中，丝杠52作为整个涨管机构5的中 心与整个设备固联并同轴，通过固联在丝杠52上的高低调节机构51以及连接在角度调整 机构上的高低调节手柄511可以实现旋转手柄后将手柄的转动变换为丝杠52的上下运动， 从而使与丝杠52连接的支撑装置涨紧或松开接管。之前的相关专利虽然也有涨管机构，但 是存在涨紧力不宜调节、支撑块容易倾斜从而导致接管不垂直，难以保证精度等缺点。而本 实用新型可以通过上端定位支撑块56的与接管顶端以及接管内壁的长线接触以及下端支 撑块55的支撑作用实现对中，从而进一步保证了马鞍型切割和焊接的精度。 当实施开孔接管马鞍形焊缝焊接自动焊接作业时，旋紧涨管机构5的高低调节手 柄511，使涨管机构5撑紧待切割接管，使整个设备以及待切割接管由吊架1悬吊并位于压 力容器的上方，设备可在吊架1上沿压力容器轴向移动，调整好压力容器的开孔接管的位 置，使其开孔位置处于上断面，保证后续操作作业基本处于水平的位置。然后通过调节旋 转径向移动调节轨道412 —侧的旋转手柄415，可实现整个焊接机头的粗定位，径向移动调 节伺服电机414可实现接管径向的精确定位。在上述操作过程实现定位后，在同一定位基 准之下完成管道的切割、压力容器的开孔、马鞍形组对焊接。首先，调整好焊接机头4的初 始位置和焊接机头4上气割割炬的角度，调用计算机预存储的程序(此程序可以通过相关 管道前期预示教完成并存储的或者通过已知参数计算实现的)，启动气割作业，焊接机头4 沿着主轴2运行一周，完成马鞍形轨迹管道管口的切割。然后，在完成接管切割作业后，移 动焊枪高低调节机构42，使其气割割炬相对接管切口向下移动一定位置，然后通过焊枪姿 态调节电机43，调节气割割炬的切割角度，调用计算机预存储程序，通过沿着主轴的圆周运 动，实现压力容器的开孔作业。最后，在完成上述步骤的作业后，取下气割割炬头换上焊枪 46，然后下移吊架1下的设备，组对接管与压力容器的焊缝坡口，由于上述作业是在一个基 准下完成的，所以坡口组对精度高。调整好焊枪46的角度和相对焊缝的位置，并调用相贯 线的焊接程序，此程序可以是上述作业使用的程序，也可以是现场实时示教的焊接程序，视 现场的组对精度和焊接精度要求而定。通过多层多道的焊接(此时的焊接角度调节机构可 以实现焊缝的自动摆动焊接)，最后完成马鞍形接管的焊接作业。
权利要求一种轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机，主要由吊架(1)、主轴(2)、旋转盘(3)、焊接机头(4)和涨管机构(5)组成，其特征在于由型材件(111)和磁座(112)构成吊架主体(11)，在其上设置丝杠(14)和连接板(12)相连接的光杠(13)和主轴(2)，吊架(1)和主轴(2)通过丝杠(14)进行连接，丝杠(14)经过吊架主体(11)与操纵手柄(15)相连接；旋转盘(3)由与主轴(2)固联的大齿轮(32)和与外层圆盘(34)固联，并端部置有小齿轮(33)的旋转电机(31)组成，大齿轮(32)与小齿轮(33)啮合，外层圆盘(34)与主轴(2)之间设置轴承(36)，外层圆盘(34)底部固联底盘(35)；焊接机头(4)通过外层圆盘(34)上的连接孔(411)固联在外层圆盘(34)上，焊接机头(4)的整体由焊枪径向移动调节机构(41)、焊枪高低调节机构(42)、焊枪姿态调节电机(43)、焊枪摆动机构(44)和焊枪夹持机构(45)组成，由径向移动调节轨道(412)、径向移动调节伺服电机(414)以及径向移动导向条(413)构成径向移动调节机构(41)，在径向移动调节轨道(412)的一侧设置有旋转手柄(415)，实现整个焊接机头(4)的径向粗定位，通过径向移动调节伺服电机(414)实现焊接机头(4)的径向精确定位，径向移动导向条(413)的一端设置有高低调节轨道(423)的焊枪高低调节机构(42)，并在其上部安装有高低调节伺服电机(421)，在其侧设置有高低调节导向条(422)，在高低调节导向条(422)的下部的下端设置有焊枪姿态调节电机(43)，焊枪摆动机构(44)和焊枪夹持机构(45)，而焊枪摆动机构(44)安装在焊枪姿态调节电机(43)和焊枪夹持机构(45)之间，在焊接工艺过程中焊接夹持机构(45)夹持有焊枪(46)；涨管机构(5)由高低调节机构(51)，涨管丝杠(52)，支撑杆A(53)，支撑杆B(54)，下端支撑块(55)，上端定位支撑块(56)以及连接螺母(57)构成。
2.根据权利要求1所述的轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机，其特征在于主 轴(2)的上端安装有高低调节机构(51)，在其下端连接有涨管丝杠(52)，并在主轴(2)和 涨管丝杠(52)上设置上连接体(521)和下连接体(522)，支撑杆A (53)的上端与上连接体 (521)铰接，下端与下端支撑块(55)铰接，支撑杆B (54)的上端与上端定位支撑块(56)铰 接，下端与下连接体(522)铰接，支撑杆A(53)和支撑杆B(54) 二者在杆的中部位置通过连 接螺母(57)铰接，上端定位支撑块(56)的两个内侧面(561)分别与接管(58)的顶端以 及接管(58)的内壁接触，下端支撑块(55)的内侧面(551)与接管(58)的内壁接触，通过 高低调节机构(51)的高低调节手柄(511)的旋转可实现丝杠(52)的上下移动。
专利摘要一种轻便型开孔接管及马鞍形焊缝焊接一体机，主要由吊架(1)，主轴(2)，旋转盘(3)，焊接机头(4)和涨管机构(5)组成，其中吊架(1)的支持部位设置磁座(112)，旋转盘(3)主要由与主轴(2)固联的大齿轮(32)，与外层圆盘(34)固联的旋转电机(31)组成，旋转电机(31)端部的小齿轮(33)与大齿轮(32)啮合，通过旋转盘(3)可实现焊接机头(4)绕主轴(2)的圆周运动；通过焊枪径向、高低、姿态、摆动、夹持等调节机构实现焊枪(46)的粗和精确定位，满足开孔接管和马鞍形焊缝的焊接。本实用新型增加了系统的柔性，可准确进行多维运动的矢量叠加，保证了工艺过程的质量，结构简单紧凑，造价低廉，使用维护和修理简易。
文档编号B23K37/00GK201711682SQ20102020632
公开日2011年1月19日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者曹俊芳, 梁亚军, 薛龙 申请人:北京石油化工学院