专利名称：小管径管道焊接专用机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于管道生产行业用的小管径管道内外纵缝、环缝焊接的管道焊 接设备，属于管道焊接技术领域。
背景技术：
目前，大管径的管道基本都能实现全位置自动焊接，其实现过程通过十字操作机 与滚轮架的配合使用及焊接小车人工焊接实现对大径管道的内外纵缝、环缝的焊接。但是， 由于操作机机头及焊接小车体积比较大，对于小管径管道的焊接，这两种方法就不能达到 其要求了，因此，现有的管道焊接专用机不适用于小管径管道内纵缝、内环缝的焊接。
发明内容
本发明针对现有焊接专机不适用于小管径管道内纵缝、内环缝焊接的不足，提供 一种结构简单、能够保证焊接质量、自动化程度高的小管径管道焊接专用机。本发明的小管径管道焊接专用机采用下述技术方案该小管径管道焊接专用机包括行走台车、焊接电源、横臂、移动立柱、固定立柱、焊 接机头、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置和可编程控制器；焊接电源和移动立柱均安 装在行走台车上，焊剂输送回收装置安装于横臂的后端并与焊接机头通过管路连接；移动 立柱、固定立柱上均设置有横臂升降机构上，横臂的后部与移动立柱上升降机构连接；固定 立柱位于横臂的前部，固定立柱上设有调整横臂上下位置的微调机构，横臂的前部支撑在 该微调机构上；焊接机头安装在横臂的前端；横臂的后部安装有后送丝机，焊接机头内安 装有前送丝机，前送丝机上安装有焊枪；焊缝自动跟踪装置均安装在前送丝机上；行走台 车、微调机构、焊接机头、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置中的电气部件均与可编程 控制器连接。行走台车包括车体、电机、减速机和行走轮，电机与减速机安装在车体侧面，减速 机的输入端与电机连接，输出端上安装有行走轮。行走台车在铺设于地面的轨道上运行，带 着横臂及横臂前端的焊接机头沿管壁作直线运动，实现管道纵缝的自动焊接。移动立柱上的横臂升降机构包括安装在移动立柱上端的升降机、安装在移动立柱 立面上的线性滑轨及安装在线性滑轨上的后托板，后托板与升降机的动力输出端连接。固定立柱上的微调机构包括安装在固定立柱上端的升降机、安装在固定立柱立面 上的线性滑轨和安装在线性滑轨上的前托板，前托板上安装有滚轮，前托板与升降机的动 力输出端连接，并且前托板与升降机的动力输出端之间设有弹簧，前托板上还安装有检测 前托板位移的光电开关，光电开关与可编程控制器连接。横臂的前部放置在前托板上的滚 轮上，通过滚轮承托住，滚轮对横臂起支撑作用，同时横臂可在滚轮上水平移动。焊接机头包括壳体、调整电机、偏心滑块、前送丝机、焊枪和随行机构，壳体与横臂 的前端连接在一起，壳体上安装有前置料斗，前置料斗一方面与焊剂输送回收装置连接，一 方面与焊枪连接，焊枪包括导电杆固定座、导电杆、下料嘴和导电嘴，导电杆固定座安装在前送丝机的驱动电机壳体前端，导电杆固定座中安装有导电杆，导电杆的下端连接有导电 嘴，下料嘴安装在导电杆固定座上并与导电嘴连通，壳体上安装有与焊剂输送回收装置相 连接的收料嘴，前送丝机的驱动电机壳体后端设有回转导向槽，该回转导向槽内安装有偏 心滑块，偏心滑块安装在调整电机的输出轴上，调整电机安装在壳体上，随行机构安装在壳 体的前部。焊丝由导电杆进入焊枪，焊料由下料嘴进入焊枪。偏心滑块在调整电机的带动 下可在驱动电机壳体后端的回转导向槽内上下滑动，从而带动整个前送丝机左右移动，以 与焊缝方向保持一致。随行机构由随行轮、纵环缝切换气缸、齿条和调整齿轮组成，纵环缝切换气缸安装 在焊接机头的壳体上，齿条与纵环缝切换气缸的活塞杆连接，调整齿轮与随行轮同轴安装 在焊接机头的壳体上，调整齿轮与齿条啮合。纵环缝切换气缸带动齿条移动，齿条通过移动 带动调整齿轮转动，使随行轮与焊接方向一致，对整个焊接机头起支撑作用的同时，又可使 焊接机头沿着纵向焊缝移动或与环状焊缝相对转动。焊缝自动跟踪装置是由安装在焊接机头前端的激光灯和摄像头组成，激光灯与摄 像头连接，摄像头与可编程控制器连接。激光灯所照出的十字光线运动轨迹始终与焊接方 向一致，操作人员通过摄像头视频观察十字光线与焊缝的位置变化，确定焊接是否偏离焊 缝，使之能随时对焊枪位置进行调整。焊剂输送回收装置采用现有通用的高性能焊剂输送回收一体机，既保证了焊接过 程中所需的焊剂，同时又可使之重复利用。本发明采用前后两个送丝机，确保了送丝速度准确稳定，具有较小的转动惯量，动 态性能较好，同时具有足够的驱动转矩；通过固定立柱对横臂起支撑作用，避免了横臂的悬 空状态，提高了横臂的强度，保证了焊接质量；由可编程控制器自动控制，自动化程度高。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明中焊接机头的结构示意图。图3是本发明中前送丝机的结构示意图。图中1、行走台车，2、焊接电源，3、焊丝盘支架，4、后送丝机，5、焊剂输送回收装 置，6、移动立柱，7、升降机，8、线性滑轨，9、后托板，10、减速机，11、横臂，12、固定立柱，13、 调整弹簧，14、滚轮，15、前托板，16、焊接机头，17、调整电机，18、送料管，19、收料管，20、偏 心滑块，21、送丝管，22、收料嘴，23、驱动电机，24、前送丝机，25、下料管，26、下料开关气缸， 27、壳体，观、前置料斗，29、摄像头，30、随行轮，31、调整齿轮，32、纵环缝切换气缸，33、齿条 轴，34、送丝管固定座，35、主动送丝轮，36、支架，37、导电杆，38、导电杆固定座，39、下料嘴， 40、激光灯，41、从动送丝轮，42、活动座，43、导电嘴。
具体实施例方式本发明的结构如图1所示，该小管径管道焊接专用机包括行走台车1、焊接电源2、 横臂11、移动立柱6、固定立柱12、焊接机头16、焊剂输送回收装置5、焊缝自动跟踪装置和 可编程控制器。焊接电源2和移动立柱6均安装在行走台车1上。行走台车1包括车体、 电机、减速机10和行走轮，电机与减速机10安装在车体侧面，减速机10的输入端与电机连接，输出端上安装有行走轮。减速机10采用蜗轮蜗杆减速机。行走台车1用于实现自动焊 接，在轨道上运行，带着焊接机头16内的焊枪(参见图幻沿管壁作直线运动，实现管道纵 缝的自动焊接。焊剂输送回收装置5安装于横臂11的后端，焊剂输送回收装置5采用现有通用的 高性能焊剂输送回收一体机，既保证了焊接过程中所需的焊剂，同时又可使之重复利用。移动立柱6上安装有横臂升降机构，包括安装在移动立柱6上端的升降机7、安装 在移动立柱6立面的线性滑轨8和安装在线性滑轨8上的后托板9，升降机7采用蜗轮丝 杆升降机，后托板9与蜗轮丝杆升降机的丝杠通过螺纹连接。横臂11的后部与后托板9连 接。横臂11的前部(以图1所示位置右侧为前)支撑在固定立柱12上。 横臂11的后部安装有焊丝盘支架3和后送丝机4，焊丝盘安装在焊丝盘支架3上， 焊丝通过焊丝盘和后送丝机4进入送丝管21，再进入前送丝机对，对管道工件焊接。后送 丝机4采用现有通用的高性能送丝机。固定立柱12上设置有用于调整横臂11上下位置的微调机构，该微调机构包括安 装在固定立柱11上端的升降机、安装在固定立柱11立面上的线性滑轨和安装在线性滑轨 上的前托板15，前托板15的底部安装有滚轮14。该升降机也采用蜗轮丝杆升降机，前托 板15上安装的螺母与蜗轮丝杆升降机的丝杠螺纹连接，前托板15与蜗轮丝杆升降机的丝 杠之间设有调整弹簧13。前托板15上还安装有光电开关，光电开关与可编程控制器连接， 将前托板15的位移反馈给可编程控制器。横臂11的前部通过前托板15上的滚轮14承托 住，滚轮14对横臂11起支撑作用，同时横臂11可在滚轮14上水平移动。焊接机头16安装在横臂11的前端，其结构如图2所示。包括壳体27、调整电机 17、偏心滑块20、送丝管21、前送丝机对、下料开关气缸沈和随行机构。壳体27与横臂11 的前端通过螺栓连接在一起，壳体27上安装有前置料斗观，前置料斗观通过送料管18与 焊剂输送回收装置5连接，用于输送焊剂。前置料斗观通过下料管25与下料嘴39连接 (参见图3)，下料管25上设有下料开关，下料开关与下料开关气缸沈连接，由下料开关气 缸沈控制下料。壳体27上安装有收料嘴22，收料嘴22通过收料管19与焊剂输送回收装 置5相连接，用于回收焊剂。送丝管21通过送丝管固定座34(参见图幻安装在前送丝机 24上。前送丝机M的结构如图3所示，是在现有通用送丝机的基础上改进的。现有通用 送丝机包括驱动电机23和送丝机构，送丝机构包括主动送丝轮35和从动送丝轮41，主动 送丝轮35安装在驱动电机23的输出轴上，从动送丝轮41通过活动座42浮动地安装在驱 动电机23的前端。本发明在驱动电机23的前端安装有焊枪，焊枪包括导电杆固定座38、 导电杆37、下料嘴39和导电嘴43，导电杆固定座38安装在驱动电机23的壳体前端，导电 杆固定座38中安装有导电杆37，导电杆37的下端连接有导电嘴43，下料嘴39安装在导电 杆固定座38上并与导电嘴43连通。焊丝由导电杆37进入导电嘴43，焊料由下料嘴39进 入导电嘴43。同时，本发明在驱动电机23的壳体后端设有回转导向槽，该回转导向槽内安 装有偏心滑块20，偏心滑块20安装在调整电机17的输出轴上，调整电机17安装在壳体27 的后板上。偏心滑块20在调整电机17的带动下可在驱动电机23壳体后端的回转导向槽 内上下滑动，从而带动整个前送丝机M左右移动，以与焊缝保持一致。随行机构安装在壳体前端，用于纵环缝焊接时焊接机头16运动的切换，如图2所示，随行机构由随行轮30、纵环缝切换气缸32、齿条轴33和调整齿轮31组成，纵环缝切换 气缸32安装在壳体27上，齿条轴33通过一个连接块与纵环缝切换气缸32的活塞杆连接， 调整齿轮31与随行轮30同轴安装，调整齿轮31与齿条轴33啮合。纵环缝切换气缸32带 动齿条轴33移动，齿条轴通过移动带动调整齿轮31转动，使随行轮30与焊缝方向一致，对 整个焊接机头16起支撑作用的同时，又可使焊接机头16沿着纵向焊缝移动或与环状焊缝 相对转动。焊缝自动跟踪装置由激光灯40和摄像头四组成，摄像头四安装在下料嘴39下 方，摄像头四与可编程控制器连接，如图3所示，激光灯40安装在支架36上，支架36安装 在导电杆固定座38上。激光灯40所照出的十字光线运动轨迹应始终与焊接方向一致，操 作人员通过视频观察十字光线与焊缝的位置变化，确定焊接是否偏离焊缝，使之能随时对 焊枪位置进行调整。如果偏离焊缝，可通过调整电机17使前送丝机M向焊缝位置移动过 来，从而保证焊接质量。本发明具有焊枪相对焊缝左右摆动调整、上下位置调节的功能。通过焊缝自动跟 踪装置中的摄像头四视频监控激光灯40射出的十字信号与焊缝的相对位置，反馈给可编 程控制器，通过可编程控制器计算出偏移量，调整电机17使前送丝机M向焊缝位置移动， 做出准确的左右摆动调整。安装在焊接机头16中的随行机构确保了焊枪与管道工件上下 的相对位置。而安装在固定立柱12上的微调机构则可以通过调整横臂11的上下移动来调 整焊枪在管道工件内壁的上下相对位置。行走台车1、微调机构、焊接机头16、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置等各 个部分均与可编程控制器连接，由可编程控制器自动控制，程序启动后，各个部分按照程序 的逻辑顺序协调动作。在需要时也可由人工干预焊接过程，而此时程序可根据干预量自动 调整焊接参数并执行。本发明的工作过程如下管道纵缝的焊接将要焊接的管道放置于焊接滚轮架或支撑平台上，通过移动立 柱6和固定立柱12上的升降机7调整横臂11的高度，使焊枪移动到焊缝处，通过纵环缝切 换气缸32推动齿条轴33带动调整齿轮31转动，使随行轮30与纵缝的焊接方向一致。由 电机和减速机10驱动行走台车1前进，进行管道纵缝的焊接。由于焊接的进行，横臂11前 端的焊接机头16会有下垂，由随行轮30支撑起焊接机头16。此时安装于固定立柱12上的 前托板15受力减小，前托板15在调整弹簧13的作用下上移，安装在前托板15上的光电开 关就会给可编程控制器发出信号，经处理后，反馈给固定立柱12上端的升降机，使升降机 启动，带动前托板15上升，保持焊接机头16不会与管道内壁相摩擦；反之亦然。在焊接过 程中，会有焊接方向偏离焊缝的情况，此时，安装在焊接机头16内的激光灯40所照出的十 字线就会偏离焊缝，使操作者能准确的做出判断，并通过调整电机17使前送丝机M向焊缝 位置移动过来，从而保证焊接质量。管道环缝的焊接管道环缝焊接时需要借助焊接滚轮架，焊接滚轮架用于使管道 工件转动，焊接滚轮架是管道焊接通用的辅助装置。将要焊接的管道放置于焊接滚轮架或 支撑平台上，移动立柱6和固定立柱12上的升降机7调整横臂11的高度，使焊接机头16 内的焊枪移动到焊缝处，通过纵环缝调整气缸32推动齿条轴33带动调整齿轮31转动，使 随行轮30与环缝焊接方向一致。通过焊接滚轮架的转动带动管道工件转动，完成管道环缝的焊接。
权利要求
1.一种小管径管道焊接专用机，包括行走台车、焊接电源、横臂、移动立柱、固定立柱、 焊接机头、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置和可编程控制器；其特征是焊接电源和 移动立柱均安装在行走台车上，焊剂输送回收装置安装于横臂的后端；移动立柱上设置有 横臂升降机构上，横臂的后部与该横臂升降机构连接；固定立柱位于横臂的前部，固定立柱 上设有调整横臂上下位置的微调机构，横臂的前部支撑在该微调机构上；焊接机头安装在 横臂的前端；横臂的后部安装有后送丝机，焊接机头内安装有前送丝机，焊枪安装在前送丝 机上；行走台车、微调机构、焊接机头、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置均与可编程控 制器连接。
2.根据权利要求1所述的小管径管道焊接专用机，其特征是所述移动立柱上的横臂 升降机构包括安装在移动立柱上端的升降机、安装在移动立柱立面上的线性滑轨及安装在 线性滑轨上的后托板，后托板与升降机的动力输出端连接。
3.根据权利要求1所述的小管径管道焊接专用机，其特征是所述固定立柱上的微调 机构包括安装在固定立柱上端的升降机、安装在固定立柱立面上的线性滑轨和安装在线性 滑轨上的前托板，前托板上安装有滚轮，前托板与升降机的动力输出端连接，并且前托板与 升降机的动力输出端之间设有弹簧，前托板上还安装有检测前托板位移的光电开关，光电 开关与可编程控制器连接。
4.根据权利要求1所述的小管径管道焊接专用机，其特征是所述焊接机头包括壳体、 调整电机、偏心滑块、前送丝机、焊枪和随行机构，壳体与横臂的前端连接在一起，壳体上安 装有前置料斗，前置料斗一方面与焊剂输送回收装置连接，一方面与焊枪连接，焊枪包括导 电杆固定座、导电杆、下料嘴和导电嘴，导电杆固定座安装在前送丝机的驱动电机壳体前 端，导电杆固定座中安装有导电杆，导电杆的下端连接有导电嘴，下料嘴安装在导电杆固定 座上并与导电嘴连通，壳体上安装有与焊剂输送回收装置相连接的收料嘴，前送丝机的驱 动电机壳体后端设有回转导向槽，该回转导向槽内安装有偏心滑块，偏心滑块安装在调整 电机的输出轴上，调整电机安装在壳体上，随行机构安装在壳体的前部。
5.根据权利要求4所述的小管径管道焊接专用机，其特征是所述随行机构由随行轮、 纵环缝切换气缸、齿条和调整齿轮组成，纵环缝切换气缸安装在焊接机头的壳体上，齿条与 纵环缝切换气缸的活塞杆连接，调整齿轮与随行轮同轴安装在焊接机头的壳体上，调整齿 轮与齿条啮合。
6.根据权利要求1所述的小管径管道焊接专用机，其特征是所述焊缝自动跟踪装置 是由安装在焊接机头前端的激光灯和摄像头组成，激光灯与摄像头连接，摄像头与可编程 控制器连接。
全文摘要
本发明公开了一种小管径管道焊接专用机，包括行走台车、焊接电源、横臂、移动立柱、固定立柱、焊接机头、焊剂输送回收装置、焊缝自动跟踪装置和可编程控制器；焊接电源和移动立柱均安装在行走台车上，焊剂输送回收装置安装于横臂的后端；移动立柱上设置有横臂升降机构上，横臂的后部与该横臂升降机构连接；固定立柱位于横臂的前部，固定立柱上设有调整横臂上下位置的微调机构，横臂的前部支撑在该微调机构上；焊接机头安装在横臂的前端；横臂的后部安装有后送丝机，焊接机头内安装有前送丝机，焊枪安装在前送丝机上。本发明确保了送丝速度准确稳定，避免了横臂的悬空状态，提高了横臂的强度，保证了焊接质量，自动化程度高。
文档编号B23K9/12GK102078997SQ20111002775
公开日2011年6月1日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者卜令龙, 官秀成, 张继斌, 赵光院 申请人:济南华奥电焊机有限公司