一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，所述装置包括：支撑底盘、滚珠丝杠、成组滚动轴承、外部定位块、内部定位块、转动手柄、刻度尺、焊接变位机、自动焊焊头；所述封头包括：多块瓜瓣封头、球缺，其特征在于：包括如下步骤：封头固定、外部焊缝施焊、内部焊缝施焊、退火热处理。本发明提供的一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，应用于各种大型封头尺寸的自动焊接加工，降低工人劳动强度，缩短产品制造周期，节约生产成本。
【专利说明】一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，属于封头制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在大型压力容器的制造中，封头制造受材料、压制设备和模具的限制，难以整体压制成形，铸造又极易形成缩孔裂纹等缺陷。现多采用的办法是将多瓣瓜瓣或由一个较大的球缺和多片弧形瓣组合焊接。瓜瓣和球缺与弧形瓣先经过冷作冲压成形，然后预制坡口，最后在装焊胎体上组焊。由于封头形状多为半球形椭球弧形结构，埋弧焊自动焊接难以实现。此外，多数压力容器制造厂封头的焊接制造为手工焊接，不仅存在安全隐患，而且影响封头表面加工质量，增加工人的劳动强度。因此实现自动焊接是一种有效降低工人劳动强度，提高封头制造效率的方法。文献《制造业自动化》期刊2002年9月第9期第24卷58?61页中提到了一种大型封头自动堆焊的基本原理，但仅给出了结构简图，并未公开具体的自动焊装置，也没说明具体的施焊方法。该文所述的自动焊接原理是瓜瓣封头预先经过点固焊接放置到变位机上，进行堆焊焊接，因而不能防止焊接热应力引起的焊接变形问题。该装置由于只考虑自动焊接的优点却忽略了焊后变形问题，因而不能够有效地确保封头焊后尺寸。此外，该装置适用于瓜瓣封头内部焊缝焊接，外部焊缝的焊接将封头二次安装在变位机上，增加了工作强度。由于变位机回转行程受限，从经济效益上考虑该装置自动焊接较为繁琐，且忽略了封头制造后尺寸精度。目前部分企业制造封头时根据制造经验先将瓜瓣或瓜瓣球缺进行拼装，在拼装好固定的封头进行点固后，进行内外部焊缝的手工焊接，工人劳动强度大，工作环境差，工作效率低。
[0003] 申请人:提交了一份中国专利申请，申请名称为《一种压力容器大型曲面封头通用的拼焊工装防变形装置及方法》，其中提出了一种拼焊工装防变形的方法，但是其并不适合自动焊的要求。
【发明内容】
[0004]目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，所述装置包括:支撑底盘、滚珠丝杠、成组滚动轴承、外部定位块、内部定位块、转动手柄、刻度尺、焊接变位机、自动焊焊头；所述封头包括:多块瓜瓣封头、球缺，包括如下步骤:
步骤一:将球缺、等分瓜瓣封头置于装置上，通过滚珠丝杆调节外部定位块和内部定位块径向定位，使瓜瓣封头组合定位夹紧固定牢靠；
步骤二:固定完成后，按图纸尺寸要求对焊缝进行点固，再将装置和点固拼接的球缺、瓜瓣封头固定于焊接变位机工作台上； 步骤三:外部焊缝施焊时，调整焊接变位机带动封头旋转至封头中心轴线平行与水平面位置，移动自动焊焊头至垂直于外焊缝表面边缘，然后开始进行自动焊接，焊接过程中缓慢调节焊接变位机绕X轴转动以保证自动焊焊头始终垂直于焊缝表面，由于为半球形封头，焊缝轨迹一致，自动焊焊头位置不变，焊丝始终在焊缝坡口内，进而依次完成纵缝的自动焊接；一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴对称施焊；顶部球缺外部环焊缝施焊时，先将瓜瓣封头中心轴线调至与水平面垂直位置，然后缓慢调节焊接变位机旋转，并将自动焊焊头上下前后微动调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置。进行自动焊接时，缓慢调节焊接变位机带动封头绕焊接变位机工作台面Z轴旋转完成焊接；
步骤四:内部焊缝施焊时，先将封头中心线与水平面平行位置，再将自动焊焊头通过焊接变位机与支撑底盘上的空心圆孔伸入封头内部，缓慢调节使自动焊焊头垂直于焊缝边缘表面，再进行自动焊接，缓慢调节焊接变位机绕其工作台面X轴转动以保证焊头始终垂直于焊缝表面；一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴对称施焊；顶部球缺内部环焊缝施焊时，先调节瓜瓣封头中心轴线与水平面平行位置，然后将自动焊焊头插入焊接变位机内部，将自动焊焊头调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置进行焊接，缓慢调焊接节变位机带动封头绕焊接变位机工作台面Z轴旋转完成焊接;
步骤五:焊接完成后，将封头取出装置，进行650°c退火热处理，以消除约束引起的内部应力。
[0006]作为优选方案，通过数控控制装置调节焊接变位机旋转和扭转，使得自动焊焊头垂直于焊缝表面，并设定好的焊接速度，控制焊接变位机带动封头焊缝移动。
[0007]作为优选方案，焊接过程中检查外部定位块、内部定位块、刻度尺是否存在变动，如有变动及时调整。
[0008]作为优选方案，所述外部定位块、内部定位块设置为弧形结构，用于与瓜瓣封头内外表面相贴合。
[0009]有益效果:本发明提供的一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，操作方便，工装简单可靠。可应用于各种大型封头尺寸的自动焊接加工，降低工人劳动强度，缩短产品制造周期，节约生产成本。可以方便地对大型封头的成组瓜瓣进行组装定位夹紧，确保焊接工装夹紧力，并能够实现封头复杂焊缝的自动焊接。焊接变位机可以带动工装装置和封头在空间内旋转和扭转360°，能实现复杂弧线焊缝的自动焊接。焊接变位机与支撑底盘上设置的空心圆孔，可方便地为自动焊焊头预留出足够的空间进行自动焊接。采用数控控制装置根据封头的尺寸进行预先的编程，能精确的保证自动焊焊头始终垂直于焊缝位置连续实现自动焊接。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的装置结构示意图；
图2为发明外部纵缝施焊示意图；
图3为发明外部环焊缝施焊示意图；
图4为发明内部焊缝施焊示意图。【具体实施方式】
[0011]如图1所示，一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置，所述装置包括:支撑底盘1、滚珠丝杠2、成组滚动轴承3、外部定位块4、内部定位块5、转动手柄6、刻度尺7、焊接变位机8、自动焊焊头9 ;所述封头10包括:多块瓜瓣封头、球缺。
[0012]第一实施例:半球形封头的自动焊方法，使用时，将本装置置于工作厂房内，用于40万吨/年催化油浆超临界萃取装置脱烷烃塔塔上封头的制造。该上封头厚度尺寸为δ =85min，半径R=2100mm的半球形封头,所用材料为Q345R,该材料焊接易出现热影响区淬硬倾向，极易形成淬火组织一马氏体，使近缝区硬度提高，塑性下降，容易导致焊后发生裂纹，因而确保合理的工装和焊接工艺是焊接制造的关键。该封头制造时先将八块瓜瓣封头逐一放置于该装置上，然后将球缺放置到所有瓜瓣顶部拼装进行夹紧工作。夹紧完成后先进行焊接点固，然后将该工装装置放置到焊接变位机上固定。焊接方法:如图2所示，步骤一:外部焊缝施焊，首先调整变位机带动封头旋转至封头中心轴线平行与水平面位置，移动自动焊焊头至垂直于外焊缝表面边缘，然后开始进行自动焊接，焊接过程中缓慢调节变位机绕X轴转动以保证焊头始终垂直于焊缝表面，由于为半球形封头，焊缝轨迹一致，焊头位置不变，焊丝始终在焊缝坡口内进而依次完成纵缝的自动焊接。一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴对称施焊。顶部球缺外部环焊缝施焊时，先将瓜瓣封头中心轴线调至与水平面垂直位置(如图3所示，其中X、Y轴是分别平行变位机工作台面确定的平面，Z轴垂直于变位机工作台面)，后缓慢调节变位器旋转，并将自动焊焊头上下前后微动调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置，进行焊接缓慢调节变位机带动封头绕变位机工作台面Z轴旋转完成焊接。所图4所示，步骤二:内部焊缝施焊时，先将封头中心线与水平面平行位置，再将自动焊焊头伸入瓜瓣封头内部，缓慢调节使焊头垂直于焊缝边缘表面，再进行自动焊接，缓慢调节焊接变位机绕其工作台面X轴转动以保证焊头始终垂直于焊缝表面。一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴两两对称施焊。顶部球缺内部环焊缝施焊时，先将瓜瓣封头中心轴线调制与水平面平行位置，然后将自动焊焊头插入变位机内部，将自动焊焊头调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置，进行焊接缓慢调节变位机带动封头绕变位机工作台面Z轴旋转完成焊接。焊接过程中检查定位块与刻度尺是否存在变动，如有变动及时调整。焊接完成后自然冷却到常温，然后对焊接完成的封头进行620°C ±20°C保温2.4小时后以降温速度55-78°C /h的去应力退火处理。最后得到的大型封头不圆度< 3mm,焊缝棱角变形< Imm,获得了非常满意的效果。
[0013]第二实施例:半椭球形封头的自动焊方法，半椭球形封头是40万吨/年催化油浆超临界萃取装置脱芳烃塔的重要部件。该脱芳烃塔上封头为椭球形封头，制造时相比半球形封头焊接曲线更复杂。使用时，将本装置置于工作厂房脱芳烃塔上封头的制造。该上封头厚度尺寸为3=50 (48)mm，长轴半径R=2500mm,短轴半径r=1500mm半椭球形封头,其底部半截面为半径r=2000mm圆形。所用材料为Q345R，该封头制造时先是将6块瓜瓣封头逐一放置于该装置上，然后将椭圆球缺放置到所有瓜瓣顶部拼装，按照图纸要求尺寸装夹定位，夹紧完成后进行焊接点固。再将工装装置放置于焊接变位机上，由于该封头为椭球形，其弧形焊缝相对于半球形复杂，需要使得自动焊焊头垂直于焊缝表面，然后进行自动焊接。具体焊接方法:步骤一:外部焊缝施焊时，由于半椭球形底部截面为圆形，首先调整变位机带动封头旋转至封头中心轴线平行与水平面位置，移动自动焊焊头至垂直于外焊缝表面边缘，然后进行自动焊接。焊接过程中缓慢调节变位机绕X轴转动以及自动焊焊头的上下缓慢移动，以保证焊头始终垂直于焊缝表面并使得焊丝在焊缝坡口内部完成自动焊接。一道焊缝完成后，再将封头以封头轴线为对称轴对称施焊。顶部球缺外部环焊缝施焊时，先将瓜瓣封头中心轴线调至与水平面垂直位置，然后缓慢调节变位器旋转，并将自动焊焊头上下前后微动调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置。进行自动焊接时，缓慢调节变位机带动封头绕变位机工作台面Z轴旋转来完成自动焊接。步骤二:内部纵焊缝施焊时，先将封头中心线与水平面平行位置，再将自动焊焊头伸入瓜瓣封头内部。缓慢调节使焊头垂直于焊缝边缘表面，再进行自动焊接，缓慢调节焊接变位机绕其工作台面X轴转动以及自动焊焊头的上下移动，以保证焊头始终垂直于焊缝表面。一道焊缝完成后，再将封头以封头轴线为对称轴两两对称施焊。顶部球缺内部环焊缝施焊时。环焊缝焊接时先将瓜瓣封头中心轴线调制与水平面平行位置，然后将自动焊焊头插入封头内部，将自动焊焊头调整至与内部瓜瓣环焊缝垂直位置，进行自动焊接，缓慢调节变位机带动封头绕Z轴旋转和自动焊焊头的上下移动，保证焊丝始终在焊缝内并垂直与焊缝表面完成自动焊接。焊接过程中检查定位块与刻度尺是否存在变动，如有变动及时调整。焊接完成后自然冷却到常温，然后对焊接完成的封头进行620°C ±20°C保温2.4小时后以降温速度55-751:/11的去应力退火处理。最后得到椭球形封头底部圆截面不圆度< 6mm,焊缝棱角变形< 2mm,获得了非常满意的效果。
[0014]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，所述装置包括:支撑底盘、滚珠丝杠、成组滚动轴承、外部定位块、内部定位块、转动手柄、刻度尺、焊接变位机、自动焊焊头；所述封头包括:多块瓜瓣封头、球缺，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一:将球缺、等分瓜瓣封头置于装置上，通过滚珠丝杆调节外部定位块和内部定位块径向定位，使瓜瓣封头组合定位夹紧固定牢靠； 步骤二:固定完成后，按图纸尺寸要求对焊缝进行点固，再将装置和点固拼接的球缺、瓜瓣封头固定于焊接变位机工作台上； 步骤三:外部焊缝施焊时，调整焊接变位机带动封头旋转至封头中心轴线平行与水平面位置，移动自动焊焊头至垂直于外焊缝表面边缘，然后开始进行自动焊接，焊接过程中缓慢调节焊接变位机绕X轴转动以保证自动焊焊头始终垂直于焊缝表面，由于为半球形封头，焊缝轨迹一致，自动焊焊头位置不变，焊丝始终在焊缝坡口内，进而依次完成纵缝的自动焊接；一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴对称施焊；顶部球缺外部环焊缝施焊时，先将瓜瓣封头中心轴线调至与水平面垂直位置，然后缓慢调节焊接变位机旋转，并将自动焊焊头上下前后微动调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置。
2.进行自动焊接时，缓慢调节焊接变位机带动封头绕焊接变位机工作台面Z轴旋转完成焊接； 步骤四:内部焊缝施焊时，先将封头中心线与水平面平行位置，再将自动焊焊头通过焊接变位机与支撑底盘上的空心圆孔伸入封头内部，缓慢调节使自动焊焊头垂直于焊缝边缘表面，再进行自动焊 接，缓慢调节焊接变位机绕其工作台面X轴转动以保证焊头始终垂直于焊缝表面；一道焊缝完成后，再将封头球缺内部焊缝至底部圆周的弧形焊缝以封头轴线为对称轴对称施焊；顶部球缺内部环焊缝施焊时，先调节瓜瓣封头中心轴线与水平面平行位置，然后将自动焊焊头插入焊接变位机内部，将自动焊焊头调整至与外部瓜瓣环焊缝垂直位置进行焊接，缓慢调焊接节变位机带动封头绕焊接变位机工作台面Z轴旋转完成焊接; 步骤五:焊接完成后，将封头取出装置，进行650°c退火热处理，以消除约束引起的内部应力。
3.根据权利要求1所述的一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，其特征在于:通过数控控制装置调节焊接变位机旋转和扭转，使得自动焊焊头垂直于焊缝表面，并设定好的焊接速度，控制焊接变位机带动封头焊缝移动。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，其特征在于:焊接过程中检查外部定位块、内部定位块、刻度尺是否存在变动，如有变动及时调整。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于大型曲面封头拼焊自动焊装置的封头自动焊方法，其特征在于:所述外部定位块、内部定位块设置为弧形结构，用于与瓜瓣封头内外表面相贴合。
【文档编号】B23K37/04GK104014945SQ201410286927
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】李晓泉, 闫业良, 邹华 申请人:南京工程学院