用于多条传动带的纵向焊接的焊接设备和焊接方法与流程

1.本发明涉及一种用于多条传动带的纵向焊接的焊接设备，以及借助于这种焊接设备对多条传动带进行焊接的焊接方法。


背景技术：

2.在传动带的制造工艺中，通常是由2条及以上钢带，沿着长度方向进行纵向焊接，然后对焊缝和基材进行整体打磨，来达到所需要使用的宽度。
3.现有的纵向焊接设备和工艺，焊接出来的焊缝变形大，焊道宽，热影响区大，带中存在残余应力，造成带在实际使用时，纵向拼接焊缝处和基材处所传递的热量和传递的压力有差异，导致加工成品质量不佳。
4.此外，现有的纵向焊接设备在焊接过程中辊筒可能发生窜动，导致传动带在焊接过程中运行不稳定，影响成品传动带的质量。


技术实现要素：

5.针对上文提到的问题和需求，本发明提出了一种新型的用于多条传动带的纵向焊接的焊接设备，以及借助于这种焊接设备对多条传动带进行焊接的焊接方法，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。
6.一方面，本发明公开了一种焊接设备，用于多条传动带的纵向焊接，所述焊接设备包括：焊接装置；驱动辊筒，其围绕第一旋转轴线旋转，并且配置为在焊接过程中驱动所述多条传动带沿纵向方向运动；以及张紧辊筒，所述张紧辊筒可移动并且围绕第二旋转轴线旋转，所述张紧辊筒配置为在焊接过程中张紧所述多条传动带。其中，所述焊接装置设置在所述多条传动带的至少两条传动带的纵向边缘处，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的至少一部分的尺寸能够调整，以使得所述至少两条传动带在焊接过程中保持沿纵向方向的运动。
7.当传动带自身应力完全一致，张紧辊筒的同心度、直径等加工零偏差，辊筒支架安装零偏差，传动带在环形张紧运行时，可以呈现理想运行状态。理想运行状态例如可以通过以下参数来定义l1＝l2，l3＝l4，其中l1等于传动带距离驱动辊筒边缘的距离，l2等于传动带距离张紧辊筒边缘的距离，l3等于驱动辊筒的第一端与张紧辊筒的第一端之间的距离，l4等于驱动辊筒的第二端与张紧辊筒的第二端之间的距离。
8.然而，传动带自身应力几乎不可能完全一致，并且辊筒加工也不可能零偏差，支架安装也有误差，因此传动带运行实际情况往往是与理想运行状态存在差异，要么l1》l2，要么l1《l2，此时传动带会出现分离或叠罗(互相叠置)，影响焊接对准，导致焊接成品质量差，甚至会导致加工无法进行。例如，一旦传动带发生叠罗，焊接工作无法进行，一旦传动带发生分离，传动带甚至无法在辊筒顺利运行，更无从谈起随后的焊接工作。
9.因此根据以上特征，辊筒具备局部调节能力，例如辊筒直径或截面尺寸变化，从而改变传动带运行状态，无限趋近于理想运行状态，从而保证至少两条钢带同时稳定运行，两
条钢带边缘拼接时严丝合缝，不会出现分离或叠罗。
10.在一些示例中，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的至少一部分的尺寸能够调整，以使得在焊接过程中所述第二旋转轴线平行与所述第一旋转轴线。
11.根据以上特征，理想运行状态的另一评价标准是第一旋转轴线平行于第二旋转轴线，当第一旋转轴线平行于第二旋转轴线时，基本可以保证传动带保持沿纵向方向运行。
12.在一些示例中，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的至少一部分设置有调节层，使得所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的截面的至少一部分高于其他部分。
13.在一些示例中，所述调节层包括粘性胶带层。
14.根据以上特征，驱动辊筒和/或张紧辊筒的局部截面尺寸(或者换而言之，直径)可以通过调节层进行调整，特别是调整其截面的高度，例如通过粘性胶带。因此，可以在加工过程中根据传动带的实际运行情况调整驱动辊筒和/或张紧辊筒的局部截面尺寸，从而使得传动带以理想状态运行。
15.在一些示例中，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的形状构造成截面的至少一部分高于其他部分。
16.根据以上特征，驱动辊筒和/或张紧辊筒还可以通过改变其形状以调整局部截面尺寸。
17.在一些示例中，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的中间部分高于两端部分，使得所述至少两条传动带的纵向边缘向中间部分相向驱动。
18.在一些示例中，所述驱动辊筒和/或所述张紧辊筒的中间部分和两端部分高于位于中间部分和两端部分之间的过渡部分，使得所述至少两条传动带的纵向边缘向中间部分相向驱动。
19.根据以上特征，示出了调整局部尺寸的示例性实施方式，例如使得驱动辊筒和/或张紧辊筒的中间部分更高，这样驱动两条传动带的驱动力将沿一相向的夹角，从而能够使两条钢带同时向里运行，确保两条纵向拼接钢带几乎无缝隙，这样的工况，可以实现不填焊丝的自熔焊接。
20.在一些示例中，所述焊接装置包括：第一焊接装置，设置在所述多条传动带中的至少两条传动带的第一侧；第二焊接装置，设置在所述多条传动带中的至少两条传动带的与所述第一侧相反的第二侧，其中，所述第一焊接装置和所述第二焊接装置配置为在焊接过程中焊接所述至少两条传动带的纵向边缘的双面。
21.在一些示例中，所述第一焊接装置沿所述纵向方向设置在所述第二焊接装置的下游。
22.在一些示例中，在所述纵向方向上，所述第一焊接装置与所述第二焊接装置距离在5至15mm的范围内。
23.根据以上特征，将第一焊接装置和第二焊接装置交替设置，一方面可以防止同时焊接时焊穿传送带表面，另一方面可以先通过一焊接装置预热传动带并且焊接一侧的表面，然后再用另一焊接装置对预热后的传动带进行进一步焊接，相比于直接焊接“冷”的传动带，这种方式可以降低焊接电流。
24.优选地，第一焊接装置设置在传动带的上侧，第二焊接装置设置在传动带的下侧，且第一焊接装置设置在焊接区域的下游。这样可以既保证预热效果，同时防止热熔的焊材
由于重力作用从下侧流出。
25.在一些示例中，所述第一焊接装置和/或所述第二焊接装置包括焊接电源和焊枪，所述第一焊接装置和/或所述第二焊接装置的焊枪距所述至少两条传动带的纵向边缘的距离在0.5至2mm的范围内。优选地，焊枪选自加热面、加热丝、加热辊、激光、电弧焊接设备和气体保护焊接设备(例如用于金属保护气体焊、钨极惰性气体焊(wig)或等离子焊的设备)的集合。
26.在一些示例中，所述焊接电源的焊接电流设置为在18a/mm至25a/mm的范围内。
27.根据以上特征，受益于上、下两个面放置的焊接装置(例如直柄焊枪)近距离同时焊接，熔池温度高，电弧穿透力高。对于3mm厚度的不锈钢带沿纵向方向拼缝焊接，单面焊接透需要140a左右的电流，双面同时焊接电流70a左右，电流显著的降低。同时，双面焊接的焊缝成型宽度仅有3-4mm左右，是单面焊接焊道宽度的一半。
28.在一些示例中，所述张紧辊筒与所述驱动辊筒共同引导所述多条传动带沿纵向方向的周期运动。
29.在一些示例中，所述张紧辊筒配置为在焊接过程中向所述多条传动带施加30mpa至60mpa范围的拉应力。
30.纵向拼缝的焊接，受到焊缝收缩效应的影响，焊后薄板工件在长度方向存在一定程度的翘曲。但是，根据以上特征，焊缝的成型是在拉应力作用下形成的，拉应力与焊缝收缩应力方向相反，抵消了焊缝收缩应力造成的翘曲，因此，采用本发明的焊接设备和工艺焊接的薄板工件，在长度方向没有翘曲现象，达到了平整目的。
31.在一些示例中，所述多条传动带为环形金属传动带。
32.可选地，传动带为不锈钢传动带。替代地，传动带也可以是其他金属材质，或者是塑料制成的传动带。
33.另一方面，本发明公开了借助于根据如前所述的焊接设备对多条传动带进行焊接的焊接方法，用于多条传动带的纵向焊接，所述焊接方法包括：驱动所述多条传动带沿纵向方向运动；沿着所述多条传动带中的至少两条传动带的纵向边缘将所述至少两条传动带纵向焊接，其中在焊接过程中焊接所述至少两条传动带的纵向边缘的双面。
34.在一些示例中，所述焊接方法还包括调整驱动辊筒和/或张紧辊筒的至少一部分的尺寸，以使得所述至少两条传动带在焊接过程中保持沿纵向方向的运动。
35.在一些示例中，调整驱动辊筒和/或张紧辊筒的至少一部分的尺寸包括调整驱动辊筒和/或张紧辊筒的截面的至少一部分高于其他部分。
36.在一些示例中，所述焊接方法还包括通过张紧辊筒在焊接过程中张紧所述多条传动带。
37.在一些示例中，所述张紧辊筒在焊接过程中向所述多条传动带施加30mpa至60mpa范围的拉应力。
38.在一些示例中，所述焊接方法还包括将所述多条传动带首尾焊接成环形。
39.本公开的有益效果在于：传动带纵向拼缝采用本发明的焊接装置和焊接方法，采用可调节的辊筒，有效防止传动带应力差异、辊筒安装误差等因素造成的辊筒窜动，保证至少两条钢带同时稳定运行，两条钢带边缘拼接时严丝合缝，不会出现分离或叠罗，所需的电流小。采用双面焊接和张紧装置，焊缝变形小，平整度高，焊道窄，美观，焊缝易打磨，砂光去
除量小，解决了传统传动带焊接领域中焊缝和基材处传热不均匀的问题。
附图说明
40.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
41.图1示出了根据本公开至少一实施例的焊接设备的侧视图；
42.图2示出了根据本公开至少一实施例的焊接设备的俯视图，其示出了理想状态下多条传动带沿长度方向纵向拼接；
43.图3示出了根据本公开至少一实施例的焊接设备的俯视图，其示出了非理想状态下多条传动带沿长度方向纵向拼接；
44.图4示出了根据本公开至少一实施例的辊筒的截面图；
45.图5示出了根据本公开另一实施例的辊筒的截面图；
46.图6示出了传动带在焊接设备上运动的受力图；
47.图7示出了现有技术单面焊接后焊缝变形量检测示意图；
48.图8示出了采用本公开的焊接方法焊接后焊缝变形量检测示意图；
49.图9a和图9b分别为无张紧状态下单面焊接和有张紧状态下双面焊接传动带沿纵向方向翘曲的示意图；
50.图10为现有技术单面焊接焊缝断面示意图；
51.图11为采用本公开的焊接方法焊接焊缝断面示意图。
具体实施方式
52.为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
53.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
54.需要说明的是，为简洁描述，省略了本领域已知或常用的元件，例如驱动驱动辊筒的马达(例如电动马达或内燃机)。
55.人造板不锈钢传动带是用于国内外中高密度纤维板、刨花板压机，压机的热量和压力通过不锈钢传动带传至板坯，起到一种模具的作用，是压机的核心部件。不锈钢传动带
工作的时候是以环形的状态作循环运动，环形状态的不锈钢传动带一侧是驱动辊，另一侧是张紧辊，工作状态中的不锈钢传动带始终保持着一定程度的拉应力，再加上工作环境250℃，这就要求不锈钢传动带要承受高温、高压、高应力、高疲劳等物理性能。宽度≥1560mm的钢带，通常是由2条及以上钢带，沿着长度方向进行纵向焊接，然后对焊缝和基材进行整体打磨，来达到所需要使用的宽度。现有的纵向焊接设备和工艺，焊接出来的焊缝变形大，焊道宽，热影响区大，造成钢带在连续压机上使用时，纵向拼接焊缝处和基材处所传递的热量和传递的压力有差异，导致生产过程中接触纵向焊缝处的中高密度纤维板、刨花板热压时间不够，胶水固化不彻底，直观表现为纵向焊缝部位厚度偏厚，密度偏低，颜色发白，砂光去除量大，造成材料和能源的浪费。
56.示例性地，本公开以人造板压机用不锈钢传动带为例描述本公开的实施例。
57.本发明公开了一种不锈钢传动钢带纵向双面焊接工艺，解决了现有技术不锈钢传动钢带纵向焊缝焊接变形量大，影响下游生产设备使用，导致人造板降级等物理性能满足不了要求的问题。
58.本发明还进一步公开了借助于这种焊接设备对多条传动带进行焊接的焊接方法。
59.将参照附图详细描述根据本公开的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。
60.与附图所展示的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，在不脱离本公开的理念的情况下，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。
61.如图1至图3所示，焊接设备用于多条传动带3的纵向焊接，焊接设备包括驱动辊筒1、张紧辊筒2以及焊接装置4。
62.驱动辊筒1围绕第一旋转轴线a旋转，并且配置为在焊接过程中驱动多条传动带3沿纵向方向运动。示例性地，本实施例中示出了两条传动带3，本公开的结构同样适用于三条或更多传动带3的焊接。
63.张紧辊筒2可移动并且围绕第二旋转轴线b旋转，张紧辊筒3配置为在焊接过程中张紧传动带3。张紧辊筒3可以具有多个自由度，例如沿纵向方向移动的自由度和围绕垂直图2或图3纸面的方向转动的自由度。张紧辊筒3可以通过调整沿纵向方向的位置以张紧传动带3。
64.焊接装置4设置在两条传动带3的纵向边缘处，焊接装置4可以包括第一焊接装置41和第二焊接装置42。第一焊接装置41设置在两条传动带3的上侧，第二焊接装置42设置在两条传动带3的下侧，第一焊接装置41设置在焊接区域的下游，并且与第二焊接装置42相距在5至15mm的范围内。第一焊接装置41和第二焊接装置42在焊接过程中焊接两条传动带3的纵向边缘的双面。相比于单面焊接，本公开提出的双面纵向焊接方式可以显著减小焊接电流，改善焊缝的质量。
65.图2示出了理想状态下的传动带沿长度方向纵向拼接。可以采用多个参数来评估这种理想状态，例如l1＝l2，l3＝l4，其中l1等于传动带3距离驱动辊筒1边缘的距离，l2等于传动带3距离张紧辊筒2边缘的距离，l3等于驱动辊筒1的一端与张紧辊筒2的一端之间的
距离，l4等于驱动辊筒1的另一端与张紧辊筒2的另一端之间的距离。又例如，第一旋转轴线a和第二旋转轴线b彼此平行。
66.然而，传动带自身应力几乎不可能完全一致，并且辊筒加工也不可能零偏差，支架安装也有误差，因此传动带运行实际情况往往是与理想运行状态存在差异，要么l1》l2，要么l1《l2，相应地要么l3《l4，要么l3》l4，且第一旋转轴线a和第二旋转轴线b不平行，如图3所示。此时传动带会出现分离或叠罗(互相叠置)，影响焊接对准，导致焊接成品质量差，甚至会导致加工无法进行。
67.为了解决这一问题，在本实施例中，驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的至少一部分的尺寸能够调整，以使得至少两条传动带3在焊接过程中保持沿纵向方向的运动，换而言之，传动带3在焊接过程中保持在理想状态下运行。
68.图4和图5分别示例性地示出了对于驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的至少一部分的尺寸进行调整的实施例。需要指出的是，图4和图5仅是示例，本领域技术人员可以对示例性实施例进行组合和修改。此外，由于不同传动带和辊筒的系统和安装误差不同，实际工况中传动带的偏移情况也各不相同，因此对于辊筒尺寸的调整情况也不尽相同。如果没有额外说明，下文中单独出现的“辊筒”指的是驱动辊筒和/或张紧辊筒。
69.例如，驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的至少一部分设置有调节层5，使得驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的截面的至少一部分高于其他部分。如图4所示，驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的截面的中间部分高于两端部分。调节层5例如可以包括粘性胶带层。通过在辊筒表面的至少一部分粘贴粘性胶带，形成一层增厚的表面，从而调节辊筒的尺寸。
70.又例如，驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的形状可以直接构造成截面的至少一部分高于其他部分。如图5所示，驱动辊筒1和/或张紧辊筒2的形状构造成截面的中间部分和两端部分高于位于中间部分和两端部分之间的过渡部分。
71.此外，图4的形状也可以通过直接构造辊筒的形状实现，图5的形状也可以通过调节层5来实现。
72.发明人惊讶地发现，将辊筒的截面的中间部分设置成更高，具有其意想不到的技术效果。根据传统的认知，为了实现两条传动带的纵向边缘向中间部分相向驱动，也即互相靠拢的效果，应该将辊筒的截面的中间部分设置成更低。然而，根据发明人的发现，进行如本实施例所示的相反设置能够起到更好的聚拢效果。其原因可以通过图6所示的受力分析得到。如图6所示，在传动带的受驱动过程中，其受到的来自辊筒表面的切向力f1和f2沿图6所示的方向(均一尺寸的辊筒的切向力沿纵向方向)，该二力分别具有朝向彼此的分量，因此会对传动带3施加令其彼此靠拢的作用力。反之，如果将辊筒的截面的中间部分设置成更低，则切向力会产生令传动带分离的作用分力，反而会让传动带彼此分离。
73.以下将结合图1至图6描述采用如前所述的焊接设备的焊接工艺过程。将两条等长的不锈钢带，依次牵引传过两个辊筒，首尾焊接成环形，辊筒结构型式如图1所示。图1中，驱动辊筒1转动，张紧辊筒2在液压张紧力的作用下，将不锈钢传动带3以30mpa至60mpa范围，优选40-50mpa的拉应力作用下张紧，周期性循环运动。单条不锈钢带经过固定位置的车刀循环往复边部切直后，拆下并安装另外一条不锈钢带，经过上述切直边过程后，将两条及以上不锈钢带，按照如图2所示的位置安装上，每条不锈钢带首尾各自焊接成环形。得益于驱动辊筒1和张紧辊筒2的截面设置，能够使两条钢带同时向里运行，确保两条纵向拼接钢带
几乎无缝隙，这样的工况，可以实现不填焊丝的自熔焊接。
74.在两条不锈钢带纵向拼接部位正上方和正下方，分别固定一把自动焊接用直柄焊枪(奥地利福尼斯ttw4000a-m f++/8m)，焊接电源采用奥地利福尼斯transtig2200job g/f tig-dc inverter power，也可以采用其他品牌焊接电源和自动焊接用直柄焊枪，钨极采用铈钨电极wc20 2.4/3.0*150，钨极打磨方向沿轴向进行打磨，钨极尖距离要焊接的不锈钢拼缝表面0.8mm-1mm，两把焊直柄焊枪钨极尖，沿拼缝方向，前后距离为8-10mm。焊枪安装示意图如图1所示。
75.当启动驱动辊筒1时，两条及以上钢带在辊筒驱动力的作用下，开始运转，设置焊接电流为70a，氩气流量为10l/min，钢带达到190mm/min的匀速转动后，同时开启上下焊枪电源，拼接焊缝双面同时得到焊接，根据焊缝余高和成型，微调整焊接电流。
76.受益于上、下两个面放置的两把直柄焊枪近距离同时焊接，熔池温度高，电弧穿透力高，因此，对于3mm厚度的不锈钢带沿纵向方向拼缝焊接，单面焊接透需要140a左右的电流，双面同时焊接电流70a左右，电流显著的降低。同时，双面焊接的焊缝成型宽度仅有3-4mm左右，是单面焊接焊道宽度的一半。
77.对于3mm厚度的不锈钢带沿纵向方向拼缝焊接，焊缝的焊接热量输入是单方向的，单方向焊接热变形大，焊后检测变形量在0.2mm-0.4mm之间，变形量示意图如图7所示。双面同时焊接，焊缝的焊接热量输入是双向的，焊接热变形在两个方向可以大部分抵消，焊后检测变形量在0mm-0.1mm之间，大部分情况下焊后变形≤0.05mm，变形量示意图如图8所示。
78.纵向拼缝的焊接，受到焊缝收缩效应的影响，焊后薄板工件在长度方向存在一定程度的翘曲。但是，本发明中，焊缝的成型是在拉应力作用下形成的，拉应力与焊缝收缩应力方向相反，抵消了焊缝收缩应力造成的翘曲，因此，采用本发明的焊接设备和工艺焊接的薄板工件，在长度方向没有翘曲现象，达到了平整目的。无张紧状态下薄板工件焊接和有张紧状态下薄板工件焊接长度方向翘曲示意图分别如图9a和图9b所示。
79.单面焊接焊缝断面示意图如图10所示，双面张紧焊接焊缝断面示意图如图11所示。
80.通过图10和图11示意图对比发现，无张紧力状态下，单面焊接的焊缝断面呈现“单向漏斗”形态，宏观上表现为焊缝收缩，变形量大。在张紧状态下，双面焊接的焊缝断面呈现“双向漏斗”形态，焊接热变形相互抵消，宏观上表现为焊缝平整。
81.上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的用于传动带的焊接设备和焊接方法的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型。另外，也可以对本公开各个方面提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。