焊接口热处理喷燃系统的制作方法

本实用新型涉及机械装备自动化领域，尤其是一种焊接口热处理喷燃系统。

背景技术：

众所周知的：由于物体在加工时受热温度不均引起的残余应力主要有以下两种原因：第一是由于温度的不均衡造成局部的热塑变型。第二是相变所引起的体积膨胀不均匀造成的局部塑性变形。而由构件尺寸公差引起的残余应力常常是因为配合问题而产生，例如船体分段对接时必须将对接钢板拉到一起，这些由外拉力拉到一起而组成的结构，在外力去除后，整个系统就出现了残余应力。残余应力的影响在大多数情况下都是起到负面的作用的；如使构件强度降低、降低工件疲劳极限、产生应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使构件产生变形，影响尺寸精度。

传统的消除残余应力的方法，最实用的是热处理法，借助于热处理设施，将工件由室温缓慢、均匀加至600℃左右，并在此温度状态下持续保持4～8小时，之后再缓慢冷却至120℃以下，再出炉冷却至室温。

目前采用的焊接口应力消除方式存在很大的不足：

第一：现有喷燃器火焰高度集中且温度较高，就热应力消除的特性来说，单纯地对某个焊接口集中加热重熔并不能达到理想的效果，甚至构件会由于冷却速度快慢而造成二次残余应力；

第二：局限性较大，无法加工一些固定的大型零件，时间跨度大，灵活度低；

第三：目前国内外现状对管道或钢板的接口处热应力消除基本采取的方式，热处理机械设备笨重，投入成本高，存在一定的缺陷，无法保证消除热应力的同时焊接结构的完整性、可靠性、安全性和实用性；

第四：零件装配后会产生新的残余应力，传统热处理方法难以解决该问题。

第五：人工操作对工人的经验要求高，手动调节加热温度不能达到最优的效果，同时人工操作的误差和人身安全也是重要的考虑因素。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作简单、制作成本低廉、使用方便、实用性强的焊接口热处理喷燃系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：焊接口热处理喷燃系统，包括喷燃器，所述喷燃器上方设置有红外测温装置；所述喷燃器下方设置有燃气输入口以及助燃气入口；

所述喷燃器包括保护外壳以及设置在保护外壳一端的喷火头外壳；所述喷火头外壳内设置有三个喷火腔，依次为升温喷火腔、恒温喷火腔、降温喷火腔；且每个喷火腔内均设置有喷枪；

所述喷枪的两侧分别设置有点火针以及感应针；所述喷枪内设置有小于喷嘴直径的梭子；所述助燃气入口设置有流量控制装置，所述流量控制装置包括助燃气流量控制阀以及蝴蝶阀；所述助燃气流量控制阀设置在燃气输入口与蝴蝶阀之间；所述助燃气流量控制阀上设置有齿轮副以及控制齿轮副转动的舵机；所述燃气输入口上也设置有流量控制装置。

进一步的，所述喷燃器上设置有可拆卸的外接保护罩；所述保护罩内设置有两块隔板，所述隔板将保护罩分割为三个区域，且每个区域分别与温喷火腔、恒温喷火腔、降温喷火腔一一对应。

进一步的，所述红外测温装置通过转动座安装在喷燃器上；所述转动座上设置有支撑架，所述红外测温装置安装在支撑架上。

进一步的，所述的焊接口热处理喷燃系统，还包括多轴机械臂，所述喷燃器安装在多轴机械臂上。

优选的，所述多轴机械臂采用三轴机械臂。

进一步的，还包括基于STM32的控制系统；所述红外测温装置、感应针以及流量控制装置均与基于STM32的控制系统电连接；所述基于STM32的控制系统采用STM32F103芯片作为主控。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的焊接口热处理喷燃系统，由于在喷然器上设置有三个喷火腔，依次为升温喷火腔、恒温喷火腔、降温喷火腔；且每个喷火腔内均设置有喷枪；因此在工作时，三个喷火腔能够产生不同的温度，通过三个喷火腔能够高效地消除热应力，同时有效避免火焰集中以及温度过高带来的二次残余应力。在船舶或大型设备上对钢板之间接口处焊接后，冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件变形甚至形成裂纹。采用该装置能够克服目前钢板焊接后产生热应力引起的焊接缺陷，通过温度检测调节助燃气配比达到温度设定值，配合行走装置后，从而实现焊接口的热应力消除，减少人工操作引起的人员伤害，同时避免因人工操作导致的误差而造成不良效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例中焊接口热处理喷燃系统的立体图；

图2是本实用新型实施例中喷然器的立体图；

图3是本实用新型实施例中喷然器的主视图；

图4是本实用新型实施例中喷然器的侧视图；

图5是本实用新型实施例中喷枪上安装流量控制装置的主视结构示意图；

图6是本实用新型实施例中喷枪上安装流量控制装置的俯视结构示意图；

图7是本实用新型实施例中喷枪上内部结构示意图；

图中标示：1-喷燃器，2-红外测温装置，3-燃气输入口，4-助燃气入口，5-保护罩，6-喷火头外壳，7-升温喷火腔，8-恒温喷火腔，9-降温喷火腔，10-保护外壳，11-喷枪，12-支撑架，13-旋转座，15-点火针，16-感应针，17-助燃气流量控制阀，18-蝴蝶阀，19-舵机；20-齿轮副；22-梭子，23-隔板，30-多轴机械臂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图6所示，本实用新型所述的焊接口热处理喷燃系统，包括喷燃器1，所述喷燃器1上方设置有红外测温装置2；所述喷燃器1下方设置有燃气输入口3以及助燃气入口4；

所述喷燃器1包括保护外壳10以及设置在保护外壳10一端的喷火头外壳6；所述喷火头外壳6内设置有三个喷火腔，依次为升温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9；且每个喷火腔内均设置有喷枪11；

所述喷枪11的两侧分别设置有点火针15以及感应针16；所述喷枪11内设置有小于喷嘴直径的梭子22；所述助燃气入口4设置有流量控制装置，所述流量控制装置包括助燃气流量控制阀17以及蝴蝶阀18；所述助燃气流量控制阀17设置在燃气输入口3与蝴蝶阀18之间；所述助燃气流量控制阀17上设置有齿轮副15以及控制齿轮副15转动的舵机19。

具体的，喷燃器1的升温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9；每个腔体内设置的喷枪11均具有燃气输入口3以及助燃气入口4；因此可以通过调节喷枪11的燃气输入口3以及助燃气入口4内通入气体的流量从而调节升温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9的温度。在调节的过程中可以人工根据红外测温装置2检测到的温度对流量控制装置进行调节从而实现升温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9的温度调节；

进一步的为了实现自动化控制，焊接口热处理喷燃系统，还包括基于STM32的控制系统，所述燃气输入口3上也设置有流量控制装置；所述红外测温装置2、感应针16以及流量控制装置均与基于STM32的控制系统电连接；所述基于STM32的控制系统采用STM32F103芯片作为主控。

所述喷火头外壳6内设置有三个喷火腔，依次为升温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9；且每个喷火腔内均设置有喷枪11；从而实现在热应力消除时构件对缓慢升温、保持恒温和缓慢降温的要求。喷枪11的枪头为耐高温的隔热陶瓷，每个枪头管内有一略小于喷嘴直径的梭子22，改变燃气的流动方向和气压大小来实现更大面积的加热；利用红外温度探测器探测温度并反馈到基于STM32的控制系统，根据温度智能调节助燃气混入量使火焰温度达到设定值。本实用新型所述的焊接口热处理喷燃系统，不涉及控制方法和控制程序的改进，本实用新型所述的焊接口热处理喷燃系统改进点在于喷燃器1结构上的设计。

实际喷火腔火焰温度高低将依据不同材料属性要求而做控制，比如：升温喷火腔7保持在600℃左右，恒温喷火腔8保持在800℃左右，降温喷火腔保持在300℃左右。喷枪11中段是电动蝴蝶阀，连接助燃气与燃气通道，通过舵机改变蝴蝶阀在管道中的开度控制燃气与助燃气配比，从而控制不同温度。喷枪在后接电磁气阀，控制燃气开关以及安全保护。喷枪将缓慢升温、保持恒温、稳定降温的过程结合为一体，故在热应力消除时有较好的效果。

工作过程中：

先确认管道密封性良好，电磁气阀打开后电子脉冲点火器工作，热电偶检火针检测是否打火成功，若成功则将电动势传给电磁阀使其保持打开状态，作为一项安全保护措施。此时红外测温器检测火焰外焰温度，没有达到设定值的情况下，启动舵机控制电动蝴蝶阀，控制助燃气输入量并实时检测外焰温度，直到达到设定值为止。通过这种方法实现喷燃装置在喷枪处三个模块不同产生温度，从左到右依次是升温区域、恒温区域以及降温区域。通过机械臂来增大喷燃面积以及更高效的热应力消除。用热应力的消除方法，火焰直接作用于焊接口上，使焊料与被焊金属之间互相吸引、互相渗透，依靠原子之间的内聚力使两种金属达到永久牢固地结合。应力消除完成后，电磁阀关闭，熄火然后向下一个焊接口移动。

综上所述，本实用新型所述的焊接口热处理喷燃系统，由于在喷然器上设置有三个喷火腔，依次为升温喷火腔、恒温喷火腔、降温喷火腔；且每个喷火腔内均设置有喷枪；因此在工作时，三个喷火腔能够产生不同的温度，通过三个喷火腔能够高效地消除热应力，同时有效避免火焰集中以及温度过高带来的二次残余应力。在船舶或大型设备上对钢板之间接口处焊接后，冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件变形甚至形成裂纹。采用该装置能够克服目前钢板焊接后产生热应力引起的焊接缺陷，通过温度检测调节助燃气配比达到温度设定值，配合行走装置后，从而实现焊接口的热应力消除，减少人工操作引起的人员伤害，同时避免因人工操作导致的误差而造成不良效果。

为了最大程度地将不同的温度模块隔离开来；进一步的，所述喷燃器1上设置有可拆卸的外接保护罩5；所述保护罩5内设置有两块隔板23，所述隔板23将保护罩5分割为三个区域，且每个区域分别与温喷火腔7、恒温喷火腔8、降温喷火腔9一一对应。

为了便于实现对温度进行二次调节，进一步的，所述红外测温装置2通过转动座13安装在喷燃器1上；所述转动座13上设置有支撑架12，所述红外测温装置2安装在支撑架12上。所述喷燃器1顶部配置可转动红外测温器2，通过电动旋转圆盘控制红外测温器对不同的温度模块测量，测量数据反馈到控制中心，根据所测的数据对温度进行二次调节。

为了能够便于对焊接点进行喷射产生高温，从而达到消除热应力的效果。进一步的，所述的焊接口热处理喷燃系统，还包括多轴机械臂30，所述喷燃器1安装在多轴机械臂30上。多轴机械臂控制喷枪的位移，配合可移动装置即可对构件来回运动并灵活地进行热处理工作。具体的，所述多轴机械臂30采用三轴机械臂。