專利名稱：無軌行走單道全熔透弧焊裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊接的裝置和方法，尤其是涉及一種電弧焊的裝置和方法。
背景技術：
在目前焊接生產(chǎn)中，為了保證大型金屬結構件對接焊縫的全熔透和焊接質量，一般采用加工坡口多道焊焊接工藝技術。在弧焊加工條件允許的情況下，還可分別從焊縫兩面進行焊接。例如，10mm厚的鋼板對接焊縫，如采用金屬極氣體保護焊，一般需要兩道或三道才能保證正反面焊縫成型和熔透。對于埋弧焊，如不采用背面襯墊，通常情況下，先要用金屬極氣體保護焊進行封底焊，然后用埋弧焊方法進行蓋面焊。顯然這種多道焊加工工藝技術生產(chǎn)效率低，焊接變形大，生產(chǎn)成本高。此外，焊前加工坡口也增加了生產(chǎn)成本。為了保證厚大截面對接焊逢的熔透和質量，封底焊前，先要裝配襯墊，襯墊可以是陶瓷，水冷式銅襯墊或是充氣式焊劑襯墊等。但在實際應用中，尤其是對很長的焊縫裝配和拆卸背襯墊是非常困難的。顯然這種技術的生產(chǎn)效率低，次外，大型金屬結構件的自動化焊接設備一般都需導軌進行焊接，設備復雜、笨重、昂貴，而且還需要技術復雜的焊縫自動跟蹤裝置。而目前焊縫自動跟蹤技術還不夠成熟，其傳感的可靠性差、自動跟蹤精度低，從而影響焊接的質量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能保證在正反面焊縫成型和焊接質量一致的條件下，具有焊縫質量高、生產(chǎn)效率高、跟蹤技術簡單、可靠、易操作，設備成本低的無軌行走單道全熔透弧焊裝置及方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的一種無軌行走單道全熔透弧焊裝置包括金屬連接板、背襯墊、焊具、焊絲、金屬固定板、導向輪機構、兩個滾動支撐輪機構和驅動機構；所述導向輪機構由支撐軸、滾動軸承、兩端面設置為斜面的金屬導向輪、軸承架和壓力彈簧組成；所述滾動支撐輪機構由支撐軸、滾動軸承、軸承架和壓力彈簧組成；所述金屬連接板呈垂直位置，在其上端設置有兩個長形通槽，下端設置兩個通孔，且金屬連接板的上端與金屬固定板連接，下端與背襯墊連接，所述連接為螺釘連接；所述金屬固定板為水平位置，在它的上面設置有五個垂直的通孔，所述焊具、導向輪機構的支撐軸、兩個滾動支撐輪機構的支撐軸和送絲導管分別從通孔穿過；所述導向輪機構的支撐軸的下端設置有軸承架，所述軸承架上設置有滾動軸承，滾動軸承位于所述金屬導向輪的內(nèi)部，壓力彈簧套在支撐軸上且位于軸承架和金屬固定板之間；所述滾動支撐輪機構的支撐軸的下端設置有軸承架，所述軸承架上設置有滾動軸承，壓力彈簧套在支撐軸上且位于軸承架和金屬固定板之間，支撐軸與金屬固定板之間采用螺釘徑向定位。
所述背襯墊為水冷式或氣冷式結構，所述水冷襯墊的內(nèi)部設置有冷卻水道、進出水接口和反面焊縫成型槽結構；所述氣冷襯墊的內(nèi)部設置有冷卻腔、進氣接口，在與反面焊縫接觸面上設置有出氣槽，出氣小孔和成型槽結構；所述驅動機構可采用電動或手動卷揚機結構或采用自動或手動驅動小車，所述驅動小車由驅動電機或手搖柄、齒輪減速機構、金屬輪和車架構成。
使用本發(fā)明的無軌行走單道全熔透弧焊裝置的焊接方法包括以下步驟(1)將被焊金屬進行焊接前的裝配，即預留焊縫間隙作好點固；(2)將無軌行走單道全熔透弧焊裝置與被焊金屬進行裝配；(3)連接焊接電源，備好填充金屬/填充金屬和焊劑，進行焊接。
所述步驟(2)包括如下子步驟a)將金屬連接板插入預留的焊縫間隙垂直定位，其下端通過螺栓與位于被焊金屬下面的水冷或氣冷襯墊連接，上端通過螺栓與水平位置的金屬固定板連接，金屬連接板與水冷或氣冷襯墊反面焊縫成型槽對正；b)通過金屬連接板上端的長形通槽，上移金屬固定板后，分別將已套裝好壓力彈簧的導向輪機構和兩個滾動支撐輪機構中的三個支撐軸垂直置于被焊金屬板面上；并將導向輪機構中的金屬導向輪兩端面的斜面與被焊金屬焊縫的棱邊相接觸；c)預加壓力，分別將支撐軸上的三個壓力彈簧壓緊，然后調整好固定金屬板的位置后，擰緊金屬連接板側面上的螺栓；d)通過導向螺釘將滾動支撐輪機構中的支撐軸進行徑相定位；e)將焊具、送絲機構的送絲導向管對準焊縫預留間隙的中心。
所述無軌行走單道全熔透弧焊裝置與被焊金屬裝配時，還有以下兩種情形之一(1)若無軌行走單道全熔透弧焊裝置中的驅動機構采用驅動小車結構，則位于驅動小車前方的導向輪與被焊金屬焊縫的預留間隙對準，焊具裝配在驅動小車上；或(2)若無軌行走單道全熔透弧焊裝置中的驅動機構采用卷揚機結構，則將卷揚機固定在被焊金屬結構件的焊縫末端處，卷揚機的鋼繩那一端與所述無軌行走單道全熔透弧焊裝置固定。所述填充金屬采用旁送藥芯焊絲。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下有益效果1.該發(fā)明的焊接裝置和方法能夠保證厚大長焊縫一致的焊接質量。
2.提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
3.簡化了大型金屬結構件的焊接設備，大大地降低了焊接設備的投資。
4.實現(xiàn)了在焊接過程中焊縫自動對中，避免了使用技術復雜且不夠可靠的焊縫跟蹤技術。
5.使焊接過程更加可靠，操作更為簡便。
本發(fā)明適用于大型金屬中板單道全熔透金屬弧焊加工。具體講這項發(fā)明是一種在保證正反面焊縫成型和焊接質量一致條件下，無軌行走單道全熔透弧焊裝置和方法。


圖1是本發(fā)明焊接裝置的主視圖；圖2是本發(fā)明焊接裝置的俯視圖；圖3是本發(fā)明焊接裝置中水冷式襯墊的結構示意圖；圖4a是本發(fā)明焊接裝置中氣冷式襯墊的結構示意圖；圖4b是圖4a氣冷式襯墊的A-A剖視圖；圖5是本發(fā)明焊接裝置中導向輪機構的結構示意圖；圖6是圖5導向輪機構中金屬導向輪的結構示意圖；圖7是本發(fā)明焊接裝置驅動機構采用卷揚機的結構示意圖；圖8是本發(fā)明焊接裝置驅動機構采用驅動小車的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述如圖1、圖2和圖7中所示，本發(fā)明的焊接裝置包括金屬連接板10、背襯墊15、焊具7、焊絲9、金屬固定板3、導向輪機構18b、兩個滾動支撐輪機構18a和驅動機構24；導向輪機構18b由支撐軸4b、滾動軸承1b、兩端面帶有斜面的金屬導向輪16、軸承架6b和壓力彈簧5b組成；所述滾動支撐輪機構18a由支撐軸4a、滾動軸承1a、軸承架6a和壓力彈簧5a組成；金屬連接板10呈垂直位置，在其上端設置有兩個長形通槽14a，下端設置兩個通孔14b，且金屬連接板10的上端與金屬固定板3采用螺栓14連接，下端與襯墊15采用螺栓14連接；所述金屬固定板3為水平位置，在它的上面設置有五個垂直的通孔，焊具7、導向輪機構的支撐軸4b、兩個滾動支撐輪機構的支撐軸4a和送絲銅管8分別從通孔穿過。
本發(fā)明裝置中的背襯墊可采用水冷式結構；如圖3所示，水冷襯墊15，它由在一個銅板的內(nèi)部加工有一條冷卻水道30，進出水接口32和反面焊縫成型槽31構成。使用時冷卻水可以直接連接到冷卻水泵上，也可通過與連接板10上的銅管(11a、11b、12a和12b)連接，從焊縫26的正面與冷卻水泵連接。為了將水冷銅襯墊15與固定焊具的金屬板3連接，在水冷銅襯墊15上設置有連接面33和固定的螺孔34。金屬連接板10與水冷銅襯墊15上的連接面33用螺釘14固定，以保證金屬連接板10的中心與水冷銅襯墊15的中心對中。
本發(fā)明裝置中的背襯墊還可采用氣冷式結構；如圖4a和圖4b所示，氣冷襯墊70，它由在一個銅板的內(nèi)部加工有一個冷卻腔71，進氣接口72、在冷卻腔30的上壁上均勻地設置有多個出氣小孔73，在氣冷襯墊70的上表面與出氣小孔73對應的位置設置有多個出氣槽74和反面焊縫成型槽75構成。安裝時，將冷卻腔蓋76通過四個螺釘77和四個螺孔78與氣冷襯墊70連接成一體，使用時，通過進氣接口72向冷卻腔71內(nèi)通入二氧化碳氣體，可達到冷卻背襯墊70、焊接過程的氣體保護和減少被焊接件與氣冷襯墊70表面的摩擦等效果。為了將氣冷襯墊70與固定焊具的金屬板3連接，在氣冷襯墊70上設置有連接面79和固定的螺孔80。金屬連接板10與氣冷襯墊70上的連接面79用螺釘14固定，以保證金屬連接板10的中心與氣冷銅襯墊70的中心對中。
如圖1、圖2所示，為了保證焊具7在焊接過程中對中焊縫26，并保證該裝置沿焊縫26的中心滾動，在本發(fā)明中，設計了一個導向輪機構18b和兩個滾動支撐輪機構18a。導向輪機構18b如圖5所示，它是由一個滾動軸承1b和一個兩端面帶有斜面的金屬導向輪16和軸承架6b和支撐軸4b，壓力彈簧5b組成。滾動軸承1b被裝配在兩端面帶有斜面的金屬導向輪16內(nèi)，以增加導向輪機構平滑性轉動；如圖6所示，金屬導向輪兩端面的斜面16a，16b與預留間隙的兩塊被焊金屬13的焊縫26的棱邊相接觸，并沿著被焊金屬13的焊縫的預留間隙26，在焊具7前移動起到導向定位作用。又如，圖1和圖2示出了兩個滾動支撐輪機構18a，它們是由一個滾動軸承1a和軸承架6a和支撐軸4a，壓力彈簧5a組成。為了防止兩個滾動支撐輪機構18a在焊接過程中轉動，設計了徑向定位螺釘(2a、2b)。
另外，為了保證水冷銅襯墊15在焊接過程中與被焊金屬13的焊縫背面緊密接觸，在本發(fā)明中，設計了三個壓力彈簧(5a，5b)，它們分別被安裝在導向輪機構18b和兩個滾動輪機構18a的支撐軸(4b、4a)上。焊前裝配時，首先預加壓力將三個壓力彈簧(5a、5b)壓緊產(chǎn)生一個預壓力，再將金屬連接板10用螺栓14分別與水冷銅襯墊15和固定焊具的金屬板3連接，如圖1所示。由于壓力彈簧(5a、5b)產(chǎn)生的預壓力作用于固定焊具的金屬板3上，使固定焊具的金屬板3產(chǎn)生一個向上的力，這個力通過金屬連接板10作用于水冷銅襯墊15上，在該力作用下，水冷銅襯墊15在焊接過程中始終保持與被焊金屬13的焊縫背面緊密接觸，起到支撐焊接熔池，以防止在焊接過程中液態(tài)金屬熔池墜落，并能起到強迫背面焊縫成型的作用。
本發(fā)明焊接裝置中的驅動機構，可采用電動或手動卷揚機24機構，也可采用自動或手動驅動小車25機構，所述驅動小車25由一個驅動電機28或手搖柄27、齒輪減速機構29、四個金屬輪35和車架40構成。
圖7示出了一個典型的可自動化或手工操作本發(fā)明焊接裝置的應用。由于該裝置在焊接過程中能自動對準焊縫中心，所以，與普通的自動化弧焊技術相比，該發(fā)明的焊接裝置可以在電機驅動的卷揚機24拖動下不用導軌也能沿著焊縫26的中心自動行走。若卷揚機24是手工操作，就能實現(xiàn)焊接過程手工操作。焊接前先要將被焊金屬13進行點固預留焊縫間隙26，并在焊縫26的一端的點固定板上裝配卷揚機24。裝配卷揚機24的鏈條或鋼繩20的那一端與焊接裝置金屬連接板10固定，在卷揚機24旋轉下鋼繩20牽動焊接裝置和焊具7一起向前行走進行焊接。
圖8是本發(fā)明焊接裝置的另一個可自動化或手工操作的典型應用。一個驅動電機28或一個手搖柄27，齒輪減速機構29，四個金屬輪35和車架40構成了一個焊接專用的小車25。將本發(fā)明焊接裝置裝配在該專用焊接小車25上。由于齒輪減速機構29的末級齒輪36與焊接專用小車25的后面兩個輪子裝配在同一根連接軸37上。因此，在電動機28或手搖柄27驅動齒輪減速機構29作用下，能夠使焊接專用小車25及焊接裝置均勻行走。導向輪機構18b被裝配在焊接小車25的前方，沿預留焊縫間隙26行走起導向作用。金屬連接板10通過對接焊縫預留的間隙26，將水冷銅襯墊15和固定焊具7的金屬板3連接起來，四個定位導向柱38和其上裝配的壓力彈簧39將固定焊具7的金屬板3定位，并在四個壓力彈簧39預壓力作用下，使水冷銅襯墊15與被焊金屬13的焊縫背面緊密接觸。焊具7被裝配在金屬板3上。
本發(fā)明焊接裝置的工作原理可概述為一個金屬連接板10通過對接焊縫預留的間隙26，將一個水冷銅襯墊15和一個固定焊具7的金屬板3連接起來，在一種動力驅動下，如焊接用的小車25或卷揚機24驅動的鏈條20或手持焊具7并加驅動，沿著對焊縫預留的間隙26，焊具7和水冷銅襯墊15一起移動。在焊具7和水冷銅襯墊15一起移動過程中，被焊接電弧熔化的金屬形成液態(tài)金屬熔池，液態(tài)金屬在水冷銅襯墊15的支撐下凝固形成焊縫，在保證熔透的條件下，也保證了焊縫反面的成型。從而達到了無軌行走單道全熔透弧焊的效果。
如圖1至圖8所示，使用本發(fā)明焊接裝置的方法可采用如下步驟(1)為被焊金屬作好點固預留焊縫間隙26；(2)將該裝置與被焊金屬13進行裝配(3)連接焊接電源，備好填充金屬/填充金屬和焊劑，進行焊接。
在上述步驟(2)中采用下列方法a)將金屬連接板10插入預留的焊縫間隙26中，并垂直定位，其下端通過螺栓14與位于被焊金屬13下面的水冷或氣冷襯墊15連接，上端通過螺栓14與水平位置的金屬固定板3連接，金屬連接板10與水冷或氣冷襯墊15反面焊縫成型槽31對正；b)通過金屬連接板10上端的長形通槽14a，上移金屬固定板3后，分別將已套裝好壓力彈簧(5a、5b)的導向輪機構18b和兩個滾動支撐輪機構18a中的三個支撐軸(4b、4a)垂直置于被焊金屬13板面上；并將導向輪機構18b中的金屬導向輪16的兩端面的斜面(16a、16b)與被焊金屬焊縫26的棱邊相接觸；c)預加壓力，分別將支撐軸上的三個壓力彈簧(5a、5b)壓緊，然后調整好固定金屬板3的位置后，擰緊金屬連接板10側面上的四個螺栓14；d)通過導向螺釘(2a、2b)將滾動支撐輪機構18a中的支撐軸4a進行徑相定位；e)將焊具7、送絲機構的送絲導向管8對準焊縫預留間隙26的中心。
焊接中采用的填充金屬，可根據(jù)具體的焊接方法有所不同使用本發(fā)明焊接裝置的焊接方法實施例1使用本發(fā)明的焊接裝置，利用等離子電弧能量集中，穿透力強的特點和旁送藥芯焊絲，可構成一種單道不開坡口預留焊縫間隙的全熔透對接焊接方法，采用旁送藥芯焊絲有三個作用(1)根據(jù)被焊金屬接頭強度要求，選擇相應的藥芯焊絲以滿足其要求；(2)藥芯焊絲在焊接電弧加熱下熔化并在焊縫上下兩側形成保護液態(tài)金屬熔池的液態(tài)熔渣；(3)避免液態(tài)金屬直接與水冷銅襯墊相接觸，以增加水冷銅襯墊與焊縫之間的滑動性。
使用本發(fā)明焊接裝置的焊接方法實施例2使用本發(fā)明裝置，采用埋弧焊接工藝方法，在不加工坡口或加工坡口預留焊縫間隙條件下進行全熔透對接焊接。
使用本發(fā)明焊接裝置的焊接方法實施例3使用本發(fā)明焊接裝置，采用藥芯焊絲氣體保護或自保護焊接工藝方法，在加工坡口預留焊縫間隙條件下進行對接焊縫封底焊。
綜合以上三種焊接方法，可概括為等離子電弧旁送藥芯焊絲的單道不開坡口預留焊縫間隙的全熔透對接焊接工藝方法；埋弧焊不加工坡口或加工坡口預留焊縫間隙的全熔透對接焊接工藝方法；藥芯焊絲氣體保護或自保護焊，加工坡口預留焊縫間隙的對接焊縫封底焊接工藝方法。
本發(fā)明的焊接裝置和方法不僅適合于對接焊縫也可用于角接接頭的全熔透焊接。
權利要求
1.一種無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是它包括金屬連接板、背襯墊、焊具、送絲機構、金屬固定板、導向輪機構、兩個滾動支撐輪機構和驅動機構；所述導向輪機構由支撐軸、滾動軸承、兩端面設置為斜面的金屬導向輪、軸承架和壓力彈簧組成；所述滾動支撐輪機構由支撐軸、滾動軸承、軸承架和壓力彈簧組成；所述金屬連接板呈垂直位置，在其上端設置有兩個長形通槽，下端設置兩個通孔，且金屬連接板的上端與金屬固定板連接，下端與背襯墊連接，所述連接為螺釘連接；所述金屬固定板為水平位置，在它的上面設置有五個垂直的通孔，所述焊具、導向輪機構的支撐軸、兩個滾動支撐輪機構的支撐軸和送絲導管分別從通孔穿過；所述導向輪機構的支撐軸的下端設置有軸承架，所述軸承架上設置有滾動軸承，滾動軸承位于所述金屬導向輪的內(nèi)部，壓力彈簧套在支撐軸上且位于軸承架和金屬固定板之間；所述滾動支撐輪機構的支撐軸的下端設置有軸承架，所述軸承架上設置有滾動軸承，壓力彈簧套在支撐軸上且位于軸承架和金屬固定板之間，支撐軸與金屬固定板之間采用螺釘徑向定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是所述背襯墊為水冷式或氣冷式結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是所述水冷襯墊的內(nèi)部設置有冷卻水道、進出水接口和反面焊縫成型槽結構。
4.根據(jù)權利要求2所述的無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是所述氣冷襯墊的內(nèi)部設置有冷卻腔、進氣接口，在與反面焊縫接觸面上設置有出氣槽，出氣小孔和成型槽結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是所述驅動機構采用電動或手動卷揚機結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的無軌行走單道全熔透弧焊裝置，其特征是所述驅動機構采用自動或手動驅動小車，所述驅動小車由驅動電機或手搖柄、齒輪減速機構、金屬輪和車架構成。
7.一種無軌行走單道全熔透弧焊方法，其特征是包括以下步驟(1)將被焊金屬進行焊接前的裝配，即預留焊縫間隙作好點固；(2)將無軌行走單道全熔透弧焊裝置與被焊金屬進行裝配；(3)連接焊接電源，備好填充金屬/填充金屬和焊劑，進行焊接。
8.根據(jù)權利要求7所述的無軌行走單道全熔透弧焊方法，其特征是所述步驟(2)包括如下子步驟a)將金屬連接板插入預留的焊縫間隙垂直定位，其下端通過螺栓與位于被焊金屬下面的水冷或氣冷襯墊連接，上端通過螺栓與水平位置的金屬固定板連接，金屬連接板與水冷或氣冷襯墊反面焊縫成型槽對正；b)通過金屬連接板上端的長形通槽，上移金屬固定板后，分別將已套裝好壓力彈簧的導向輪機構和兩個滾動支撐輪機構中的三個支撐軸垂直置于被焊金屬板面上；并將導向輪機構中的金屬導向輪兩端面的斜面與被焊金屬焊縫的棱邊相接觸；c)預加壓力，分別將支撐軸上的三個壓力彈簧壓緊，然后調整好固定金屬板的位置后，擰緊金屬連接板側面上的螺栓；d)通過導向螺釘將滾動支撐輪機構中的支撐軸進行徑相定位；e)將焊具、送絲機構的導向管對準焊縫預留間隙的中心。
9.根據(jù)權利要求7所述的無軌行走單道全熔透弧焊方法，其特征是所述無軌行走單道全熔透弧焊裝置與被焊金屬裝配時，還有以下兩種情形之一(1)若無軌行走單道全熔透弧焊裝置中的驅動機構采用驅動小車結構，則位于驅動小車前方的導向輪與被焊金屬焊縫的預留間隙對準，焊具裝配在驅動小車上；或(2)若無軌行走單道全熔透弧焊裝置中的驅動機構采用卷揚機結構，則將卷揚機固定在被焊金屬結構件的焊縫末端處，卷揚機的鋼繩那一端與所述無軌行走單道全熔透弧焊裝置固定。
10.根據(jù)權利要求7所述的無軌行走單道全熔透弧焊方法，其特征是所述填充金屬采用旁送藥芯焊絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無軌行走單道全熔透弧焊裝置和方法。該裝置包括金屬連接板、背襯墊、焊絲、焊具、金屬固定板、導向輪機構、兩個滾動支撐輪機構和驅動機構,金屬連接板垂直置于被焊金屬的預留焊縫間隙中,在所述的滾動支撐輪機構和導向輪機構的支撐軸上分別套裝有三個壓力彈簧,通過這些彈簧的作用將被焊金屬與背襯墊緊密接觸;使用該裝置的焊接方法是:預留焊縫間隙作好點固后,將被焊金屬與該裝置進行裝配,然后可采用等離子焊和氣保焊等方法進行焊接;本發(fā)明適合于大型金屬中板結構件的自動化單道焊接或手工單道焊接,其跟蹤技術簡單可靠,容易操作,所焊焊縫質量高,成型好,結構件整體變形小,大大地降低了大型金屬結構件焊接設備的成本。
文檔編號B23K9/12GK1367061SQ01141660
公開日2002年9月4日 申請日期2001年10月8日 優(yōu)先權日2001年10月8日
發(fā)明者張紹彬, 孫棟, 張俊龍 申請人:張紹彬