用于在導(dǎo)軌上安裝牽引單元的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于在導(dǎo)軌上安裝牽引單元的系統(tǒng)
[0001]優(yōu)先權(quán):本申請(qǐng)是2012年11月14日遞交的美國非臨時(shí)申請(qǐng)N0.13/676，170的部分繼續(xù)申請(qǐng)，所述美國非臨時(shí)申請(qǐng)N0.13/676，170要求2011年11月18日遞交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/561，811的優(yōu)先權(quán)，所述美國非臨時(shí)申請(qǐng)N0.13/676，170和所述美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/561,811的全部內(nèi)容通過引用被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]特定的實(shí)施方案涉及焊接系統(tǒng)、裝置和工藝。更具體地，特定的實(shí)施方案涉及這樣的系統(tǒng)和/或方法，即在釬焊、包覆、堆焊、填充、硬面堆焊、連接以及焊接應(yīng)用中的任一，用于在導(dǎo)軌上安裝牽引單元(tractor unit)、將牽引驅(qū)動(dòng)裝置與軌道齒輪接合、調(diào)整焊接頭的角度和/或調(diào)整焊炬超前/滯后角度。
[0003]發(fā)明背景
[0004]本專利文件涉及焊接系統(tǒng)、裝置和工藝。
[0005]在大型工業(yè)應(yīng)用中的焊接(例如，以熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)和惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)的管或板的焊接)，可以涉及在例如軌道焊接工藝中將非常厚的工件焊接在一起。例如，在軌道焊接工藝中電弧焊接頭可以沿導(dǎo)軌圍繞工件來旋轉(zhuǎn)，例如圍繞工件(例如管)連續(xù)將焊接頭旋轉(zhuǎn)360°，或者在管的一側(cè)上將頭圍繞管旋轉(zhuǎn)180°并且然后在管的另一側(cè)上重復(fù)頭的旋轉(zhuǎn)。許多焊接應(yīng)用，從小型的標(biāo)準(zhǔn)工件到較大規(guī)模的工件，要求精密焊接。焊接系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)來包括焊接頭和導(dǎo)軌，其中焊接頭被可移動(dòng)地接合到所述導(dǎo)軌，例如，焊接頭可以被安裝在牽引驅(qū)動(dòng)單元上，以沿導(dǎo)軌移動(dòng)。例如，一些軌道焊接系統(tǒng)可以在環(huán)或軌道配置中具有導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌圍繞工件被接合，以引導(dǎo)焊接頭沿焊縫間隙移動(dòng)。為了圍繞工件裝配導(dǎo)軌，若干軌道段可以被連接在一起，以形成完整的導(dǎo)軌并且將導(dǎo)軌(例如圍繞工件360 ° )牢固地附接到工件。
[0006]從而，在常規(guī)的焊接系統(tǒng)中，焊縫的質(zhì)量可以被這樣的方式影響，即其中牽引單元被安裝到導(dǎo)軌上，因?yàn)榘惭b可以影響牽引單元將沿導(dǎo)軌如何平滑地行進(jìn)。例如，當(dāng)牽引單元圍繞軌道環(huán)移動(dòng)時(shí)，被不正確地安裝在軌道環(huán)上的牽引單元可能彎曲。彎曲可以引起被附接到牽引單元的焊接頭的鎢電極移動(dòng)，例如，當(dāng)牽引單元處于“12點(diǎn)”位置時(shí)，鎢電極可以以斜角進(jìn)(angle in)并且當(dāng)它處于“6點(diǎn)”位置時(shí)以斜角出(angle out)。當(dāng)牽引單元沒有被穩(wěn)固地安裝在導(dǎo)軌上時(shí)，這種情況可能發(fā)生，基于振動(dòng)或斷續(xù)引起“橫移(crabbing) ”。附加地，安裝機(jī)構(gòu)可能是脆弱的并且容易被損壞，例如由于過度緊固，對(duì)牽引單元部件的束縛和損壞可能發(fā)生。
[0007]此外，在牽引單元中的行進(jìn)驅(qū)動(dòng)齒輪與導(dǎo)軌的軌道齒輪的不正確對(duì)準(zhǔn)也可能在焊接工藝中引起焊接質(zhì)量和延誤的問題。例如，如果由于例如軌道齒輪上的碎肩，焊接頭的重心移位(shift)，行進(jìn)驅(qū)動(dòng)齒輪和軌道齒輪上的齒輪可能堵塞，特別地，如果系統(tǒng)沒有被正確地對(duì)準(zhǔn)。為了降低與行進(jìn)驅(qū)動(dòng)齒輪和軌道齒輪未對(duì)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的問題，常規(guī)的牽引單元的行進(jìn)速度可能需要被設(shè)定到慢速。
[0008]另外，由于牽引單元的重量，將牽引單元安裝到導(dǎo)軌上可能是麻煩的。典型地，在輥/輪可以接合并且夾持到導(dǎo)軌上之前，牽引單元上的輥/輪需要被手動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)。就是說，因?yàn)闋恳龁卧话惭b在導(dǎo)軌上，操作者可能需要人工地來回輕推牽引單元，同時(shí)調(diào)整接合機(jī)構(gòu)直到牽引單元的輥/輪正確地對(duì)準(zhǔn)于導(dǎo)軌。因?yàn)闋恳龁卧窍鄬?duì)重的，安裝工藝可能是身體上令人精疲力盡的，特別地，如果操作者在安裝牽引單元時(shí)不得不抵抗重力。
[0009]進(jìn)一步地，電極相對(duì)于焊接熔池的定向以及電弧長度對(duì)于產(chǎn)生適當(dāng)?shù)暮缚p是重要的，特別地當(dāng)機(jī)械振蕩被使用時(shí)。然而，用于定向焊接頭的常規(guī)的系統(tǒng)和方法是不理想的，因?yàn)樗鼈兛赡墚a(chǎn)生質(zhì)量差的焊縫。例如，圖12圖示說明使用氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAW)系統(tǒng)(50)的用于執(zhí)行角焊的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。為簡潔起見，僅圖示說明與本次討論有關(guān)的部件。GTAW系統(tǒng)(50)包括焊炬(10)，所述焊炬(10)被這樣定向以使，如通過線(12)所示，焊炬(10)例如垂直于焊接熔池(40)的表面。焊炬(10)被連接到，如通過箭頭(32)所示，提供機(jī)械振蕩的焊接基礎(chǔ)(30)。因?yàn)楹妇?10)被橫貫焊接熔池(40)移動(dòng)，電弧(5)的長度將改變，即鎢電極(15)的尖端和焊接熔池(40)的表面之間的距離將改變。從而，為了維持正確的電弧長度，當(dāng)機(jī)械振蕩以一方向(32)移動(dòng)焊炬(10)時(shí)，電弧電壓控制(AVC)組件
(20)以適當(dāng)?shù)姆较蜓丶^(22)移動(dòng)焊炬(10)。就是說，AVC組件(20)調(diào)整焊炬(10)和焊接熔池(40)之間的距離，為了以所期望的長度維持電弧(5)。然而，因?yàn)槿缤ㄟ^箭頭(22)所圖示說明的AVC組件行程方向不同于如通過線(12)所圖示說明的焊炬(10)的定向，最終的焊接可能質(zhì)量差。此外，質(zhì)量差的焊縫也可能由于相對(duì)于焊接焊炬和/或工件(焊接熔池)受限的AVC行程(例如，限于近似I英寸AVC行程)和/或受限的AVC組件旋轉(zhuǎn)(例如，限于近似40度)出現(xiàn)。進(jìn)一步地，如果在焊接焊炬和AVC組件之間的附件和/或在AVC組件和基礎(chǔ)單元之間的附件由于例如不牢靠和/或不牢固是不穩(wěn)定的，和/或如果附件由于例如過度使用和/或缺乏耐久性而具有過度磨損，質(zhì)量差的焊縫也可以出現(xiàn)。
[0010]而且，在常規(guī)的焊接系統(tǒng)中，焊炬電極超前/滯后角度(lead/lag angle)調(diào)整受限制，典型地在0°至5° (其中一些達(dá)12° )范圍內(nèi)。受限的超前/滯后角度調(diào)整還在裝配焊接配置方面限制靈活性。此外，在常規(guī)的系統(tǒng)中焊炬超前/滯后角度調(diào)整機(jī)構(gòu)具有很多的缺點(diǎn)，例如:焊接頭部件的毀壞、焊接頭設(shè)備由于不牢固的鎖定機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)、在觸及超前/滯后角度設(shè)備機(jī)構(gòu)方面的困難，以及不一致的超前/滯后角度設(shè)定一一僅舉幾例。
[0011 ] 參照附圖如在本申請(qǐng)的剩余部分中所闡述的，通過這樣的方法與本發(fā)明的實(shí)施方案的比較，常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及被提議的方法的進(jìn)一步地限制和缺點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得清晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]用于使用導(dǎo)軌(例如具有彎曲的軌道軌輪廓的導(dǎo)軌)的焊接系統(tǒng)的示例性技術(shù)、系統(tǒng)和裝置被描述。然而，下面所討論的示例性實(shí)施方案不限于彎曲的軌道系統(tǒng)，并且可以被并入任何移動(dòng)焊接系統(tǒng)中，無論它被安裝在彎曲的軌道、直線軌道或一些其他類型的軌道上或者在靜止的焊接頭中。
[0013]為了最小化或甚至去除常規(guī)的、傳統(tǒng)的和已提出的方法的限制和缺點(diǎn)，本發(fā)明提出根據(jù)權(quán)利要求1的用于將焊接牽引單元連接到導(dǎo)軌的安裝機(jī)構(gòu)?？梢詮膹膶贆?quán)利要求中獲取優(yōu)選的實(shí)施方案。在一個(gè)實(shí)施方案中，用于將牽引單元連接到導(dǎo)軌的安裝機(jī)構(gòu)被提供。安裝機(jī)構(gòu)包括固定塊和可移動(dòng)的板，所述固定塊具有第一組滾動(dòng)裝置，所述可移動(dòng)的板具有第二組滾動(dòng)裝置?？梢苿?dòng)的板可以被調(diào)整，由此調(diào)整第一和第二滾動(dòng)裝置之間的距離。夾持組件也可以被提供來相對(duì)于固定塊調(diào)整可移動(dòng)的板。夾持組件包括軸和凸輪彈簧，所述軸從固定塊并且通過可移動(dòng)的板延伸，所述凸輪彈簧在固定塊和可移動(dòng)的板之間，用于偏置可移動(dòng)的板遠(yuǎn)離固定塊。凸輪手柄被連接到軸并且在打開和閉合位置是可移動(dòng)的。在打開位置，牽引單元與導(dǎo)軌解除接合，并且在閉合位置，牽引單元與導(dǎo)軌接合。當(dāng)凸輪手柄在打開位置時(shí)，滾動(dòng)裝置之間的距離大于導(dǎo)軌的寬度。當(dāng)凸輪手柄在閉合位置時(shí)，滾動(dòng)裝置之間的距離近似等于導(dǎo)軌的寬度。
[0014]在安裝機(jī)構(gòu)的變化中，軸被可調(diào)整地螺紋連接到固定塊中?？商鎿Q地，在凸輪手柄和軸之間提供軸桿；軸桿可以被可調(diào)整地螺紋連接到軸上。
[0015]軸可以包括用于接合固定塊的第一螺紋部分和用于接收軸桿的第二螺紋部分。在一種布置中，軸具有用于接合塊的第一螺紋方向和用于接收軸桿的第二螺紋方向?？商鎿Q地，軸可以具有用于接合塊的第一螺距和用于接收軸桿的第二螺距。
[0016]在又另一種布置中，可以在凸輪手柄和可移動(dòng)的板之間提供過夾(over-clamp)彈簧。過夾彈簧可以具有大于凸輪彈簧的剛度的剛度。
[0017]第一和第二滾動(dòng)裝置被設(shè)計(jì)來在導(dǎo)軌上滾動(dòng)，并且可以包括一個(gè)或更多個(gè)樞轉(zhuǎn)塊，其中在樞轉(zhuǎn)塊中的每個(gè)上具有一個(gè)或更多個(gè)輥。樞轉(zhuǎn)塊可以被配置來這樣樞轉(zhuǎn)，以使在牽引單元正接合導(dǎo)塊時(shí)，樞轉(zhuǎn)塊中的每個(gè)上的輥能夠符合導(dǎo)軌的輪廓。當(dāng)夾持組件在閉合位置時(shí)，夾持組件被配置來可操作地連接樞轉(zhuǎn)塊中的每個(gè)的輥。
[0018]樞轉(zhuǎn)塊中的每個(gè)可以包括鎖定機(jī)構(gòu)，一旦牽引單元已經(jīng)接合導(dǎo)軌，所述鎖定機(jī)構(gòu)被配置來防止各自的樞轉(zhuǎn)塊樞轉(zhuǎn)。鎖定機(jī)構(gòu)可以是襯，所述襯被這樣設(shè)置，以使當(dāng)牽引單元已經(jīng)接合導(dǎo)軌時(shí)，摩擦力防止所述樞轉(zhuǎn)塊樞轉(zhuǎn)。導(dǎo)軌可以具有例如這樣的輪廓，所述輪廓是凹的、凸的、直的或者它們的組合。導(dǎo)軌可以具有這樣的軌，所述軌的尺寸是在1/16〃至2〃之間，包括1/16〃和2〃。導(dǎo)軌的第一軌和第二軌的形狀可以是圓形的、方形的、三角形的或者八角形的。
[0019]附圖的簡要說明
[0020]通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和/或其他方面將會(huì)更加明顯，在所述附圖中:
[0021]圖1A、圖1B及圖1C圖示說明以管狀軌道軌為特征的示例性導(dǎo)軌；
[0022]圖1D圖示說明與示例性管狀軌道軌形成界面的焊接頭牽引安裝裝置的示例性多點(diǎn)輥；
[0023]圖2A和圖2B圖示說明用于焊接頭牽引單元的示例性安裝機(jī)構(gòu)；
[0024]圖3A和圖3B圖示說明用于焊接頭牽引單元的示例性樞轉(zhuǎn)行進(jìn)齒輪接合裝置；
[0025]圖3C圖示說明沿凹狀、凸?fàn)睢⒅本€及可變的導(dǎo)軌行進(jìn)的示例性焊接頭牽引單元；
[0026]圖4圖示說明焊接頭牽引單元的AVC組件的示例性的可調(diào)整焊接頭角度機(jī)構(gòu)；
[0027]圖5A和圖5B圖示說明用于焊接系統(tǒng)的示例性樞轉(zhuǎn)超前/滯后焊炬角度機(jī)構(gòu)；
[0028]圖6A和圖6B圖示說明可以被并入圖2A和圖2B的安裝機(jī)構(gòu)中的示例性鎖定機(jī)構(gòu)；
[0029]圖7圖示說明已被并入軌道型軌道焊接系統(tǒng)中的焊接頭角度調(diào)整系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案；
[0030]圖8圖示說明可以位于圖7的焊接頭角度調(diào)整系統(tǒng)中的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的示例性實(shí)施方案；
[0031]圖9圖示說明可以被用于釬焊、包覆、堆焊、填充、硬面堆焊、連接和焊接應(yīng)用中的任何應(yīng)用的示例性焊接系統(tǒng)；
[0032]圖10圖示說明可以被并入圖5A、圖5B及圖9的系統(tǒng)中的超前/滯后焊炬角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的示例性實(shí)施方案；
[0033]圖1IA至圖1IC圖示說明可以被并入圖5A、圖5B及圖9的系統(tǒng)中的超前/滯后焊炬角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的示例性實(shí)施方案；
[0034]圖12圖示說明現(xiàn)有技術(shù)焊接系統(tǒng)；
[0035]圖13A和圖13B圖示說明針對(duì)圖1A、圖1B和圖1C的軌道軌的輥接觸線與接頭界面的交叉；
[0036]圖14A和圖14B圖示說明針對(duì)在圖2A、圖2B、圖6A和圖6B中所圖示說明的示例性安裝機(jī)構(gòu)的樞轉(zhuǎn)塊的示例性樞轉(zhuǎn)角度；
[0037]圖15圖示說明與本發(fā)明一致的示例性樞轉(zhuǎn)塊/輥布局；
[0038]圖16A至圖16D圖示說明使用圖15中的示例性樞轉(zhuǎn)塊/輥布局的牽引單元；
[0039]圖17A至圖17D圖示說明可以被并入到圖8的角度調(diào)整機(jī)構(gòu)中的示例性鋸齒狀或齒狀表面配置；
[0040]圖18A圖示說明具有在打開位置的可替換的安裝機(jī)構(gòu)的牽引單元的主視圖；
[0041]圖18B圖示說明具有在閉合位置的圖18A的可替換的安裝機(jī)構(gòu)的牽引單元的主視圖；
[0042]圖19圖示說明在閉合位置的可替換的安裝機(jī)構(gòu)的閂機(jī)構(gòu)組件的立體圖；
[0043]圖20A圖示說明在打開位置的可替換的安裝機(jī)構(gòu)的閂機(jī)構(gòu)組件的俯視剖面圖；以及
[0044]圖20B圖示說明在閉合位置的可替換的安裝機(jī)構(gòu)的閂機(jī)構(gòu)組件的俯視剖面圖。
[0045]在各種附圖中相似的參考符號(hào)和名稱指示相似的元件。
[0046]示例性實(shí)施方案的詳細(xì)描述
[0047]現(xiàn)在將在下面通過參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。所描述的示例性實(shí)施方案意圖幫助理解本發(fā)明，而不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。相似的參考編號(hào)在通篇中涉及相似的要素。
[0048]實(shí)施例被提供來圖示說明用于焊接系統(tǒng)的各種技術(shù)、系統(tǒng)和裝置，所述焊接系統(tǒng)使用具有兩個(gè)或更多個(gè)軌道段的導(dǎo)軌以及焊接頭牽引裝置，所述兩個(gè)或更多個(gè)軌道段被連接來引導(dǎo)焊接頭，所述焊接頭牽引裝置沿導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)焊接頭來執(zhí)行焊接。
[0049]具有兩個(gè)或更多個(gè)軌道段的導(dǎo)軌可以被設(shè)計(jì)來允許導(dǎo)軌從工件(例如大型管)的簡單解除接合。在連接兩個(gè)或更多個(gè)軌道段來形成導(dǎo)軌方面的技術(shù)挑戰(zhàn)中的一個(gè)是在兩個(gè)被連接的軌道段之間存在不連續(xù)。這樣的不連續(xù)可以通過在焊縫間隙中引起焊接頭的連續(xù)運(yùn)動(dòng)的例如跳躍、中斷或斷續(xù)(stutter)而影響焊接頭的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這可以不利地影響焊接操作的精度并且導(dǎo)致在焊接方面的不精確，例如在焊接接頭的整體性和強(qiáng)度方面的下降。在焊接方面的不精確可能針對(duì)各種焊接應(yīng)用具有劇烈的影響。不精確焊縫可以與焊接頭牽引單元沿導(dǎo)軌(例如，圍繞工件(例如管)被安裝)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
[0050]所述運(yùn)動(dòng)可以在垂直接頭處從一個(gè)軌道段到另一個(gè)軌道段的過渡期間被擾亂。例如，在軌道段過渡區(qū)處的軌道不連續(xù)可以導(dǎo)致單元跳躍或斷續(xù)直到已經(jīng)過了過渡點(diǎn)，這可以導(dǎo)致不正確的或不可接受的焊縫。將單點(diǎn)接觸輥提供給軌道軌的焊接軌道可能易受沿導(dǎo)軌的不均勻區(qū)域的影響。
[0051]在一個(gè)方面，所公開的技術(shù)可以包括導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌被配置來提供沿導(dǎo)軌的與焊接頭牽引單元(例如，用于軌道焊接應(yīng)用的焊接頭牽引裝置)的平滑界面，包括平滑且彎曲的邊緣，以確保焊接頭的平滑運(yùn)動(dòng)以及在兩個(gè)鄰近導(dǎo)軌段之間的界面的平滑且連續(xù)的過渡。導(dǎo)軌的彎曲邊緣可以是各種所期望的形狀并且下面的實(shí)施例采用圓形邊緣。
[0052]圖1A示出示例性導(dǎo)軌(100)的三維視圖，所述導(dǎo)軌(100)包括兩個(gè)軌道軌(110)，所述兩個(gè)軌道軌(110)被配置為具有圓形外表面的管狀軌。形狀為環(huán)形導(dǎo)軌的兩個(gè)管狀軌道軌(110)被定位在導(dǎo)軌(100)的外部，其可以被安裝到圓柱形工件(例如管)。每個(gè)管狀軌道軌(110)由兩個(gè)或更多個(gè)段(111)和段(112)形成。軌道段(例如軌道段(111))通過至少一個(gè)軌道橫向構(gòu)件(120)連接每個(gè)軌道軌，所述至少一個(gè)軌道橫向構(gòu)件在兩個(gè)軌道軌110上的各自的接合位置之間被接合。在兩個(gè)軌道軌110之間，在例如兩個(gè)軌道軌110之間的中間位置處提供軌道齒輪(130)，用于接合承載有焊接頭的焊接頭牽引裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)半圓軌道段(111)和(112)在兩個(gè)接頭(115)和(116)處被彼此連接。
[0053]圖1B示出圖1A中管狀導(dǎo)軌(100)的側(cè)視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)管狀軌道軌(110)包括在接頭(115)處的兩個(gè)軌道段(111)和(112)之間的過渡，所述接頭(115)