专利名称：旋转电极电熔焊缝自动清根装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，具体说是涉及一种旋转电极电熔焊缝自动清根 装置。
背景技术：
随着现代石油工业的大规模快速发展，长输管道和大型储罐工程焊接技术 正向着高质量、低成本、高效率的方向发展，焊接技术在不断的进步，自动化 程度越来越高的同时，对焊缝清根的质量和速度要求也越来越高。
在长输管道、大型储罐、压力容器制作安装过程中，焊接是关键环节，焊 接质量直接影响到产品的使用寿命和安全性。为了保证焊接质量，施工中的清 根处理是保证焊缝熔透成型的重要工艺措施。在双面焊接时，首先对坡口一侧 的焊口进行焊接，焊后再对另一侧的焊口进行清根处理，以清除背面焊根及清 除焊缝中的缺陷，如果清根不彻底，将影响焊接质量并引起安全事故。目前，现 有的清根技术通常采用碳弧气刨、角磨砂轮机、等离子弧清根方法，其中；角 磨砂轮机、碳弧气刨是传统方法，在工程中应用较为广泛，等离子弧清根虽有 相关的专利及报道，但尚未公开有工业化应用的实例。
碳弧气刨是利用碳棒与工件之间产生的电弧将金属熔化，并用压縮空气将 其吹掉，实现在金属表面沟槽加工的方法。碳弧气刨清根是目前焊接施工中应 用最为广泛的方法，其缺点； 一是手工操作对工艺规范很难掌握，清根后的焊 缝往往宽窄不一，深浅不匀，容易产生结碳现象。尤其是对自动焊的单v型坡 口，清根后的坡口形状和尺寸很难保证，直接影响到焊缝质量和焊接效率的提 高。二是碳弧气刨清根产生的噪声、烟气对环境污染严重，不利于环保。三是 所用碳棒烧损快，不能连续作业，工效低，施工成本高。
砂轮磨削是一种机械切削的加工方法。虽然砂轮磨削对工件坡口清根的适 应性比较灵活，磨削后坡口表面光滑，无氧化层增碳的现象出现。但由于手工 打磨操作，受人为因素影响较大，很难保证坡口形状和尺寸。另外，由于砂轮 磨削难以实现自动化的作业，劳动强度大，噪声高，粉尘多，工作环境恶劣。等离子弧切割是利用高温高速的等离子焰流来加热，将局部金属熔化并吹除， 形成切口，无渗碳现象伴随。切割用的等离子弧具有能量非常集中，弧短、弧 硬的特点。如果用这样的等离子弧做清根用，弧柱经过之处会出现深而窄的沟 槽，这样将很难清出光滑的表面，也无法实现清根深度和坡口形状。另外等离 子设备需要配套专用电源、气瓶及冷却水系统，设备配套使用在施工现场很难 实现，成本较高。
综上所述；在大型油气储罐、高强度厚力容器、大口径长输油气管道等的 焊接施工中，以上清根方法不同程度的存在劳动强度大、清根质量难以控制、 效率低、施工成本高的缺点。因此，研究切实可行的自动清根装置对提高焊接 质量、降低施工成本将会起到极大的作用。
发明内容
本发明的目的正是基于上述原因而适用于对大型油气储罐、高强度厚力容 器、大口径长输油气管道等进行焊接施工的旋转电极电熔焊缝自动清根装置。 本发明设计思路是采用盘式旋转电极，在盘式旋转电极与工件焊缝之间引起电 弧，利用压縮空气及电极盘的磨削作用实现对被熔化焊缝根部的自动清理，以 解决现有清根技术不足。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现
本发明的旋转电极电熔焊缝自动清根装置该装置包括设置有行走机构的机 架，通过调节机构安装在机架上的清根机；所述清根机包括与调节机构相结合
的驱动电机，以静配合方式依次套装在驱动电机输出轴上的绝缘套和空心轴， 套装在绝缘套上并通过压板压装在空心轴前端的电极盘，安装在空心轴外、并 以动配合方式与空心轴相接触的两个电刷，以及以横跨电极盘的方式固定安装 在驱动电机前端盖上的呈门字形结构的喷气管，在喷气管的两个下端口分别安 装有一个喷嘴，两个喷嘴的喷口均呈向下斜置、且相对的方式设置在电极盘两 侧，所述喷气管通过进气管口与压縮气源相连。
本发明中所述电刷呈半环形结构，通过压紧弹簧与空心轴外壁相结合；所 述电极盘的外缘部分的横截面呈锥形结构；
本发明中所述机架为立式结构的机架，所述行走机构包括由电机和减速机构组成的驱动装置，安装在驱动装置输出轴上的驱动轮；且该行走机构通过连 接件安装在机架的上部，在行走机构下方的机架上安装有用于调整机架与工件 间距离平衡轮机构；所述清根机通过由纵向调节滑板和横向进给滑板组成的调 节机构安装在平衡轮机构下方的机架上，其中纵向调节滑板的轴线与构成机架 的竖杆相平行，并通过连接件与机架相固接，横向进给滑板安装在纵向调节滑 板的端部，且横向进给滑板的轴线与纵向调节滑板的轴线相垂直，清根机的驱 动电机通过连接件横向进给滑板结合，且驱动电机的轴线与横向进给滑板的轴 线相垂直；所述清根机中的喷气管通过进气管口以及连接管路与设置在机架上 的空压机相连。
本发明中所述平衡轮机构是由水平安装在机架上的螺杆副、安装在螺杆副 中螺杆前端的与被焊接工件立面相接触的平衡轮、和位于螺杆副中螺杆后端的 调节手轮组成。
本发明中所述清根机的电刷通过电缆与位于机架下部的弧焊电源电连接， 从弧焊电源中引出的另 一极接地电缆与被焊接工件连接。
本发明中的机架为框架结构，且在框架竖杆间设置有用于调节机架高度的 伸縮节。
本发明也可采用以下技术方案来实现所述清根机的驱动电机通过由横向 进给滑板构成的调节机构安装在机架上；其中，所述机架为板式结构，在机架 上设置有与轨道架相配合的由行走机构电机驱动的槽轮组成的行走机构，所述 横向进给滑板以其轴线垂直于机架平面的方式安装在机架上，所述清根机的驱 动电机以其轴线垂直于横向进给滑板轴线的方式安装在横向进给滑板上。
本发明具有下述有益效果
由于本发明通过弧焊电源提供清根电流，在旋转的电极盘与工件焊缝之间 引起电弧，并由空压机提供压縮空气，利用压縮空气及电极盘的磨削作用实现 对被熔化焊缝根部的自动清理。这样既具有电弧的熔化作用，又具有盘式电极 的机械磨削作用，清根后坡口规整，成本低，坡口无氧化皮，而且可以根据要 求清理出不同形状的坡口，可实现清根后直接进行焊接目的，使焊缝清根质量 得到进一步保证。相比现有技术杜绝了手工碳弧气刨和手工砂轮清根所产生 的噪声、烟雾和粉尘，改善了作业环境。另外，本发明的设备可根据被焊接工件如管道、储罐、压力容器结构的 不同，通过将行走机构悬挂安装在罐壁板上或将行走机构安装在环式轨道上， 来实现对储罐、容器或管道进行焊缝清，清根速度达到2米/分钟；设备配套的 空压机、弧焊电源也可采用现场的通用设备，可进一步节省设备投资。利用本 发明的设备对焊缝清根，不仅清根表面质量好，且机械化、自动化程度高，操 作简便、工人劳动强度低，可使清根工效成倍提高，劳动强度大幅度降低。
图1是本发明的第一种实施方式的结构装配图。
图2是本发明的第二种实施方式的结构装配图。
图1、图2中序号1弧焊电源，2被焊接工件，3清根机的驱动电机，4 连接管路，5平衡轮机构，6行走机构电机，7行走机构，8空压机，9机架， IO用于调节机架高度的伸缩节，ll机架行走机构、清根机、空压机及弧焊电源 的控制箱，12清根机，13横向进给滑板，14调节丝杠，15手轮，16纵向调 节滑板，17手轮，18绝缘垫圈，19压板，20电极盘，21空心轴，22绝缘套， 23输出轴，24电刷，25进气管口， 26光杠，27手轮，28丝杠，29横向进给 滑板，30槽轮，31机架，32轨道架，33行走机构电机，34喷嘴。
具体实施例方式
本发明以以下将结合实施例(附图)作进一步描述
如图1所示，本实施例主要用于对大型储罐的焊口进行清根作业。本实施 例包括框架结构的立式机架，在机架的上部设置有可沿被焊接工件顶面作位移 运动的行走机构7，在行走机构下方的机架中部安装有用于调整机架与工件间 距离平衡轮机构5，用于调整机架与工件的距离，支撑机架平稳移动；在平衡 轮机构5的下方机架上安装有清根机12;所述清根机12包括通过由纵向调节 滑板16和横向进给滑板13组成的调节机构安装在机架上的驱动电机3 (其中 纵向调节滑板16的轴线与构成机架的竖杆相平行，并通过连接件与机架相固 接，横向进给滑板13安装在纵向调节滑板16的端部，且横向进给滑板13的轴线与纵向调节滑板16的轴线相垂直，清根机12的驱动电机3通过连接件横向 进给滑板13相结合，且驱动电机3的轴线与横向进给滑板13的轴线相垂直)， 以静配合方式依次套装在驱动电机输出轴23上的绝缘套22和空心轴21,套装 在绝缘套22上并通过压板19压装在空心轴21前端的电极盘20，安装在空心 轴外、并以动配合方式通过压紧弹簧与空心轴外壁相接触的两个呈半环形结构 的电刷24，以及以横跨电极盘20的方式固定安装在驱动电机前端盖上的呈门 字形结构的喷气管，在喷气管的两个下端口分别安装有一个喷嘴34，两个喷嘴 34的喷口均呈向下斜置、且相对的方式设置在电极盘20两侧，用于对熔融的 金属在压縮空气的作用下被吹走；所述喷气管通过进气管口 25以及连接管路4 与设置在机架上的空压机8相连；所述电极盘20外缘部分的横截面形状与被焊 接工件2的坡口形状相同(清根机的结构及零部件序号参见图2所示)。
本实施例中所述平衡轮机构5是由水平安装在机架上的螺杆副、安装在螺 杆副中螺杆前端的与被焊接板材立面相接触的平衡轮、和位于螺杆副中螺杆后 端的调节手轮组成；所述行走机构7包括由电机6和减速机构组成的驱动装置， 安装在驱动装置输出轴上的驱动轮；所述清根机电刷24通过电缆与位于机架下 部的弧焊电源1电连接，从弧焊电源1中引出的另一极接地电缆与被焊接工件 2连接。为适应不同工件高度的需要，本发明在框架式结构的机架竖杆间设置 有用于调节机架高度的伸縮节10，可根据工件焊缝的位置，伸縮调节机架高度， 调节后用螺钉固定。
本实施例中用于调节清根机的由纵向调节滑板16和横向进给滑板13组成 的调节机构采用光杠导向加丝杠传动的技术方案，相互垂直安装，进给滑板13 与框架连接固定在机架上。通过手轮17调节纵向调节滑板上下移动，用以横向 对中；通过手轮15调节丝杠14，螺旋传动滑板，左右移动用以调整清根深度， 以实现两个方向的自由调整，确保清根时焊缝的对中性以及清根深度。
本实施例的工作过程如下
采用本实施例的装置对储罐焊口进行清根工作时，可将本实施例的装置通 过行走机构7悬挂于储罐壁板2的上缘，通过调节手轮17使电极盘横向对中焊 缝，并通过调节手轮15调整好电极盘的清根深度，接通空压机8的电源，空压 机8开始工作，接通电机3的电源，电机带动电极盘旋转，接通弧焊电源l和行走驱动电机6的电源，机架9可以按一定的行走速度沿储罐壁板前进，同时 电极盘旋转，电极盘与工件之间即产生电弧，在电弧热的作用下，工件焊缝的 根部开始熔化，熔融的金属在压縮空气的作用下被吹走，与此同时利用电极盘 的磨削作用实现对被熔化焊缝根部的自动清理工作。由于清根采用电极熔的方 法，具有自动化工作效率高，消耗材料少，噪音小，无有害烟尘的特点。
实施例2
如图2所示，本实施例主要用于管道、容器焊口的清根作业，本实施例中 的清根机12结构与实施例1相同。两实施例的不同之处在于所述清根机12 的驱动电机3通过由横向进给滑板29构成的调节机构安装在机架31上；其中， 所述机架31为板式结构，在机架31上设置有与轨道架32相配合的由电机33 驱动的槽轮30组成的行走机构，所述横向进给滑板29以其轴线垂直于机架31 平面的方式安装在机架上，所述清根机的驱动电机3以其轴线垂直于横向进给 滑板29轴线的方式安装在横向进给滑板29上，该横向进给滑板采用平行设置 的光杠26导向，通过手轮27驱动丝杠28来带动清根机12横向进给的方案。
本实施例的工作过程如下
采用本实施例的装置对管道或容器焊口进行清根工作时，先将轨道架32环 绕管道或容器本体外进行固定，将两个槽轮30卡装在轨道架两侧，此时，调整 好电极盘与焊口位置。之后，通过手轮27调节丝杠28，驱动横向进给滑板29 运动，进而带动清根机12随横向进给滑板29同步运动，以调整需要清根的深 度。待清根装置调整安装到位后，接通压縮空气源，使压縮空气通过进气管口 25到达喷嘴34。启动弧焊电源和行走机构电机33的电源，装置即可以按一定 的行走速度绕焊口方向移动，同时电极盘旋转，电极盘与工件之间即产生电弧， 在电弧热的作用下，工件焊缝的根部开始熔化，熔融的金属在压縮空气的作用 下被吹走，旋转电极电熔焊缝自动清根装置对焊缝进行清根处理，以上操作可 通过控制按钮实现有线或无线远控操作，灵活可靠，自动化程度高。
权利要求
1、一种旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于该装置包括设置有行走机构的机架，通过调节机构安装在机架上的清根机(12)；所述清根机(12)包括与调节机构相结合的驱动电机(3)，以静配合方式依次套装在驱动电机输出轴(23)上的绝缘套(22)和空心轴(21)，套装在绝缘套(22)上并通过压板(19)压装在空心轴(21)前端的电极盘(20)，安装在空心轴外、并以动配合方式与空心轴相接触的两个电刷(24)，以及以横跨电极盘(20)的方式固定安装在驱动电机前端盖上的呈门字形结构的喷气管，在喷气管的两个下端口分别安装有一个喷嘴(34)，两个喷嘴(34)的喷口均呈向下斜置、且相对的方式设置在电极盘(20)两侧，所述喷气管通过进气管口(25)与压缩气源相连。
2、 根据权利要求l所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于 所述电刷(24)呈半环形结构，通过压紧弹簧与空心轴(21)的外壁相结合。
3、 根据权利要求l所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于-所述电极盘(20)外缘部分的横截面形状与被焊接工件的坡口形状相同。
4、 根据权利要求l所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于 所述机架为立式结构的机架(9)，所述行走机构包括由电机(6)和减速机构组 成的驱动装置，安装在驱动装置输出轴上的驱动轮(7);且该行走机构通过连接 件安装在机架(9)的上部，在行走机构下方的机架上安装有用于调整机架与工 件间距离平衡轮机构(5);所述清根机(12)通过由纵向调节滑板(16)和横向进 给滑板(13)组成的调节机构安装在平衡轮机构(5)下方的机架上，其中纵向调 节滑板(16)的轴线与构成机架的竖杆相平行，并通过连接件与机架相固接， 横向进给滑板(13)安装在纵向调节滑板(16)的端部，且横向进给滑板(13) 的轴线与纵向调节滑板(16)的轴线相垂直，清根机(12)的驱动电机(3)通过连 接件横向进给滑板(13)相结合，且驱动电机(3)的轴线与横向进给滑板(13) 的轴线相垂直；所述清根机(12)中的喷气管通过进气管口(25)以及连接管路(4) 与设置在机架上的空压机(8)相连。
5、 根据权利要求4所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于所述平衡轮机构(5)是由水平安装在机架上的螺杆副、安装在螺杆副中螺杆前 端的与被焊接板材立面相接触的平衡轮、和位于螺杆副中螺杆后端的调节手轮 组成。
6、 根据权利要求4所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于机架(9)为框架结构，且在框架竖杆间设置有用于调节机架高度的伸縮节(10)。
7、 根据权利要求l所述的旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于所述清根机(12)的驱动电机(3)通过由横向进给滑板(29)构成的调节机构安装 在机架(31)上；其中，所述机架(31)为板式结构，在机架(31)上设置有 与轨道架(32)相配合的由行走机构电机(33)驱动的槽轮(30)组成的行走 机构，所述横向进给滑板(29)以其轴线垂直于机架(31)平面的方式安装在 机架上，所述清根机的驱动电机(3)以其轴线垂直于横向进给滑板(29)轴线的 方式安装在横向进给滑板(29)上。
全文摘要
一种旋转电极电熔焊缝自动清根装置，其特征在于该装置包括设置有行走机构的机架，通过调节机构安装在机架上的清根机(12)；所述清根机(12)包括与调节机构相结合的驱动电机(3)，以静配合方式依次套装在驱动电机输出轴(23)上的绝缘套(22)和空心轴(21)，套装在绝缘套(22)上并通过压板(19)压装在空心轴(21)前端的电极盘(20)，安装在空心轴外、并以动配合方式与空心轴相接触的两个电刷(24)，以及以横跨电极盘(20)的方式固定安装在驱动电机前端盖上的呈门字形结构的喷气管，在喷气管的两个下端口分别安装有一个喷嘴(34)，两个喷嘴(34)的喷口均呈向下斜置、且相对的方式设置在电极盘(20)两侧，所述喷气管通过进气管口(25)与压缩气源相连。
文档编号B23K9/013GK101306485SQ20081005019
公开日2008年11月19日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者孙克刚, 杨文会, 鹏 金, 钱明亮, 陈连山, 高豹华 申请人:中国石油天然气管道局