专利名称：垂直气电立焊专用设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电焊设备，更具体地说，涉及实现垂直气电立焊的设备。
背景技术：
垂直气电立焊是一种在母材坡口背面粘贴陶瓷衬垫，在坡口正面进行焊接，实现焊缝正反面一次成形的高效率焊接方法，在船体平直立焊位置合拢对接焊缝中广泛应用。图I为垂直气电立焊的原理图。其中，被焊接的母材112背后垫设陶瓷衬垫111，母材112正面压设有滑块113，焊枪114送至焊缝处，图中示出了熔渣115、电弧116、熔融金属117、凝固焊缝118，以及保护气体输送口 119和冷却水输入口 120、冷却水排出口 121。现有技术上述背面选用的陶瓷衬垫111，对焊缝起到强迫成形的作用。由于陶瓷衬垫为一次性消耗材料，且需要进行衬垫安装施工，造成施工成本的增加。
发明内容
本发明主要是为大型船舶总组、合拢垂直对接焊缝的一次焊接完成的需要，解决3G EGff (垂直气电立焊)背滑块在各种各种不同板厚工况下，快速、可靠安装，并在焊接过程中实时保证背滑块与钢板紧密贴合，保障焊接质量、提高焊接效率的背滑块板厚随动快速夹持辅助设备。为了达到上述目的，本发明提供一种垂直气电立焊专用设备，包括一个板状架体，所述板状架体分为使用阶段位于待焊接钢板背面的直边侧和位于待焊接板材前方正面的异形侧。其中，所述直边侧的架体上部穿设轮轴并设置定位轮；所述直边侧的架体下部为条状，条状板材的下端部通过钩形结构挂设背滑块；所述定位轮和所述背滑块的前端面处于一个平面内，用于贴合待焊接的钢板的背部；异形侧的架体上相对于所述定位轮和所述背滑块之间的位置设置用于支顶两侧待焊接钢板的导向顶紧机构。上述机构已能够初步完成垂直气电立焊所需的焊接工作，主要依靠定位轮、导向顶紧机构、以及背滑块三部分的相互作用，夹紧、支顶住待焊接的钢板，在背滑块的辅助作用下，焊枪在焊缝处实现焊接工作。所述背滑块也可选用现有技术的陶瓷衬垫，为了达到重复使用的目的，本发明背滑块选用材质为紫铜的长方体状构件，体内设有冷却水通道，冷却水通道连接了冷却水出/入管道。此外，所述导向顶紧机构为固定于所述板状架体上位于两侧分设的液压支顶设备或气压支顶设备，或弹簧支顶设备。最优方式下，本发明所述导向顶紧机构为设置于所述板状架体中部槽体内的支顶机构(导向顶紧轮机构)，具体包括一个中部为圆柱体、两端为板状结构的顶紧轮旋体，所述顶紧轮旋体中部的圆柱体外部套接在弹性顶紧装置本体前端的筒形内，而所述弹性顶紧装置本体的后部为一个垂直于所述前端筒形结构设置的筒体，所述筒体内设置支撑弹簧；所述筒体的后端面通过螺纹旋接了一个距离调整螺杆，所述距离调整螺杆的后端设置有卡接结构，用于卡接固定在所述板状架体上。此外，所述顶紧轮旋体两侧的所述板状结构分别穿设了轮体轴并设置导向顶紧轮；导向顶紧轮的前端构成支顶所述待焊钢板的端面。本发明主要是为大型船舶总组、合拢垂直对接焊缝的一次焊接完成的需要，解决3G EGff (垂直气电立焊)背滑块在各种各种不同板厚工况下，快速、可靠安装，并在焊接过程中实时保证背滑块与钢板紧密贴合，保障焊接质量、提高焊接效率的背滑块板厚随动快速夹持辅助设备。本设备专用于垂直气电立焊，被焊钢板背面的背滑块、定位轮，正面的导向顶紧轮，共同作用夹持住被焊钢板，实现3G-EGW背滑块装置和背滑块沿焊缝随运动，起到焊缝跟踪作用，并保证焊接过程中背滑块与钢板实施紧密贴合。本发明主要围绕背面滑块的设计、制作、焊接工艺试验进行，目标是研究、开发一种可重复使用的，适合垂直气电立焊焊接施工需要的3G EGW背滑块机构，达到背面焊缝成形不低于原来使用一次性陶瓷衬垫的水平，替代陶瓷衬垫，降低施工成本。
图I是垂直气电立焊的原理结构示意图。图2是本发明垂直气电立焊专用设备的整体结构示意图。图3是图2中本发明垂直气电立焊专用设备的板状架体结构示意图。图4是导向顶紧轮的设置方式结构示意图。图5是导向顶紧轮后侧弹性顶紧装置的安装第一状态结构示意图。图6是导向顶紧轮的安装第一状态结构示意图。图7是导向顶紧轮的安装第二状态结构示意图。图8是导向顶紧轮后侧弹性顶紧装置的安装第二状态结构示意图。图9是导向顶紧轮及其后侧弹性顶紧装置安装完成的状态结构示意图。图10是背滑块与本发明设备架体的配合状态结构示意图。图11是图11所示状态的俯视结构示意图。图12是图11所示状态的右视结构示意图。图13是本发明垂直气电立焊专用设备中冷却水循环系统的结构示意图。图14是图13中A-A向剖视结构示意图。图15是图14中B-B向剖视结构示意图。图16是图13所示结构的端侧投影结构示意图(右侧)。图17是图13所示结构的端侧结构示意图(右侧)，显示了间隙配合。图18是冷却水循环系统的快速接头组件结构示意图。图19是图2中定位轮处的局部放大俯视结构示意图。图20是图2中导向顶紧轮处的局部放大俯视结构示意图。图21是图2中背滑块处的局部放大俯视结构示意图。图22是图2中定位轮与导向顶紧轮配合工作的原理结构示意图。图23是本发明垂直气电立焊专用设备的位移调整组件原理结构示意图。图24是图23所示结构的俯视结构示意图。图25是导向顶紧轮对被焊钢板间隙角度小时的工作状态示意图。图26是导向顶紧轮对被焊钢板间隙角度大时的工作状态示意图。
图27是导向顶紧轮对被焊钢板坡口角度大时的工作状态示意图。图28是导向顶紧轮对被焊钢板坡口角度小时的工作状态示意图。图29是导向顶紧轮对被焊钢板不同板厚的工作状态示意图。图30是导向顶紧轮保证背滑块挂臂与坡口中线的对位的状态示意图。图31是图30所示状态侧视图。图中，板状架体I、轮轴2、定位轮3、背滑块4、导向顶紧轮5、矩形冷却水穿越管构件6、滑槽8、移动施工车9、钢板10、轮体轴11、冷却水入口 12、冷却水出口 13、定位销14、距离调整螺杆15、卡接件16、弹簧17、弹性顶紧装置本体18、顶紧轮旋体19、条状板材20、孔21、圆弧22、金属导管23、倒U型挂体24、旋紧螺母/旋紧螺栓组件25、水管接头26、橡胶圈27、矩形压紧块28、定位槽/定位孔/定位销机构29、盘状手柄30、压紧杆31、刚性本体32、橡胶垫33、挂架41、横向螺杆42、竖向调节螺杆43、水平旋转钮45、垂直旋转钮46、连接小车的固定杆47、支撑限位支架55、板状结构56、支撑柱57。
具体实施例方式如图2和图3所示，垂直气电立焊专用设备包括一个板状架体I，所述板状架体I分为使用阶段位于待焊接板材后方背面的直边侧(图中左侧)和位于待焊接板材前方正面的异形侧(图中右侧)两个部分。其中直边侧的架体上部打孔穿设轮轴2后设置定位轮3 ；直边侧的架体下部为条状，条状板材20的下端部通过钩形结构挂设背滑块4。相应的，背滑块4设有用于与板状架体钩形结构相挂接的孔型结构。所述定位轮3和所述背滑块4的前端面处于一个平面内，用于贴合待焊接的钢板10背面；有时因板材平整度等有原因，定位轮3和背滑块4的前端面或有微小偏差，挂臂产生微小变位，确保背滑块与钢板10之间紧密贴合。如图所示，异形侧的架体I对应于定位轮3和背滑块4之间的位置，形成槽体，槽内借助异形侧的架体结构设置有导向顶紧轮机构。导向顶紧轮机构的设置方式为如图4所示，在一个中部为柱体、两端为板状结构的顶紧轮旋体19上，位于两端板状结构处分别穿设轮体轴11，并通过所述轮体轴11设置导向顶紧轮5。所述导向顶紧轮5包括跨接且贴合在所述板状结构56的两侧部分，而且在导向顶紧轮5的外端侧形成两侧对称的梯形截面。梯形的角度设计成120°，使导向轮的外侧梯形斜面形成60°的角度，以适应待焊接钢板坡口角度变化范围(50°飞0° )。此外，所述板状结构的厚度与所述板状架体I的厚度相当，从而导向顶紧轮5的两侧部分也能跨接在所述板状架体I的两侧。所述顶紧轮旋体中部的柱体外部套接了弹性顶紧装置本体18前端的筒形内，而所述弹性顶紧装置本体18的后部为一个垂直于所述前端筒形结构设置的筒体，所述筒体内设置支撑弹簧17 (结合图2所示)，所述筒体的后端侧通过螺纹旋接了一个距离调整螺杆15，为了增加连接强度，距离调整螺杆伸入所述筒体内，且以旋接方式套有一个支撑柱57 (图5所示)，所述支撑柱57 —侧由所述弹簧17支顶，另一侧被顶靠在所述筒体内侧的后端。所述距离调整螺杆15的外端设置有卡接部位，使用时，通过连接在所述架体I上的卡接件16实现固定。使用阶段，结合图2、图22、图29说明，本发明专用装置采用坡口跟踪式，此种背滑块装置形式，通过导向顶紧轮跟踪坡口，保证背滑块与坡口的对中。其中，导向顶紧轮与被焊钢板坡口面弹性顶紧，兼顾导向、顶紧两种功能，保证导向顶紧轮始终与坡口中线相符。导向顶紧轮上的凹槽，用于夹持背滑块挂臂的架体1，制约挂臂架体I位置与导向顶紧轮位置相对固定，即保证挂臂架体I始终与坡口中线相符。被焊钢板背面的背滑块、定位轮，正面的导向顶紧轮，共同作用夹持住被焊钢板，实现专用设备和背滑块沿焊缝运动，起到焊缝跟踪作用，并保证焊接过程中背滑块与钢板实施紧密贴合。导向顶紧轮形式采用外部梯形，中间设有凹槽。外部梯形用于卡在被焊钢板的坡口面上，起到跟踪焊缝作用，中间的凹槽用于夹持背滑块挂臂本体，限制其左右移动，起到定位作用。从而使导向顶紧轮同时兼顾导向、顶紧、定位三大功能。本发明采用双顶紧轮机构设置，保证背滑块挂臂与坡口中线的对位，有效防止板状架体中线与坡口中线之间不平行情况发生。如图30-31所示，上下两个导向顶紧轮，分别定位出图中点C和点D。由于点I和点2均位于该部位坡口的中线上，所以由此两个点确定的挂臂中线A与坡口中线B —致，避免了挂臂向两侧的倾斜，从而保证板状架体所带动的背滑块与焊缝相对位置对中。如图25-29所示，弹性顶紧机构配合梯形顶紧轮，确保装置对于各种不同板厚、不同装配间隙、不同坡口角度工况的适应性。图29为不同板厚工况下适应性示意图。图25和26为不同间隙工况下适应性示意图。图27和28为不同坡口角度工况下适应性示意图。如图5-9所示，弹性顶紧机构中，顶紧轮旋体与顶紧机构本体之间可±90°旋折，保证装置使用时的快速安装；压力调节手柄可方便实现顶紧程度的快速调节。图5中将导向顶紧轮旋体与本体侧向旋折(如图中箭头方向，可最大旋折90° )。图6中将导向顶紧轮倾斜方向插入挂臂架体I的槽体中(如图中箭头方向)。图7中将导向顶紧轮旋转至垂直位置(如图中箭头方向)；注意上下导向顶紧轮的凹槽卡住挂臂本体；而后将导向顶紧轮推向钢板，顶紧。图8中将导向顶紧轮的本体与旋体转折回原位(如图中箭头方向)。如图9中将定位座卡入背滑块挂臂上的凹槽；旋转距离调整螺杆15的盘状手柄30，调节至适当的顶紧程度。如图13-17所示，导向顶紧轮5与定位轮3之间的异形侧架体I上固定有矩形冷却水穿越管构件6。所述矩形冷却水穿越管构件6整体成长方体结构，其体内开设两道上下平行且前后走向的冷却水通道，矩形冷却水穿越管构件6位于冷却水通道两侧的表面垂直冷却水通道开设位于冷却水通道的前后端的连接孔。其中，冷却水通道后端的连接孔位于矩形冷却水穿越管构件6的两侧表面，冷却水通道前端的连接孔位于矩形冷却水穿越管构件6的同侧表面；从而每一条冷却水通道的前端和后端分别在矩形冷却水穿越管构件6的侧表面连通有一个独立的连接孔。此外，两条冷却水通道的后端分别在定位轮3的下方以连通方式连接了金属导管23，两个金属导管23连至背滑块4的体内通道，并依靠体内通道在背滑块4的体内相互导通，形成冷却水的循环，为背滑块降温。两条冷却水通道的前端，通过与所述矩形冷却水穿越管构件6连接的快速接头组件实现冷却水的供给。如图18所示，快速接头组件包括套在矩形冷却水穿越管构件6前端外部的方框状刚性本体32。刚性本体32对应矩形冷却水穿越管构件6前端的连接孔位置穿设并卡接有两个水管接头26，两个所述水管接头26分别通过设置橡胶圈27密封连接了前端的连接孔，两个水管接头分别对应了冷却水入口 12和冷却水出口 13 (图2所示)；冷却水入口通过塑料软管连接水源。而矩形冷却水穿越管构件6的另一侧表面通过垫设橡胶垫33由矩形压紧块28支顶，其中，橡胶垫33和矩形压紧块28均设置在刚性本体32的方框内，且矩形压紧块28的另一侧栓设固定有压紧杆31，所述压紧杆31以螺纹孔旋接方式穿设于刚性本体32上，所述压紧杆31的外端连接了盘状手柄30。图中标号29为定位槽、定位孔、定位销机构的位置。本发明水冷背滑块与矩形冷却水穿越管之间的循环水管采用金属材质，防止焊接过程中电弧热量造成冷却水管损坏；在板状架体与矩形冷却水穿越管之间设有隙轴孔连接机构，实现背滑块与挂臂之间的适当滑移，保证在因钢板不平等原因，促使挂臂产生微小变位时，背滑块与钢板之间的实时紧密贴合。冷却水管快速接头装置，保证矩形冷却水穿越管与循环水箱水管之间的快速、便捷、可靠连接。背滑块水冷管快速接头装置，由设有并排侧向管件接头、压紧旋杆、压紧头、刚性本体组成。压紧旋杆设有定位槽，压紧头设有定位孔、定位销和橡胶垫，并排侧向管件接头设有密封橡胶圈。装置中的压紧旋杆旋入刚性本体的侧面螺孔，并装入压紧头，将定位销钉入设置于压紧头上的定位孔，形成整体，并通过旋转压紧旋杆，实现压紧头的压紧和松开运动，达到联动。由于定位销等机构均设置在压紧头的本体之内，能够实现在压紧头的压紧面上设置橡胶垫；该装置的水管接头的一端，连接冷却水的输入和输出橡胶管，在闲置时，将压紧旋杆旋紧，通过设置于压紧头上的橡胶垫将水管端口密封，防止杂物进入水管系统；使用时，将矩形水冷管从侧面插入背滑块水冷管快速接头装置，使并排设置的水管接头插入矩形冷却水管的侧面进出孔，通过旋转压紧旋杆实现水管接头与矩形水管的连接；水管接头设有凹槽和密封橡胶圈，实现冷却水输入、输出接头系统的可靠密封连接。装置体积小、安装使用方便、操作便捷、连接安全可靠，经试验和实际使用验证，证明是一种快速、便捷、可靠的背滑块水冷管快速接头装置。矩形冷却水穿越管构件6与异形侧架体I的优选固定方式为如图15-图17所示，位于矩形冷却水穿越管构件6的两侧焊接有支撑限位支架55，该限位支架55与所述架体I的其他部位连为一体，所述限位支架55与所述矩形冷却水穿越管构件6还通过一根定位销14穿设在一起，其中所述定位销14与所述矩形冷却水穿越管构件6中的销孔以间隙配合方式固定，间隙大小±0. 5mm。同时矩形冷却水穿越管构件6与限位支架之间也留有间隙d。也就是说，在板状架体与矩形冷却水穿越管构件6之间设有隙轴孔连接机构，实现板状架体之间的适当滑移，保证在因钢板不平等原因，促使挂臂产生微小变位时，背滑块与钢板之间的实时紧密贴合。图中符号d表示间隙。板状架体I的上部开设有水平的滑槽8 (图2所示)，通过所述滑槽8连接了位移调整组件，所述位移调整装置如图23和图24所示，包括固连于移动施工车9 (图2所示)上的挂架41，挂架中开设有第一水平槽，第一水平槽中水平设置盘状水平旋转钮45，所述水平旋转钮45通过螺纹孔旋接了一个竖向的调节螺杆43，所述竖向调节螺杆43的下端连接了倒U型挂体24，所述倒U型挂体24通过旋紧螺母、旋紧螺栓组件25卡接于板状架体I的上部滑槽8中。旋紧螺母、旋紧螺栓可以调节所述倒U型挂体24与所述滑槽8的位置。此夕卜，所述竖向调节螺杆43的中部套接了一个外部套筒，所述套筒置于所述挂架中开设的第二水平槽中，并在槽内移动；而且所述套筒的外部连接了平行所述第二水平槽的横向螺杆42，所述横向螺杆42的一端旋接了 一个盘状垂直旋转钮46，所述垂直旋转钮46镶嵌于所述挂架41中开设的一个竖向槽体内。图中，标号47为连接小车的固定杆47。本发明专用设备选用了三维调节装置，方便背滑块装置的快速安装、三维位置调节，并保证焊接过程中背滑块与钢板的实时紧密贴合。三维调节装置，由滑动本体、背滑块悬挂杆(配置有Z向调节轴)、横向调节杆、固定杆和两个调节旋钮组合为一体。通过固定杆将三维调节装置与自动焊接设备固定，焊接过程中带动背滑块与焊接设备同步行进；通过设置于背滑块悬挂杆上的Y向调节轴与滑块机构的随动滑槽装配一起，支撑滑块机构的同时，焊接过程中自动进行板厚方向(Z方向)的随动调节；安装时，根据设备相对于焊缝的位置，通过背滑块悬挂杆及设置的旋钮，可以连续调节背滑块的上下位置，精确确定Y向位置；通过与背滑块悬挂杆联动的横向调节杆及其调节旋钮，调节背滑块机构在水平方向(X方向)的位置。装置体积小、安装使用方便、调节便捷、精度连续可调，经试验和实际使用验证，证明是一种高效、精确、可靠的三维调节装置。如图10-12所示，背滑块4整体为条状长方体结构，背面上部有一竖向凹槽，使用时，架体I直边侧下部的条状板材20限定在凹槽内。而架体I直边侧下部的钩形结构位于背滑块背部的孔21内，也是以间隙配合的方式固定；也就是说，背滑块与挂臂之间采用有隙的轴孔连接，并挂臂杆部分与背滑块的相应凹槽之间留有适当间隙，达到背滑块可适当滑移位置，保证即使挂臂产生微小抖动，不影响背滑块与被焊钢板之间的紧密贴合，保证焊接过程稳定。如图11所示，而背滑块4的正面设置有梯形槽，槽体边角处采用圆弧过渡22，梯形槽的设置预留了焊接过程中熔渣的留存空间，保证焊缝焊之处成过渡圆滑形式。此外，背滑块4由紫铜材质制作，内设有用于冷却水循环的内部腔体和与外部连接冷却水循环系统连接的进出水通道。本发明设备在背滑块本体上，设置梯形成形槽，预留焊接过程中熔渣的留存空间，保证焊缝焊趾初过渡圆滑；背滑块与挂臂之间采用有隙的轴孔连接，并挂臂杆部分与背滑块的相应凹槽之间留有适当间隙，达到背滑块可适当滑移位置，保证即使挂臂产生微小抖动，不影响背滑块与被焊钢板之间的紧密贴合，保证焊接过程稳定。最优方式下，本发明装置架体I的整体厚度仅6mm，降低了最小使用间隙的界限，满足使用需求；矩形冷却水穿越管机构，解决了小间隙(6mm)工况下背滑块冷却水循环问题。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种垂直气电立焊专用设备，其特征在于，包括一个板状架体(I)，所述板状架体(I)分为使用阶段位于待焊接钢板(10)背面的直边侧和位于待焊接钢板(10)前方的异形侧；其中， 所述直边侧的架体上部穿设轮轴(2)并设置定位轮(3);所述直边侧的架体下部为条状，条状板材(20)的下端部通过钩形结构挂设背滑块(4)； 所述定位轮(3)和所述背滑块(4)的前端面处于一个平面内，用于贴合待焊接的钢板(10)的背部； 异形侧的架体(I)上相对于所述定位轮(3)和所述背滑块(4)之间的位置设置用于支顶两侧待焊接钢板(10)的导向顶紧机构。
2.根据权利要求I所述垂直气电立焊专用设备，其特征在于，所述背滑块(4)材质为紫铜，呈长方体状，体内设有冷却水通道，所述冷却水通道连接了外部冷却水出/入管道。
3.根据权利要求I或2所述垂直气电立焊专用设备，其特征在于，所述导向顶紧轮机构为固定于所述板状架体(I)上位于两侧分设的液压支顶设备或气压支顶设备，或弹簧支顶设备。
4.根据权利要求I或2所述垂直气电立焊专用设备，其特征在于，所述导向顶紧机构为设置于所述板状架体(I)中部槽体内的导向顶紧轮机构； 具体包括一个中部为圆柱体、两端为板状结构(56)的顶紧轮旋体(19)，所述顶紧轮旋体(19)中部的圆柱体外部套接在弹性顶紧装置本体(18)前端的筒形内，而所述弹性顶紧装置本体(18)的后部为一个垂直于所述前端筒形结构设置的筒体，所述筒体内设置支撑弹簧(17);所述筒体的后端面通过螺纹孔旋接了一个距离调整螺杆(15)，所述距离调整螺杆(15)的后端设置有卡接结构，用于卡接固定在所述板状架体(I)上； 而所述顶紧轮旋体(19)两侧的所述板状结构(56)分别穿设了轮体轴(11)并设置导向顶紧轮(5);导向顶紧轮(5)的前端构成支顶所述待焊钢板(10)的端面。
全文摘要
本发明公开了一种垂直气电立焊专用设备，包括一个板状架体(1)，板状架体(1)分为使用阶段位于待焊接钢板(10)背面的直边侧和前方的异形侧；其中，直边侧的架体上部穿设轮轴(2)并设置定位轮(3)；直边侧的架体下部为条状，条状板材(20)的下端部通过钩形结构挂设背滑块(4)；定位轮和背滑块的前端面处于一个平面内，用于贴合钢板的背部；异形侧的架体上相对于定位轮和背滑块之间的位置设置用于支顶两侧待焊接钢板的导向顶紧机构。本发明专用于垂直气电立焊，被焊钢板背面的背滑块、定位轮，正面的导向顶紧轮，共同作用夹持住被焊钢板，实现3G-EGW背滑块装置和背滑块沿焊缝随运动，起到焊缝跟踪作用，并保证焊接过程中背滑块与钢板实施紧密贴合。
文档编号B23K9/127GK102974920SQ20121050700
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者杨岳山, 陈绍全, 孙成凯, 王淑梅, 宋义兵, 王益多 申请人:大连船舶重工集团有限公司