一种适用于压力钢管加劲环自动化焊接系统及焊接方法与流程

本发明属于压力钢管自动化焊接技术领域，尤其涉及一种适用于压力钢管加劲环自动化焊接系统、焊接小车装置及焊接方法及方法，主要用于水电站单管节压力钢管纵缝焊接并矫正完成后，组装好加劲环后，对加劲环与钢管管壁组成的平角焊的自动化焊接装置，也可用于大型圆桶型容器等外部附件的平角焊缝的焊接。

背景技术：

压力钢管是水电站输水工建筑物的重要组成部分，它衔接着电站的进水口和水轮机蜗壳，起着将水由进水口引入蜗壳，推进水轮机转动的作用。压力钢管常见的布置形式有：明管、地下埋管、回填管、坝后背管、坝后埋管等。其坝后背管和坝后埋管钢管直径较大，通常由2至3个瓦片组成，三峡电站左右岸厂房26台机组引水系统压力钢管最大直径12.8米。向家坝水电站右岸地下厂房4台机组引水系统压力钢管最大直径14.4米，是迄今为止世界上直径最大的压力钢管。此类大直径压力钢管往往采用工地现场制造的方法进行，对于纵缝的焊接已经实现了自动化焊接，但加劲环与管壁组成的角焊一直采用的是焊条电弧焊的方式，该焊缝焊接数量多，往往单节钢管上会有2～3道加劲环，加劲环的宽度为150～300mm。

对于大直径压力钢管加劲环的焊接通常采用人工焊接的方式进行，采用人工焊接的方式焊接人员的工作量大，工作效率低；而且人工焊接过程中，无法很好的保证焊接质量，焊接过程中容易发生焊接变形，进而影响了整个压力钢管的质量；在焊接过程中焊接成本比较高。

在前一个申请“一种用于压力钢管加劲环自动化焊接装置及方法”也公开了一种压力钢管加劲环的焊接装置，但是此焊接装置只能适用于小直径压力钢管的焊接，而且在焊接过程中需要采用卧式结构，需要采用辅助装置对钢管进行翻转。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有压力钢管加劲环焊接的不足，而提供的一种适用于压力钢管加劲环自动化焊接系统及焊接方法，此焊接装置能够提高大型及巨型压力钢管制造质量，实现加劲环自动化焊接，解放生产力，提高生产效率，降低生产成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种适用于压力钢管加劲环自动化焊接系统，它包括焊机，所述焊机通过外接电源线与外接电源相连，所述焊机通过焊机低压输出线与气瓶的开启阀加热装置相连，所述气瓶的输出气管与焊接小车的送丝管路和焊接小车的焊枪夹持器相连，所述焊接小车的焊枪夹持器与送丝机相配合实现自动送丝，所述送丝机与焊丝卷筒相连，所述焊接小车通过小车外接电源线与小车外接电源相连。

所述焊接小车包括小车框架，所述下车框架的顶部侧面边缘安装有第一侧壁驱动轮和第二侧壁驱动轮，所述小车框架的底部端面边缘分别固定安装有第一轨道和第二轨道，所述第一轨道上滑动配合安装有第一支撑架，所述第一支撑架的底部支撑安装有第一支撑从动轮，所述第二轨道上滑动配合安装有第二支撑架，所述第二支撑架的底部支撑安装有第二支撑从动轮，所述小车框架的底部与第二支撑从动轮平行的内侧面固定安装有第三支撑从动轮，所述小车框架的中间凹槽部位安装有焊枪安装板，所述焊枪安装板的底端安装有摆动机构，所述摆动机构上固定安装有焊枪。

所述摆动机构包括摆动电机，所述摆动电机的输出轴上安装有焊接安装架，所述焊枪安装架上固定安装有焊枪。

所述焊枪安装板上加工有滑槽，所述滑槽上安装有紧定螺栓，所述紧定螺栓与小车框架的内壁螺纹孔相配合连接。

所述第一侧壁驱动轮和第二侧壁驱动轮采用带有磁性的材料制成，并与电机驱动装置相连，能够紧贴着钢管外壁做周向运动。

所述第一支撑架上安装有第一紧定螺钉，所述第一紧定螺钉与第一轨道相配合对第一支撑从动轮进行固定。

所述第二支撑架上安装有第二紧定螺钉，所述第二紧定螺钉与第二轨道相配合对第二支撑从动轮进行固定。

所述小车框架的外侧面安装有控制面板，所述控制面板上安装有操作按钮，所述操作按钮与控制器相连，所述控制器通过焊机低压输出线分别与第一侧壁驱动轮和第二侧壁驱动轮电机驱动装置以及摆动机构的摆动电机相连，控制相应驱动装置的动作。

所述焊枪的导线的长度为3-5m；所述气瓶内部充有CO₂保护气。

所述第三支撑从动轮设置在焊缝的前端，所述焊接小车的数量根据所焊接的钢管直径确定。

采用任意一项自动化焊接系统自动焊接方法，包括以下步骤：

第一步，将焊接小车的焊枪通过导线与焊机相连，将气瓶通过输出气管与焊接小车相连，将送丝机与焊枪相配合；

第二步，根据所要焊接的加劲环的宽度调节第一支撑从动轮和第二支撑从动轮在滑轨上的位置，保证焊接小车通过三个支撑轮稳定支撑在加劲环上，然后通过紧定螺钉锁定两个支撑轮；

第三步，接通外接电源和小车外接电源，操作焊接小车上控制面板，启动第一侧壁驱动轮和第二侧壁驱动轮的驱动装置，两个驱动轮带动小车沿着钢管壁移动，进而带动焊枪对焊缝进行焊接；

第四步，调节摆动电机带动焊枪摆动，调节焊缝的宽度，进而满足焊接要求，直到整个加劲环焊接完成，再进行下一个加劲环的焊接。

本发明有如下有益效果：

1、通过将焊接小车与焊机相连，能够实现对加劲环的自动焊接；

2、本装置结构制造简单，利用现有的CO₂气体保护焊机、送丝机构以及本发明设计的焊接小车，主要效果体现在，体积小、重量轻，无轨道行走而且移动方便；

3、减少劳动强度，改善作业环境；

5、提高工作效率，是焊条电弧焊的1.5倍；

6、自动化程度高，确保焊接质量的稳定性；

7、不需要很熟练的技术工人；

8、避免人为因素所造成的焊缝质量不良，一般地手工操作的不良率在20%左右，而采用自动焊接小车没有因此产生的焊接不良率，因此其综合效益，比焊条电弧焊提高近200%；

9、通过第一侧壁驱动轮和第二侧壁驱动轮能够与钢管壁相贴合进而保证了焊接小车沿着钢管壁的圆周移动；

10、通过第一支撑从动轮和第二支撑从动轮是个从动轮可以在导轨上滑动调节，根据加劲环的宽度来适应管壁之间的距离，以得到一个稳定的支承平面；

11、焊缝的熔深在送丝机上调整电流来控制，焊缝的宽度由焊接小车的摆动电机来实现，通过摆动电机带动焊枪上下移动进而调节焊缝的宽度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的焊接系统整体结构示意图。

图2为本发明的焊接小车整体结构示意图。

图3为本发明的焊接小车另一个视角整体结构示意图。

图4为本发明的焊接小车主视图。

图5为本发明的焊接小车左视图。

图6为本发明的焊接小车去掉从动轮之后的结构图。

图中：焊机1、外接电源线2、外接电源3、焊机低压输出线4、气瓶5、输出气管6、焊丝卷筒7、送丝机8、焊丝9、小车外接电源10、小车外接电源线11、钢管壁12、焊接小车13、加劲环14；

第一侧壁驱动轮1301、小车框架1302、第二侧壁驱动轮1303、第二支撑架1314、第一轨道1305、第二轨道1316、第一紧定螺钉1307、第一支撑从动轮1308、焊枪1309、焊枪安装架1310、摆动电机1311、第三支撑从动轮1312、第二支撑从动轮1313、第二支撑架1314、第二紧定螺钉1315、第二轨道1316、滑槽1317、紧定螺栓1318、枪安装板1319、导线1320。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-6，一种适用于压力钢管加劲环自动化焊接系统，其特征在于：它包括焊机1，所述焊机1通过外接电源线2与外接电源3相连，所述焊机1通过焊机低压输出线4与气瓶5的开启阀加热装置相连，所述气瓶5的输出气管6与焊接小车13的送丝管路与焊接小车13的焊枪夹持器相连，所述焊接小车13的焊枪夹持器与送丝机8相配合实现自动送丝，所述送丝机8与焊丝卷筒7相连，所述焊接小车13通过小车外接电源线11与小车外接电源10相连。

进一步的，所述焊接小车13包括小车框架1302，所述下车框架1302的顶部侧面边缘安装有第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303，所述小车框架1302的底部端面边缘分别固定安装有第一轨道1305和第二轨道1316，所述第一轨道1305上滑动配合安装有第一支撑架1306，所述第一支撑架1306的底部支撑安装有第一支撑从动轮1308，所述第二轨道1316上滑动配合安装有第二支撑架1314，所述第二支撑架1314的底部支撑安装有第二支撑从动轮1313，所述小车框架1302的底部与第二支撑从动轮1313平行的内侧面固定安装有第三支撑从动轮1312，所述小车框架1302的中间凹槽部位安装有焊枪安装板1319，所述焊枪安装板1319的底端安装有摆动机构，所述摆动机构上固定安装有焊枪1309。工作过程中通过第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303与钢管壁12相吸合保证了焊接小车13沿着钢管壁和加劲环圆周移动。

进一步的，所述摆动机构包括摆动电机1311，所述摆动电机1311的输出轴上安装有焊接安装架1310，所述焊枪安装架1310上固定安装有焊枪1309。通过摆动机构能够调节焊枪1309的摆角，进而调节焊缝宽度。

进一步的，所述焊枪安装板1319上加工有滑槽1317，所述滑槽1317上安装有紧定螺栓1318，所述紧定螺栓1318与小车框架1302的内壁螺纹孔相配合连接。通过紧定螺栓能够固定第一支撑从动轮1308和第二支撑从动轮1313。

进一步的，所述第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303采用带有磁性的材料制成，并与电机驱动装置相连，能够紧贴着钢管外壁做周向运动。

进一步的，所述第一支撑架1306上安装有第一紧定螺钉1307，所述第一紧定螺钉1307与第一轨道1305相配合对第一支撑从动轮1308进行固定。

进一步的，所述第二支撑架1314上安装有第二紧定螺钉1315，所述第二紧定螺钉1315与第二轨道1316相配合对第二支撑从动轮1313进行固定。

进一步的，所述小车框架1302的外侧面安装有控制面板1304，所述控制面板1304上安装有操作按钮，所述操作按钮与控制器相连，所述控制器通过焊机低压输出线分别与第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303电机驱动装置以及摆动机构的摆动电机1311相连，控制相应驱动装置的动作。

进一步的，所述焊枪1309的导线1320的长度为3-5m；所述气瓶5内部充有CO₂保护气。采用保护气保证了焊接质量。

进一步的，所述第三支撑从动轮1312设置在焊缝的前端，所述焊接小车13的数量根据所焊接的钢管直径确定。根据所设计的焊脚尺寸，可以1～3道来完成该平角焊缝的焊接。对于直径较大的钢管，加劲环的焊接一般会布置3～4台焊接小车，这样才能充分体现自动焊的效率和优势。

实施例2：

采用任意一项自动化焊接系统自动焊接方法，包括以下步骤：

第一步，将焊接小车13的焊枪1309通过导线与焊机1相连，将气瓶5通过输出气管6与焊接小车13相连，将送丝机8与焊枪1309相配合；

第二步，根据所要焊接的加劲环14的宽度调节第一支撑从动轮1308和第二支撑从动轮1313在滑轨上的位置，保证焊接小车13通过三个支撑轮稳定支撑在加劲环14上，然后通过紧定螺钉锁定两个支撑轮；

第三步，接通外接电源3和小车外接电源10，操作焊接小车13上控制面板1304，启动第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303的驱动装置，两个驱动轮带动小车沿着钢管壁12移动，进而带动焊枪1309对焊缝进行焊接；

第四步，调节摆动电机1311带动焊枪1309摆动，调节焊缝的宽度，进而满足焊接要求，直到整个加劲环14焊接完成，再进行下一个加劲环14的焊接。

本发明的工作过程和工作原理：

焊接小车结构简单，第一侧壁驱动轮1301和第二侧壁驱动轮1303沿着钢管外壁做周向的运动，三个支承轮在加劲环14上做周向运动，第三支撑从动轮1312在焊枪的前端，第一支撑从动轮1308和第二支撑从动轮1313是个从动轮可以在导轨上滑动调节，根据加劲环的宽度来适应管壁之间的距离，以得到一个稳定的支承平面。

小车焊接加劲环与管壁的贴脚平焊时，焊接电源和送丝机构均利用常用的气体保护焊设备，其接线方式均和常规的一样，焊枪的导线长度一般为3m～5m，为减少电压的损失，送丝机构随焊接小车的运动需进行移动。第三支撑从动轮1312设置在焊缝的前端，离管壁外缘30mm的距离，第一支撑从动轮1308和第二支撑从动轮1313可根据加劲环宽度来调整与管壁之间的距离，在保持车体平衡的状态下调整尽量靠外侧一些，这样可以避免因焊缝的电弧热对轮子造成的影响。该设备由一人操作，焊缝的熔深在送丝机上调整电流来控制，焊缝的宽度由焊接小车的摆动电机1311来实现；根据所设计的焊脚尺寸，可以1～3道来完成该平角焊缝的焊接。对于直径较大的钢管，加劲环的焊接一般会布置3～4台焊接小车，这样才能充分体现自动焊的效率和优势。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。