小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置及焊接方法

摘要

一种小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置及焊接方法，其特征在于：该装置由电源控制装置、机架(10)、驱动装置(1)、行走机构(9)、支撑臂(6)和支撑臂(6)的调节装置(7)、送丝机构(8)、带焊丝吐丝口的焊枪头(4)组成。方法是：将待焊接的钢管(2)与行走机构(9)相对固定；直翅片(11)放入钢管(2)中，并相对固定；将焊枪头(4)对准焊接起始点，启动行走机构(9)，同时启动送丝机构(8)和焊枪头(4)施焊；行走机构(9)行驶时，焊枪头(4)进入钢管(2)内并沿焊缝移动施焊；当焊枪头(4)焊接到焊逢终点时，行程开关动作，送丝机构(8)停止送丝，焊枪头(4)停止施焊，完成一根直翅片(11)的焊接。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种自动焊接装置及焊接方法，具体为小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置及焊接方法。

二、背景技术

在工业制造中，有时需要在小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片。

如：在循环流化床锅炉冷渣机等换热设备设计制造过程中，换热面积是非常重要的一个参数。为提高换热器的换热面积，提高换热效率，通常的措施都是采用增加换热翅片的方式，在换热器的换热量一定的情况下实现体积结构的最小化，或在体积结构一定的情况下实现换热量的最大化。在现有技术中，对于采用小孔径长钢管作为换热元件的换热器而言，管内换热翅片的焊接，因其直径限制，无法实施全满焊或间断焊，只有采用光管的形式，或采用卷板的形式形成有缝管。采用光管形式，则导致换热器换热效率低下，体积增加，制造成本随之增加；采用有缝管的方式，虽然能够解决翅片的焊接问题，但却使设备制造过程的焊接量大幅增加，同时增加了设备泄漏的几率，为设备的长周期安全使用埋下了隐患。

中国专利93200810.0号公开了一种双翅片换热管，它主要包括换热管本体，设置在本体内外壁上的翅片组成，特征在于：环形外翅片均布在换热管本体外壁的径向上；直板式内翅片呈辐射状均布焊接在换热管本体内壁的轴向上。该实用新型的换热管与现有技术相比，可不受管径大小，管子长短，翅片的高低及数量的限制，几乎不产生接触热阻，故其传热效率可大幅度提高。例如，当外翅化比为8，内翅化比为4时，其传热量为相同尺寸光管的5.25倍。但该技术仍没有公开如何对小孔径无缝长钢管内壁焊接翅片的技术方案。

三、发明内容

本发明的目的是：提供一种小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置及焊接方法，它能有效解决冷渣机等换热设备中换热元件(小孔径无缝长钢管)的翅片全满焊问题，从而优化此类换热器换热元件的制造工艺，降低制造成本，提高生产效率。

本发明的解决其技术问题的具体技术方案是：

一种小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置，其特征在于：该装置由电源控制装置、机架、驱动装置、行走机构、支撑臂和支撑臂的调节装置、送丝机构、带焊丝吐丝口的焊枪头组成，其中：

行走机构装于机架上并在机架上做往复运动，行走机构由驱动装置驱动；

在机架上装有控制行走机构行程的行程开关；

支撑臂和支撑臂的调节装置装于机架上，焊枪头装于支撑臂前端，且焊枪头悬空于行走机构上面。

当采用地面铺设轨道，行走机构沿轨道往返时，地面就相当于机架。也就是说，在本发明中，机架应当做扩大解释，即地面也是一种机架。电源控制装置可以采用常见的变频控制电源。支撑臂的调节装置主要用于微调支撑臂的高度和焊枪头的角度，具体可以在机架上开一竖向槽，支撑臂尾部攻有螺纹，支撑臂尾部穿过该槽后通过螺母固定在机架上，当然也可以采用其他常见方式。

进一步的方案是：支撑臂上固定有杂物清理件，杂物清理件前端位于焊枪头吐丝口前面。以便在施焊前由杂物清理件对焊缝进行杂质清理。

进一步的方案是：在支撑臂前端装有可伸缩的支撑定位机构。为了保证焊枪头工作时与焊缝之间始终保持正常间隙，当支撑臂较长时，为防止因机械振动等因素造成支撑臂摆动，有必要给支撑臂设一临时“活动支点”，可伸缩的支撑定位机构的伸缩杆件就可以实现始终与不同内径的小孔径无缝长钢管工件内壁接触形成“活动支点”。

进一步的方案是：在行走机构上设有固定工件的固定装置。为了保证施焊时工件与行走机构不发生错位，一般需要用固定装置将工件固定在行走机构上，固定装置可以是绑扎带、夹具等多种常见固定方式。

进一步的方案是：支撑臂为中空管，中空管的空心构成焊丝通道，焊丝通道与焊枪头的吐丝口连通。

进一步的方案是：焊枪头为二氧化碳气体保护焊焊枪头。

一种采用本发明所述的自动焊接装置对小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的方法，其特征是：

A、将待焊接的小孔径无缝长钢管放在该自动焊接装置的行走机构上，并使小孔径无缝长钢管与行走机构相对固定；

B、将待焊接的直翅片放入小孔径无缝长钢管中，并调整到预定位置和预定角度后，用预备的固定架将直翅片进行临时固定，使直翅片与小孔径无缝长钢管之间无法进行相对运动，或者采用点焊方式将直翅片点焊于小孔径无缝长钢管中，或者采用其它常见方式将直翅片临时固定于小孔径无缝长钢管中；

C、将焊枪头按设定要求对准焊接起始点焊缝后，启动电源控制装置使行走机构运动，同时启动送丝机构送丝和启动焊枪头施焊；

D、行走机构行驶时，装于支撑臂前端的焊枪头进入小孔径无缝长钢管内并沿焊缝移动施焊；

E、当焊枪头焊接到焊接终点时，行程开关动作，送丝机构停止送丝，焊枪头停止施焊，就完成第一根直翅片的焊接；

F、启动电源控制装置，驱动装置使行走机构反向行驶，当行走机构行驶到焊接起始点时，行程开关再次动作，行走机构停止，小孔径无缝长钢管和焊枪头恢复到初始位置；

G、松开并转动小孔径无缝长钢管到下一处待焊位置后，再次使小孔径无缝长钢管与行走机构相对固定，并依次重复B、C、D、E、F工序，就完成第二根直翅片的焊接；

H、多次重复A、B、C、D、E、F、G工序，就完成对小孔径无缝长钢管内壁多根直翅片的焊接，直到完成规定焊接数量。

本发明方法中：当采用固定架将直翅片进行临时固定时，固定架可以是在一根角钢的一边上固定有一根扁铁，该扁铁与角钢的另一边平行且与角钢的另一边之间形成通槽，直翅片镶嵌于该通槽中，角钢两边的夹角应根据焊接后直翅片与小孔径无缝长钢管内壁之间的设计夹角确定。当直翅片焊接好后，抽出固定架即可。

本发明的特点是：通过该自动焊接装置及相应的焊接直翅片的方法，实现了小孔径无缝长钢管内直翅片的自动化全满焊工艺，有效实现换热效率的提高，又能同步提高整个换热设备的使用安全性，以及设备的整体使用寿命。特别是：

1)利用焊接臂代替传统的手工焊接方式，节省人工费用，减轻劳动强度；

2)通过支撑臂(焊接臂)实现小孔径无缝长钢管内直翅片的自动焊接，增加了换热元件的换热面积，提高了换热效率。

3)牵引装置采用变频控制方式，可根据焊接工作需要实时调整被焊接工件的移动速度，保证焊缝质量；

4)能自动完成普通直焊缝的焊接，可以完成普通圆形无缝钢管、六角形无缝钢管等多种异型无缝钢管内直翅片的焊接。

6)焊接形式均为全满焊，既保证焊接强度，同时有效提高换热系数，保证了换热器在用于高温换热场合时不至于被过热烧坏，有效延长设备的使用寿命。

六、附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的焊接六棱管的断面图I-I。

图3是图1的焊接圆管的断面图I-I。

图中：1、驱动装置，2、小孔径无缝长钢管，3、杂物清理件，4、焊枪头，5、支撑定位机构，6、支撑臂，7、调节装置，8、送丝机构，9、行走机构，10、机架，11、直翅片(扁钢)，12、固定架。

五、具体实施方式

如图1所示：一种小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的自动焊接装置，其特征在于：该装置由电源控制装置、机架10、驱动装置1、行走机构9、支撑臂6和支撑臂6的调节装置7、送丝机构8、带焊丝吐丝口的焊枪头4组成，其中：

行走机构9装于机架10上并在机架10上做往复运动，行走机构9由驱动装置1驱动；

在机架10上装有控制行走机构9行程的行程开关；

支撑臂6和支撑臂6的调节装置7装于机架10上，焊枪头4装于支撑臂6前端，且焊枪头4悬空于行走机构9上面。

支撑臂6上固定有杂物清理件3，杂物清理件3前端位于焊枪头4吐丝口前面。

在支撑臂6前端装有可伸缩的支撑定位机构5。

在行走机构9上设有固定工件的固定装置。

支撑臂6为中空管，中空管的空心构成焊丝通道，焊丝通道与焊枪头4的吐丝口连通。

焊枪头4为二氧化碳气体保护焊焊枪头4。

一种采用本发明所述的自动焊接装置对小孔径无缝长钢管内壁焊接直翅片的方法，其特征是：

A、将待焊接的小孔径无缝长钢管2放在该自动焊接装置的行走机构9上，并使小孔径无缝长钢管2与行走机构9相对固定；

B、将待焊接的直翅片11放入小孔径无缝长钢管2中，并调整到预定位置和预定角度后，用预备的固定架12将直翅片11进行临时固定，使直翅片11与小孔径无缝长钢管2之间无法进行相对运动，或者采用点焊方式将直翅片11点焊于小孔径无缝长钢管2中；

C、调整调节装置7，将焊枪头4按设定要求对准焊接起始点焊缝后，启动电源控制装置使行走机构9运动，同时启动送丝机构8送丝和启动焊枪头4施焊；

D、行走机构9行驶时，装于支撑臂6前端的焊枪头4进入小孔径无缝长钢管2内并沿焊缝移动施焊；

E、当焊枪头4焊接到焊逢终点时，行程开关动作，送丝机构8停止送丝，焊枪头4停止施焊，就完成第一根直翅片11的焊接；

F、启动电源控制装置，驱动装置使行走机构9反向行驶，当行走机构9行驶到焊接起始点时，行程开关再次动作，行走机构9停止，小孔径无缝长钢管2和焊枪头4恢复到初始位置；

G、松开并转动小孔径无缝长钢管2到下一处待焊位置后，再次使小孔径无缝长钢管2与行走机构9相对固定，并依次重复B、C、D、E、F工序，就完成第二根直翅片11的焊接；

H、多次重复A、B、C、D、E、F、G工序，就完成对小孔径无缝长钢管2内壁多根直翅片11的焊接，直到完成规定焊接数量。

固定架12是在一根角钢的一边上固定有一根扁铁，该扁铁与角钢的另一边平行且与角钢的另一边之间形成通槽，直翅片11镶嵌于该通槽中，角钢两边的夹角应根据焊接后直翅片11与小孔径无缝长钢管2内壁之间的设计夹角确定。

焊接时，启动送丝机构8和驱动装置1，焊丝通过送丝机构8，穿过支撑臂6以一定速度引自焊缝处，其送丝速度根据焊缝大小可灵活调节，小孔径无缝长钢管2随行走机构9以一定速度缓慢向前移动，焊丝与无缝钢管形成相对运动，从而实现焊缝的全程满焊。焊接过程中，支撑定位机构5和调节装置7可确保焊枪头4在焊接过程中不偏离直线焊缝，从而有效保证了焊接质量。在本实施例中，机架10上安装有轴承，行走机构9通过轴承在机架10上行驶。机架10上两端各设置行程开关。

图2中的小孔径无缝长钢管2为六棱管，图3中的小孔径无缝长钢管2为圆钢管，其焊接方法相同。