一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，所述裝置包括：支撐底盤、滾珠絲杠、成組滾動軸承、外部定位塊、內(nèi)部定位塊、轉(zhuǎn)動手柄、刻度尺、焊接變位機、自動焊焊頭；所述封頭包括：多塊瓜瓣封頭、球缺，其特征在于：包括如下步驟：封頭固定、外部焊縫施焊、內(nèi)部焊縫施焊、退火熱處理。本發(fā)明提供的一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，應(yīng)用于各種大型封頭尺寸的自動焊接加工，降低工人勞動強度，縮短產(chǎn)品制造周期，節(jié)約生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，屬于封頭制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型壓力容器的制造中，封頭制造受材料、壓制設(shè)備和模具的限制，難以整體壓制成形，鑄造又極易形成縮孔裂紋等缺陷?，F(xiàn)多采用的辦法是將多瓣瓜瓣或由一個較大的球缺和多片弧形瓣組合焊接。瓜瓣和球缺與弧形瓣先經(jīng)過冷作沖壓成形，然后預(yù)制坡口，最后在裝焊胎體上組焊。由于封頭形狀多為半球形橢球弧形結(jié)構(gòu)，埋弧焊自動焊接難以實現(xiàn)。此外，多數(shù)壓力容器制造廠封頭的焊接制造為手工焊接，不僅存在安全隱患，而且影響封頭表面加工質(zhì)量，增加工人的勞動強度。因此實現(xiàn)自動焊接是一種有效降低工人勞動強度，提高封頭制造效率的方法。文獻(xiàn)《制造業(yè)自動化》期刊2002年9月第9期第24卷58?61頁中提到了一種大型封頭自動堆焊的基本原理，但僅給出了結(jié)構(gòu)簡圖，并未公開具體的自動焊裝置，也沒說明具體的施焊方法。該文所述的自動焊接原理是瓜瓣封頭預(yù)先經(jīng)過點固焊接放置到變位機上，進(jìn)行堆焊焊接，因而不能防止焊接熱應(yīng)力引起的焊接變形問題。該裝置由于只考慮自動焊接的優(yōu)點卻忽略了焊后變形問題，因而不能夠有效地確保封頭焊后尺寸。此外，該裝置適用于瓜瓣封頭內(nèi)部焊縫焊接，外部焊縫的焊接將封頭二次安裝在變位機上，增加了工作強度。由于變位機回轉(zhuǎn)行程受限，從經(jīng)濟效益上考慮該裝置自動焊接較為繁瑣，且忽略了封頭制造后尺寸精度。目前部分企業(yè)制造封頭時根據(jù)制造經(jīng)驗先將瓜瓣或瓜瓣球缺進(jìn)行拼裝，在拼裝好固定的封頭進(jìn)行點固后，進(jìn)行內(nèi)外部焊縫的手工焊接，工人勞動強度大，工作環(huán)境差，工作效率低。
[0003] 申請人:提交了一份中國專利申請，申請名稱為《一種壓力容器大型曲面封頭通用的拼焊工裝防變形裝置及方法》，其中提出了一種拼焊工裝防變形的方法，但是其并不適合自動焊的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，所述裝置包括:支撐底盤、滾珠絲杠、成組滾動軸承、外部定位塊、內(nèi)部定位塊、轉(zhuǎn)動手柄、刻度尺、焊接變位機、自動焊焊頭；所述封頭包括:多塊瓜瓣封頭、球缺，包括如下步驟:
步驟一:將球缺、等分瓜瓣封頭置于裝置上，通過滾珠絲桿調(diào)節(jié)外部定位塊和內(nèi)部定位塊徑向定位，使瓜瓣封頭組合定位夾緊固定牢靠；
步驟二:固定完成后，按圖紙尺寸要求對焊縫進(jìn)行點固，再將裝置和點固拼接的球缺、瓜瓣封頭固定于焊接變位機工作臺上； 步驟三:外部焊縫施焊時，調(diào)整焊接變位機帶動封頭旋轉(zhuǎn)至封頭中心軸線平行與水平面位置，移動自動焊焊頭至垂直于外焊縫表面邊緣，然后開始進(jìn)行自動焊接，焊接過程中緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞X軸轉(zhuǎn)動以保證自動焊焊頭始終垂直于焊縫表面，由于為半球形封頭，焊縫軌跡一致，自動焊焊頭位置不變，焊絲始終在焊縫坡口內(nèi)，進(jìn)而依次完成縱縫的自動焊接；一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸對稱施焊；頂部球缺外部環(huán)焊縫施焊時，先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)至與水平面垂直位置，然后緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機旋轉(zhuǎn)，并將自動焊焊頭上下前后微動調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置。進(jìn)行自動焊接時，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機帶動封頭繞焊接變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接；
步驟四:內(nèi)部焊縫施焊時，先將封頭中心線與水平面平行位置，再將自動焊焊頭通過焊接變位機與支撐底盤上的空心圓孔伸入封頭內(nèi)部，緩慢調(diào)節(jié)使自動焊焊頭垂直于焊縫邊緣表面，再進(jìn)行自動焊接，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞其工作臺面X軸轉(zhuǎn)動以保證焊頭始終垂直于焊縫表面；一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸對稱施焊；頂部球缺內(nèi)部環(huán)焊縫施焊時，先調(diào)節(jié)瓜瓣封頭中心軸線與水平面平行位置，然后將自動焊焊頭插入焊接變位機內(nèi)部，將自動焊焊頭調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置進(jìn)行焊接，緩慢調(diào)焊接節(jié)變位機帶動封頭繞焊接變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接;
步驟五:焊接完成后，將封頭取出裝置，進(jìn)行650°c退火熱處理，以消除約束引起的內(nèi)部應(yīng)力。
[0006]作為優(yōu)選方案，通過數(shù)控控制裝置調(diào)節(jié)焊接變位機旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)，使得自動焊焊頭垂直于焊縫表面，并設(shè)定好的焊接速度，控制焊接變位機帶動封頭焊縫移動。
[0007]作為優(yōu)選方案，焊接過程中檢查外部定位塊、內(nèi)部定位塊、刻度尺是否存在變動，如有變動及時調(diào)整。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述外部定位塊、內(nèi)部定位塊設(shè)置為弧形結(jié)構(gòu)，用于與瓜瓣封頭內(nèi)外表面相貼合。
[0009]有益效果:本發(fā)明提供的一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，操作方便，工裝簡單可靠。可應(yīng)用于各種大型封頭尺寸的自動焊接加工，降低工人勞動強度，縮短產(chǎn)品制造周期，節(jié)約生產(chǎn)成本?？梢苑奖愕貙Υ笮头忸^的成組瓜瓣進(jìn)行組裝定位夾緊，確保焊接工裝夾緊力，并能夠?qū)崿F(xiàn)封頭復(fù)雜焊縫的自動焊接。焊接變位機可以帶動工裝裝置和封頭在空間內(nèi)旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)360°，能實現(xiàn)復(fù)雜弧線焊縫的自動焊接。焊接變位機與支撐底盤上設(shè)置的空心圓孔，可方便地為自動焊焊頭預(yù)留出足夠的空間進(jìn)行自動焊接。采用數(shù)控控制裝置根據(jù)封頭的尺寸進(jìn)行預(yù)先的編程，能精確的保證自動焊焊頭始終垂直于焊縫位置連續(xù)實現(xiàn)自動焊接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為發(fā)明外部縱縫施焊示意圖；
圖3為發(fā)明外部環(huán)焊縫施焊示意圖；
圖4為發(fā)明內(nèi)部焊縫施焊示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]如圖1所示，一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置，所述裝置包括:支撐底盤1、滾珠絲杠2、成組滾動軸承3、外部定位塊4、內(nèi)部定位塊5、轉(zhuǎn)動手柄6、刻度尺7、焊接變位機8、自動焊焊頭9 ;所述封頭10包括:多塊瓜瓣封頭、球缺。
[0012]第一實施例:半球形封頭的自動焊方法，使用時，將本裝置置于工作廠房內(nèi)，用于40萬噸/年催化油漿超臨界萃取裝置脫烷烴塔塔上封頭的制造。該上封頭厚度尺寸為δ =85min，半徑R=2100mm的半球形封頭,所用材料為Q345R,該材料焊接易出現(xiàn)熱影響區(qū)淬硬傾向，極易形成淬火組織一馬氏體，使近縫區(qū)硬度提高，塑性下降，容易導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋，因而確保合理的工裝和焊接工藝是焊接制造的關(guān)鍵。該封頭制造時先將八塊瓜瓣封頭逐一放置于該裝置上，然后將球缺放置到所有瓜瓣頂部拼裝進(jìn)行夾緊工作。夾緊完成后先進(jìn)行焊接點固，然后將該工裝裝置放置到焊接變位機上固定。焊接方法:如圖2所示，步驟一:外部焊縫施焊，首先調(diào)整變位機帶動封頭旋轉(zhuǎn)至封頭中心軸線平行與水平面位置，移動自動焊焊頭至垂直于外焊縫表面邊緣，然后開始進(jìn)行自動焊接，焊接過程中緩慢調(diào)節(jié)變位機繞X軸轉(zhuǎn)動以保證焊頭始終垂直于焊縫表面，由于為半球形封頭，焊縫軌跡一致，焊頭位置不變，焊絲始終在焊縫坡口內(nèi)進(jìn)而依次完成縱縫的自動焊接。一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸對稱施焊。頂部球缺外部環(huán)焊縫施焊時，先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)至與水平面垂直位置(如圖3所示，其中X、Y軸是分別平行變位機工作臺面確定的平面，Z軸垂直于變位機工作臺面)，后緩慢調(diào)節(jié)變位器旋轉(zhuǎn)，并將自動焊焊頭上下前后微動調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置，進(jìn)行焊接緩慢調(diào)節(jié)變位機帶動封頭繞變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接。所圖4所示，步驟二:內(nèi)部焊縫施焊時，先將封頭中心線與水平面平行位置，再將自動焊焊頭伸入瓜瓣封頭內(nèi)部，緩慢調(diào)節(jié)使焊頭垂直于焊縫邊緣表面，再進(jìn)行自動焊接，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞其工作臺面X軸轉(zhuǎn)動以保證焊頭始終垂直于焊縫表面。一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸兩兩對稱施焊。頂部球缺內(nèi)部環(huán)焊縫施焊時，先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)制與水平面平行位置，然后將自動焊焊頭插入變位機內(nèi)部，將自動焊焊頭調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置，進(jìn)行焊接緩慢調(diào)節(jié)變位機帶動封頭繞變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接。焊接過程中檢查定位塊與刻度尺是否存在變動，如有變動及時調(diào)整。焊接完成后自然冷卻到常溫，然后對焊接完成的封頭進(jìn)行620°C ±20°C保溫2.4小時后以降溫速度55-78°C /h的去應(yīng)力退火處理。最后得到的大型封頭不圓度< 3mm,焊縫棱角變形< Imm,獲得了非常滿意的效果。
[0013]第二實施例:半橢球形封頭的自動焊方法，半橢球形封頭是40萬噸/年催化油漿超臨界萃取裝置脫芳烴塔的重要部件。該脫芳烴塔上封頭為橢球形封頭，制造時相比半球形封頭焊接曲線更復(fù)雜。使用時，將本裝置置于工作廠房脫芳烴塔上封頭的制造。該上封頭厚度尺寸為3=50 (48)mm，長軸半徑R=2500mm,短軸半徑r=1500mm半橢球形封頭,其底部半截面為半徑r=2000mm圓形。所用材料為Q345R，該封頭制造時先是將6塊瓜瓣封頭逐一放置于該裝置上，然后將橢圓球缺放置到所有瓜瓣頂部拼裝，按照圖紙要求尺寸裝夾定位，夾緊完成后進(jìn)行焊接點固。再將工裝裝置放置于焊接變位機上，由于該封頭為橢球形，其弧形焊縫相對于半球形復(fù)雜，需要使得自動焊焊頭垂直于焊縫表面，然后進(jìn)行自動焊接。具體焊接方法:步驟一:外部焊縫施焊時，由于半橢球形底部截面為圓形，首先調(diào)整變位機帶動封頭旋轉(zhuǎn)至封頭中心軸線平行與水平面位置，移動自動焊焊頭至垂直于外焊縫表面邊緣，然后進(jìn)行自動焊接。焊接過程中緩慢調(diào)節(jié)變位機繞X軸轉(zhuǎn)動以及自動焊焊頭的上下緩慢移動，以保證焊頭始終垂直于焊縫表面并使得焊絲在焊縫坡口內(nèi)部完成自動焊接。一道焊縫完成后，再將封頭以封頭軸線為對稱軸對稱施焊。頂部球缺外部環(huán)焊縫施焊時，先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)至與水平面垂直位置，然后緩慢調(diào)節(jié)變位器旋轉(zhuǎn)，并將自動焊焊頭上下前后微動調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置。進(jìn)行自動焊接時，緩慢調(diào)節(jié)變位機帶動封頭繞變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)來完成自動焊接。步驟二:內(nèi)部縱焊縫施焊時，先將封頭中心線與水平面平行位置，再將自動焊焊頭伸入瓜瓣封頭內(nèi)部。緩慢調(diào)節(jié)使焊頭垂直于焊縫邊緣表面，再進(jìn)行自動焊接，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞其工作臺面X軸轉(zhuǎn)動以及自動焊焊頭的上下移動，以保證焊頭始終垂直于焊縫表面。一道焊縫完成后，再將封頭以封頭軸線為對稱軸兩兩對稱施焊。頂部球缺內(nèi)部環(huán)焊縫施焊時。環(huán)焊縫焊接時先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)制與水平面平行位置，然后將自動焊焊頭插入封頭內(nèi)部，將自動焊焊頭調(diào)整至與內(nèi)部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置，進(jìn)行自動焊接，緩慢調(diào)節(jié)變位機帶動封頭繞Z軸旋轉(zhuǎn)和自動焊焊頭的上下移動，保證焊絲始終在焊縫內(nèi)并垂直與焊縫表面完成自動焊接。焊接過程中檢查定位塊與刻度尺是否存在變動，如有變動及時調(diào)整。焊接完成后自然冷卻到常溫，然后對焊接完成的封頭進(jìn)行620°C ±20°C保溫2.4小時后以降溫速度55-751:/11的去應(yīng)力退火處理。最后得到橢球形封頭底部圓截面不圓度< 6mm,焊縫棱角變形< 2mm,獲得了非常滿意的效果。
[0014]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，所述裝置包括:支撐底盤、滾珠絲杠、成組滾動軸承、外部定位塊、內(nèi)部定位塊、轉(zhuǎn)動手柄、刻度尺、焊接變位機、自動焊焊頭；所述封頭包括:多塊瓜瓣封頭、球缺，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一:將球缺、等分瓜瓣封頭置于裝置上，通過滾珠絲桿調(diào)節(jié)外部定位塊和內(nèi)部定位塊徑向定位，使瓜瓣封頭組合定位夾緊固定牢靠； 步驟二:固定完成后，按圖紙尺寸要求對焊縫進(jìn)行點固，再將裝置和點固拼接的球缺、瓜瓣封頭固定于焊接變位機工作臺上； 步驟三:外部焊縫施焊時，調(diào)整焊接變位機帶動封頭旋轉(zhuǎn)至封頭中心軸線平行與水平面位置，移動自動焊焊頭至垂直于外焊縫表面邊緣，然后開始進(jìn)行自動焊接，焊接過程中緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞X軸轉(zhuǎn)動以保證自動焊焊頭始終垂直于焊縫表面，由于為半球形封頭，焊縫軌跡一致，自動焊焊頭位置不變，焊絲始終在焊縫坡口內(nèi)，進(jìn)而依次完成縱縫的自動焊接；一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸對稱施焊；頂部球缺外部環(huán)焊縫施焊時，先將瓜瓣封頭中心軸線調(diào)至與水平面垂直位置，然后緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機旋轉(zhuǎn)，并將自動焊焊頭上下前后微動調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置。
2.進(jìn)行自動焊接時，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機帶動封頭繞焊接變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接； 步驟四:內(nèi)部焊縫施焊時，先將封頭中心線與水平面平行位置，再將自動焊焊頭通過焊接變位機與支撐底盤上的空心圓孔伸入封頭內(nèi)部，緩慢調(diào)節(jié)使自動焊焊頭垂直于焊縫邊緣表面，再進(jìn)行自動焊 接，緩慢調(diào)節(jié)焊接變位機繞其工作臺面X軸轉(zhuǎn)動以保證焊頭始終垂直于焊縫表面；一道焊縫完成后，再將封頭球缺內(nèi)部焊縫至底部圓周的弧形焊縫以封頭軸線為對稱軸對稱施焊；頂部球缺內(nèi)部環(huán)焊縫施焊時，先調(diào)節(jié)瓜瓣封頭中心軸線與水平面平行位置，然后將自動焊焊頭插入焊接變位機內(nèi)部，將自動焊焊頭調(diào)整至與外部瓜瓣環(huán)焊縫垂直位置進(jìn)行焊接，緩慢調(diào)焊接節(jié)變位機帶動封頭繞焊接變位機工作臺面Z軸旋轉(zhuǎn)完成焊接; 步驟五:焊接完成后，將封頭取出裝置，進(jìn)行650°c退火熱處理，以消除約束引起的內(nèi)部應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，其特征在于:通過數(shù)控控制裝置調(diào)節(jié)焊接變位機旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)，使得自動焊焊頭垂直于焊縫表面，并設(shè)定好的焊接速度，控制焊接變位機帶動封頭焊縫移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，其特征在于:焊接過程中檢查外部定位塊、內(nèi)部定位塊、刻度尺是否存在變動，如有變動及時調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于大型曲面封頭拼焊自動焊裝置的封頭自動焊方法，其特征在于:所述外部定位塊、內(nèi)部定位塊設(shè)置為弧形結(jié)構(gòu)，用于與瓜瓣封頭內(nèi)外表面相貼合。
【文檔編號】B23K37/04GK104014945SQ201410286927
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】李曉泉, 閆業(yè)良, 鄒華 申請人:南京工程學(xué)院