專利名稱：非平面軌道焊機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及軌道焊機(jī)，更具體的是涉及一種便于管道容易對準(zhǔn)并能夠形成非平面焊縫的新型的軌道焊機(jī)。
軌道焊機(jī)廣泛用在流體處理系統(tǒng)構(gòu)造中，例如半導(dǎo)體加工裝置。公知的軌道焊機(jī)以端對端方式通過圍繞管道開口端的圓周形成一扁平、圓形接縫連接金屬管道。由傳統(tǒng)軌道焊機(jī)產(chǎn)生的一個問題是要連接的管道的端部必須在進(jìn)行焊接操作之前仔細(xì)對準(zhǔn)。另外，由于公知的軌道焊機(jī)局限于形成扁平、圓形接縫(即，位于單一平面中的圓形接縫)，故為焊接十字接縫或者T形接縫需要特殊的管道預(yù)處理。


圖1是一般軌道焊機(jī)100的俯視圖，其包括絕緣外殼102、管道夾持器104和106、旋轉(zhuǎn)器108、焊嘴110、及旋轉(zhuǎn)和電壓控制器112。夾持器104和106分別支撐管道114和116就位以備焊接，并保持在公共電壓(如，接地)下并與管道114和116電接觸。旋轉(zhuǎn)器108位于外殼102中，以能夠圍繞經(jīng)過管道114和116的開口端中心的軸118旋轉(zhuǎn)。外殼102為旋轉(zhuǎn)器108和夾持器104及106之間提供電絕緣。旋轉(zhuǎn)及電壓控制器112起到在外殼102中旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器108的作用，并且通過旋轉(zhuǎn)器108向連接的焊嘴110施加電壓。
圖2是軌道焊機(jī)100的剖視圖。當(dāng)控制器112圍繞軸118旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)器108并且向焊嘴110施加高電壓時，弧形接縫202在管道114和116的開口端之間被形成。由于夾持器104和106保持在公共電壓下，故必須放置在距焊嘴110安全距離處，從而不會在其之間產(chǎn)生電弧。夾持器104和106以及管道114和116的開口端之間的距離使管道114和116的開口端對準(zhǔn)更加困難。此外，公知的軌道焊機(jī)的內(nèi)腔是黑暗的，并因此很難在視覺上確認(rèn)正確地對準(zhǔn)。
圖3是能夠形成扁平“T”形接縫的軌道焊機(jī)300的剖視圖。軌道焊機(jī)300包括絕緣外殼302、管道夾持器304、“T”形接頭(fitting)夾持器306、旋轉(zhuǎn)器308、焊嘴310，以及旋轉(zhuǎn)和電壓控制器312。
軌道焊機(jī)300與軌道焊機(jī)100作用相同。夾持器304和306夾持管道314和T形接頭316就位并且處于公共電壓下。旋轉(zhuǎn)和電壓控制器312使得旋轉(zhuǎn)器312圍繞軸318旋轉(zhuǎn)，并且通過旋轉(zhuǎn)器308向焊嘴310施加高電壓。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器308圍繞軸318旋轉(zhuǎn)時，在管道314開口端和T形接頭316之間形成焊縫320。
圖4是T形接頭316的透視圖。為了由管道坯料(stock)402的標(biāo)準(zhǔn)件制成T形接頭316，首先于管道坯料402中切割或磨削開口404。接著需要進(jìn)行擠壓加工，以圍繞開口404牽拉管道材料成為形成扁平圓形開口408的延伸部分406。由于擠壓加工較復(fù)雜，故工人不能在加工部位快速容易地由標(biāo)準(zhǔn)管道坯料焊接T形接縫。另外，對于普遍使用的0.25英寸O.D.管材，擠壓加工通常局限于壁厚為0.028英寸或者更小的管道，因此不能用于優(yōu)選的0.035英寸壁厚的管材。
所需要的是一種能夠由標(biāo)準(zhǔn)管道坯料焊接T形接縫和十字接縫的軌道焊機(jī)。同樣需要的是一種便于將要焊接的管道接頭容易對準(zhǔn)的軌道焊機(jī)。仍需要的是便于視覺上容易保證正確對準(zhǔn)的軌道焊機(jī)。
本發(fā)明描述了一種新型的能夠形成非平面軌道焊縫的軌道焊機(jī)。非平面軌道焊縫的使用便于由本領(lǐng)域中的工人由標(biāo)準(zhǔn)管道坯料構(gòu)造各種管道接縫，包括T形接縫、十字接縫和端對端接縫。
一個實(shí)施例包括焊嘴、旋轉(zhuǎn)控制器和平移控制器。旋轉(zhuǎn)控制器使焊嘴圍繞穿過將要焊接的管道的軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)焊嘴圍繞軸旋轉(zhuǎn)時，平移控制器使焊嘴相對于軸縱向移動。因此，可以形成非平面軌道焊縫。
在一具體實(shí)施例中，平移控制器包括可滑動地安置在絕緣體中的旋轉(zhuǎn)器，且焊嘴直接固定在旋轉(zhuǎn)器上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞軸旋轉(zhuǎn)時，平移控制器使旋轉(zhuǎn)器相對于旋轉(zhuǎn)軸縱向移動，從而焊嘴遵循非平面焊縫圖案。
在另一個具體實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)控制器包括設(shè)置成圍繞軸旋轉(zhuǎn)但是仍在旋轉(zhuǎn)平面中的旋轉(zhuǎn)器。平移控制器包括可滑動地連接到旋轉(zhuǎn)器上的托架，焊嘴固定到托架上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞軸旋轉(zhuǎn)時，托架相對于軸縱向移動，從而焊嘴遵循非平面焊縫圖案。在一更加具體的實(shí)施例中，托架的一部分偏壓在凸輪塊的一個表面上，并且可選擇的包括降低托架和凸輪塊之間摩擦的一個輪子。凸輪塊的表面被成形為當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞軸旋轉(zhuǎn)時相對于旋轉(zhuǎn)軸縱向移動托架?；蛘?，凸輪塊的表面是扁平的，當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，凸輪塊縱向移動。
在另一實(shí)施例中，平移控制器包括一個壁，其具有一個確定所需焊縫圖案的槽。導(dǎo)銷從托架伸進(jìn)槽中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，銷遵循槽相對于旋轉(zhuǎn)軸縱向移動托架。
特別適合于焊接十字接縫的另一個實(shí)施例包括兩個焊嘴、兩個旋轉(zhuǎn)控制器和兩個平移控制器。在一具體實(shí)施例中，每個平移控制器包括圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)器，且其相對于該軸縱向移動。每個焊嘴固定到一個旋轉(zhuǎn)器上并因此沿著非平面圓形路徑移動。在另一實(shí)施例中，每個平移控制器包括旋轉(zhuǎn)器，其圍繞軸旋轉(zhuǎn)但是固定在旋轉(zhuǎn)平面中。每個焊嘴固定在可滑動地連接到相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)器的單獨(dú)托架上。每個托架偏壓相關(guān)的兩個凸輪塊的其中一個。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，凸輪塊縱向移動托架。連接的焊嘴遵循非平面軌道焊接圖案?？蛇x的是，一單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)控制器控制兩個旋轉(zhuǎn)器。
任何所描述的實(shí)施例可以包括一可選的光源，用于照亮軌道焊機(jī)的內(nèi)腔。在一實(shí)施例中，軌道焊機(jī)的主體包括一導(dǎo)光部分，用于將光從光源傳播到內(nèi)腔。在一更加具體的實(shí)施例中，導(dǎo)光部分形成為軌道焊機(jī)主體的一層，且光源設(shè)置在導(dǎo)光源的開口中或者沿著導(dǎo)光層的邊緣?？蛇x的是，光源位于焊機(jī)的內(nèi)腔中。所用的光源類型可以包括，但不限于，發(fā)光二極管、白熾燈、從遠(yuǎn)光源傳播光的光導(dǎo)纖維。位于主體外表面上或者外部控制器中的一開關(guān)控制光源的操作。
將參考下列附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記代表基本上相同的元件圖1是現(xiàn)有技術(shù)軌道焊機(jī)的俯視圖；圖2是圖1軌道焊機(jī)沿剖線A-A的剖視圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)軌道焊機(jī)形成扁平T形接縫的剖視圖；圖4示出了帶有用于形成扁平T形接縫的擠壓(extruded)部分的管道；圖5示出了被成形為由有槽T形接縫連接的兩個管道；圖6是本發(fā)明軌道焊機(jī)(打開)的透視圖；圖7是圖6軌道焊機(jī)(關(guān)閉)的透視圖；圖8是圖7軌道焊機(jī)沿剖線A-A的剖視圖；圖9是圖6所示旋轉(zhuǎn)器的俯視圖；圖10A是圖6所示凸輪塊的透視圖；圖10B是圖10A所示凸輪塊的俯視圖；圖11是圖6所示管道夾持器的底視圖12示出了被成形以要由有槽(notched)十字接縫連接的三個管道；圖13是根據(jù)本發(fā)明的形成有槽十字焊縫的另一個軌道焊機(jī)的剖視圖；圖14示出了被成形以由有槽端對端接縫連接的兩個管道；圖15是根據(jù)本發(fā)明的用于形成有槽端對端焊縫的另一種軌道焊機(jī)的剖視圖；圖16是本發(fā)明的包括另一種垂直位置控制器的另一種軌道焊機(jī)的剖視圖；圖17是包括在垂直方向可移動的凸輪塊的另一種軌道焊機(jī)的剖視圖；圖18A是另一種平移控制器在第一位置的側(cè)面正視圖；圖18B是圖1 8A的平移控制器在第二位置的側(cè)面正視圖。
本發(fā)明通過提供一種能夠形成非平面焊縫的軌道焊機(jī)而克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。特別是，本發(fā)明描述了能夠采用不限于單一平面的軌道焊縫由標(biāo)準(zhǔn)坯料制造管道接縫的軌道焊機(jī)。另外，可以根據(jù)本發(fā)明可被焊接的非平面管道端利于管道端容易對準(zhǔn)。在下述說明中，闡述了大量的具體細(xì)節(jié)(如，特殊的焊縫圖案和控制規(guī)則)以徹底理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明實(shí)際操作與這些具體細(xì)節(jié)是有區(qū)分的。在其它例子中，省略了軌道焊機(jī)設(shè)計(jì)的公知的細(xì)節(jié)，以便不會使本發(fā)明含混不清。
圖5示出了兩塊形成有槽T形接縫的標(biāo)準(zhǔn)管道坯料502和504。特別是，管道502具有切割或磨削于其側(cè)壁中的有角度的槽口506，且管道504具有切割或磨削到頂點(diǎn)的端部508。槽口506和端部508可以容易地由本領(lǐng)域的工人采用對本領(lǐng)域中技術(shù)人員公知的方法形成，例如用樣板(guide)磨削。
槽口506和端部508形成配合的一對，從而當(dāng)端部508插入槽口506中時，形成平滑的接縫。槽口506和端部508的配合特征為便于將用于焊接的管道502和504容易對準(zhǔn)。在一具體實(shí)施例中，槽口506和端部508均形成45度角。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到可以采用任何其它有用的或有利的圖案，只要管道形成良好的連接接縫。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的軌道焊機(jī)600局部剖開的透視圖，其能夠沿著在圖5的管道502和504之間形成的接頭形成焊縫。軌道焊機(jī)600包括絕緣體602、用于夾持伸展管道606(run tube)的伸展管道夾持器604(以虛線示出)、用于夾持分支管道610的分支管道夾持器608(以虛線示出)、鉸接的窗口(hinged window)612、旋轉(zhuǎn)器614、托架616、焊嘴618和凸輪塊620。
鉸接口612開啟使軌道焊機(jī)600的內(nèi)部可接近，并且當(dāng)關(guān)閉時，能夠視覺接近以監(jiān)視焊接過程和管道對準(zhǔn)。旋轉(zhuǎn)器614設(shè)置在形成于絕緣體602中的環(huán)形槽中，以便于圍繞分支管道610的縱向軸622旋轉(zhuǎn)。盡管未在圖6中示出，絕緣體602可以由數(shù)個未連接的層片形成以便于容易地安裝和除去軌道焊機(jī)600的旋轉(zhuǎn)器614或者其它部件。托架616通過固定元件624可滑動地安裝在旋轉(zhuǎn)器614上并偏壓凸輪塊620。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器614圍繞軸622旋轉(zhuǎn)時，托架616沿著凸輪塊620的上表面626運(yùn)動，相對于軸622縱向移動(上下)。焊嘴618固定在托架616上并且朝向伸展管道606和分支管道610之間形成的接縫延伸。凸輪塊620的表面626的輪廓對應(yīng)于所需的焊縫圖案(即，伸展管道606和分支管道610之間的接縫)。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)器614圍繞軸622旋轉(zhuǎn)時，焊嘴618沿著伸展管道606和分支管道610之間的接縫運(yùn)動。
伸展管道夾持器604包括基板628、蓋板630和把手桿632。基板628包括用于接受并定位伸展管道606的槽634。蓋板630也包括當(dāng)夾持器604關(guān)閉時容納伸展管道606的槽。另外，蓋板630適應(yīng)容納托架616和焊嘴618縱向移動的凹部638。
圖7是軌道焊機(jī)600的透視圖，具有伸展管道夾持器604和處于關(guān)閉位置的鉸接的窗口612。在該關(guān)閉位置，夾持器604和608分別支撐伸展管道606和分支管道610就位以備焊接。另外，夾持器604和608由導(dǎo)電材料(如，不銹鋼)制造，并且被耦合到公共電壓源(如，接地)來維持伸展管道606和分支管道610處于公共電壓中。
圖8是圖7的軌道焊機(jī)600沿剖線A-A的剖視圖，詳細(xì)示出了軌道焊機(jī)600的內(nèi)部部件。托架616刻有槽口以接收壓縮彈簧802，該彈簧推動托架616的底部804和固定元件624的突出部806，由此托架616偏壓凸輪塊620。托架616還包括用于當(dāng)旋轉(zhuǎn)器614圍繞軸622旋轉(zhuǎn)時降低托架616和凸輪塊620之間摩擦的輪子808。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解可以采用其它代替輪子的減小摩擦的方式。例如，凸輪塊620和托架616之間的摩擦可以通過在托架616的較低部位上形成拋光的滑板并且由低摩擦材料(例如特氟隆)形成凸輪塊而降低到可接受的水平。
電壓控制器810通過經(jīng)由接觸電刷812、旋轉(zhuǎn)器614和托架616在焊嘴618上維持高電壓而對焊嘴618提供動力。焊嘴618以及管道606和610之間的電弧在有槽接縫處管道606和610之間形成焊縫。
軌道焊機(jī)600還包括位于絕緣體602的透明圓形層816開口中的光源814。光源814對應(yīng)外控制開關(guān)818向?qū)悠?16發(fā)射光?？蛇x的是，多個類似于光源814的光源可以設(shè)置在透明層816開口中。層片816的外邊緣涂覆有反射材料，且層片816的內(nèi)邊緣是透明的，從而層片816將發(fā)射光傳到焊機(jī)600的內(nèi)部。開關(guān)818位于焊機(jī)600的外側(cè)，從而使用者可接近，并且選擇性地施加電力(動力源未示出)到光源814?？蛇x的是，控制開關(guān)818設(shè)置在較遠(yuǎn)處(如，在外部控制機(jī)構(gòu)中)。
在一具體實(shí)施例中，光源814是白熾燈。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到可以采用其他類型的光源(如，光發(fā)射二極管、光導(dǎo)纖維等)。在另一實(shí)施例中，一個或多個光源820置于焊機(jī)600的外壁上，并將光直接發(fā)射到焊機(jī)600的內(nèi)部。在又一實(shí)施例中，光源814鄰近層片816的外邊緣設(shè)置，將光通過外邊緣發(fā)射到層片816。
圖9是旋轉(zhuǎn)器614、固定元件624、電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902的俯視圖，其包括電壓控制器810(未示出)。旋轉(zhuǎn)器614包括托架接收槽口904和一對安裝孔906。托架616(未在圖9中示出)由固定元件624支撐在托架接收槽口904中，其包括一對錐形孔908。固定元件624通過一對經(jīng)過安裝孔906和配合錐形孔908的螺栓(未示出)固定到旋轉(zhuǎn)器614上。當(dāng)被連接時，托架616在托架接收槽口904中自由地上下滑動，并由于彈簧802(未示出)按壓固定元件624的突出部806而向下偏壓。
電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902經(jīng)由旋轉(zhuǎn)器614和托架616控制旋轉(zhuǎn)器614的旋轉(zhuǎn)和施加到焊嘴618上的電壓。由于軌道焊機(jī)的電壓及旋轉(zhuǎn)控制的細(xì)節(jié)對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是公知的，故電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902在圖9中以一方塊示出。例如，在一實(shí)施例中，電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902等同于軌道焊縫頭9AF-750型和動力供給207型的控制及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，這兩種型號均由ARCMACHINES,INC.of Pacoima,Califomia銷售。注意在該具體實(shí)施例中，電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902的一部分(如，傳動鏈)包括在軌道焊機(jī)頭部，而電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902的第二部分(如，電壓控制器810)包括在遠(yuǎn)程動力供給中，盡管事實(shí)是電壓及旋轉(zhuǎn)控制器902在圖9中一體示出。
圖10A是凸輪塊620的透視圖。在該具體實(shí)施例中，凸輪塊620由兩塊絕緣材料(諸如玻璃纖維)制成，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解其可以形成為單獨(dú)一塊。凸輪塊620確定了通過其中央的孔1002，當(dāng)處于焊接位置時，分支管道610通過該孔。當(dāng)托架616通過表面626上的圓形路徑1004時，凸輪620的表面626的輪廓限定了由焊嘴618形成的焊縫圖案。在該具體實(shí)施例中，表面626的輪廓對應(yīng)于有槽T形焊縫圖案。特別是，表面626包括在凸出處(crest)1010交叉的第一平面部分1006和第二平面部分1008。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解表面626可以被成形為任何能產(chǎn)生任何理想的焊縫圖案。例如，具有單一傾斜平面表面的凸輪塊可以用于產(chǎn)生傾斜的端對端焊接圖案。
圖10B是凸輪塊620的俯視圖。多個相等間隔的水平線是立體線，示出了表面1006和1008是在凸出處1010匯合的平的表面。
圖11示出了分支管道夾持器608的底視圖，其包括靜止部分1102、可運(yùn)動部分1104和閉鎖部分1106。靜止部分1102用四個六角螺栓1108固定到絕緣體602上，并且包括鉸接部分1110?？蛇\(yùn)動部分1104也包括鉸接部分1112，并且通過鉸接銷1114樞轉(zhuǎn)地連接到靜止部分1102。
靜止部分1102和可運(yùn)動部分1104分別包括半圓形邊緣1116和1118，其共同形成用于接收分支管道610的圓形開口1120。閉鎖部分1106包括雄螺紋螺栓1122和雌螺紋搖桿1124。螺栓1122的頭部1126安置在固定到靜止部分1102的托架1128上，并且搖桿1124安置在固定到可運(yùn)動部分1104的托架1130上。當(dāng)搖桿1124在一個方向上旋轉(zhuǎn)時，相對于靜止部分1102貼近可運(yùn)動部分1104，在開口1120內(nèi)牢固夾持分支管道610。當(dāng)搖桿1124在相反的方向上旋轉(zhuǎn)時，可運(yùn)動部分1104可以遠(yuǎn)離靜止部分1102移動，釋放在分支管道610上的夾持裝置。
本發(fā)明的一個實(shí)施例是通過對如圖6-11的由ARCMACHINES,INC.ofPacoima,California銷售的軌道焊機(jī)頭9AF-750型進(jìn)行改型而構(gòu)造成的。根據(jù)下述驅(qū)動流程，T形接頭成功地由0.25英寸不銹鋼管道坯料通過驅(qū)動改進(jìn)的ARCMACHINES,INC.of Pacoima,Califomia銷售的動力供給207型軌道焊接頭而焊接。
#OD WALL TYPE MAT QTY046 0.25 0.35 SP SS 0023PRE-PURGE-POST UP-SLOPE-DOWN ROT-DLY7 10 0.0 2.0 CW 1.8LVL PULSE ROTPRI-RPM-BCK
1 ON CONT 6.0 0.00TIMEPRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK13.0 42.0 20.00.05 0.05LVL PULSE ROTPRI-RPM-BCK2ON CONT 6.00.00TIMEPRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK21.0 37.0 17.00.05 0.05LVL PULSE ROT PRI-RPM-BCK3 ON CONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK31.0 34.0 17.00.05 0.05LVL PULSE ROT PRI-RPM-BCK4ONCONT 6.00.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK41.0 40.0 19.00.05 0.05LVL PULSE ROT PRI-RPM-BCK5ONCONT 6.00.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK51.0 43.0 23.00.05 0.05LVL PULSE ROT PRI-RPM-BCK6ONCONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK61.0 39.0 19.00.05 0.05LVL PULSE ROT PRI-RPM-BCK7ONCONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK71.0 33.0 16.00.05 0.05LVI PULSE ROT PRI-RMP-BCK8ONCONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCKPRI-PULSE-BCK81.0 33.0 16.00.05 0.05
LVI PULSEROT PRI-RPM-BCK9ON CONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCK PRI-PULSE-BCK91.0 40.0 22.0 0.05 0.05LVI PULSE ROTPRI-RPM-BCK10 ON CONT 6.00 0.00TIME PRI-AMP-BCK PRI-PULSE-BCK10 3.0 39.0 19.0 0.05 0.05圖12示出了三塊標(biāo)準(zhǔn)管道坯料1202、1204和1206，當(dāng)焊接在一起時其均形成有槽十字接縫。特別是，管道1202具有切割或磨削于其側(cè)壁的第一有角度槽口1208和第二有角度槽口1210，且管道1204和1206分別具有切割或磨削到頂點(diǎn)的端部1212和1214。槽口1208和1210以及端部1212和1214可以容易地由本領(lǐng)域中工人采用對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的方法形成。
槽口1208和1210以及端部1212和1214形成配合對，從而當(dāng)端部1212和1214插入槽口1208和1210時形成光滑的接縫。槽口1208和12210以及端部1212和1214的配合特征便于用于焊接的管道1202、1204和1206容易對準(zhǔn)。在一具體實(shí)施例中，槽口1208和1210以及端部1212和1214均形成45度角。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到，只要管道形成良好的配合接縫，可以采用任何其它有用或有利的圖案(如，曲線形圖案)。
圖13是另一軌道焊機(jī)1300的剖視圖，其能夠由圖12所示的管道坯焊接成有槽十字接縫。焊機(jī)1300包括低焊機(jī)1302和高焊機(jī)1304，每個焊機(jī)基本上與焊機(jī)600相同，除了代替伸展管道夾持器604之外，低焊機(jī)1302和高焊機(jī)1304分別包括伸展管道接收部分1306和1308。當(dāng)?shù)秃笝C(jī)1302和低焊機(jī)1304被夾持在一起時(通過未示出的鉸接和夾持器)，伸展管道1202被夾持就位以備焊接。固定到高焊機(jī)1304的分支管道夾持器1310和固定到低焊機(jī)1302的分支管道夾持器1312分別支持分支管道1204和1206就位以備焊接。
電壓控制器1310提供焊接所需的動力。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到電壓控制器1310包括在旋轉(zhuǎn)及電壓控制器(未示出)中。此外，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解可以采用單一旋轉(zhuǎn)及電壓控制器來驅(qū)動低焊機(jī)1302和高焊機(jī)1304，或者可選的是，可以用單獨(dú)的控制器獨(dú)立控制低焊機(jī)1302和高焊機(jī)1304。在單一控制器的情況下，將高焊機(jī)1304的焊嘴1312直接相對低焊機(jī)1302的焊嘴1314設(shè)置以避免其相互影響是優(yōu)選的。
圖14示出了形成有槽端對端接縫的兩塊標(biāo)準(zhǔn)管道坯料1402和1404。特別是，管道1402具有切割或磨削于其端部的有角度槽口1406，管道1404具有切割或磨削成其端部的頂點(diǎn)1408。槽口1406和頂點(diǎn)1408可以容易的由本領(lǐng)域中的工人采用對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員公知的方法形成。
槽口1406和頂點(diǎn)1408形成配合對，從而當(dāng)頂點(diǎn)1408插入槽口1406時形成光滑連接。槽口1406和端部1408的配合特征便于用于焊接的管道1402和1404容易對準(zhǔn)。在一具體實(shí)施例中，槽口1406和1408均形成45度角。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到只要管道形成良好的配合連接而可以采用任何其它有用或有利的圖案。
圖15是另一個軌道焊機(jī)1500的剖視圖，其能夠由圖14的管道接頭1402和1404焊接成有槽的端對端連接。除了伸展管道夾持器604用第二分支管道夾持器1502代替之外，焊機(jī)1500基本上與焊機(jī)600相同。分支管道夾持器1502和608分別支持管道1402和1404就位以備焊接。
在每一個上述本發(fā)明的實(shí)施例中，成形的凸輪塊620起到平移控制器的作用，其控制焊嘴618的縱向位置(即，相對于軸622為縱向)。然而，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到多種其它的平移控制器可以代替凸輪塊620。
圖16是軌道焊機(jī)1600的剖視圖，示出了兩個單獨(dú)平移控制器的示例。第一平移控制器包括扁平凸輪塊1602，其在縱向相對于軸622通過垂直位置控制器1604可運(yùn)動。垂直位置控制器1604可以由多種其它方式驅(qū)動，這些方式包括例如，機(jī)械、氣動或者電動。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解盡管垂直位置控制器1604在圖16中以單一方塊示出時，垂直位置控制器1604的一些部件(如，步進(jìn)發(fā)動機(jī))可以位于焊頭中，而其它部件(如，用于步進(jìn)發(fā)動機(jī)的電控制)可以位于外側(cè)。
第二平移控制器(以虛線示出)包括形成在絕緣體602內(nèi)壁中的槽1606和從托架616伸進(jìn)槽1606中的銷1608。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器614圍繞軸622旋轉(zhuǎn)時，銷1608沿著槽1606，抬高及降低托架616和焊嘴618。槽1606的路徑限定由焊嘴618循跡的焊縫圖案。盡管圖16中示出了平移控制器的兩個示例，但本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到只需要一個平移控制器來產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的非平面軌道焊縫。
圖17是另一個軌道焊機(jī)1700的剖視圖，其包括絕緣體1702、旋轉(zhuǎn)器1704、焊嘴1706和垂直位置控制器1708。除了焊嘴1706直接固定到旋轉(zhuǎn)器1704之外，旋轉(zhuǎn)器1704類似于旋轉(zhuǎn)器614(圖9)。因此，不需要托架616和固定元件624。旋轉(zhuǎn)器1704可滑動地安裝在絕緣體1702中形成的圓形凹口1710中以圍繞軸1712旋轉(zhuǎn)，并且在圓形凹口1710中相對于軸1712縱向運(yùn)動。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)器1704圍繞軸1712旋轉(zhuǎn)時，垂直位置控制器1708在凹口1710中抬高和降低旋轉(zhuǎn)器1704，從而焊嘴1706通過了非平面軌道的焊縫路徑。因此，旋轉(zhuǎn)器2704和垂直位置控制器1708一起起到平移控制器的作用。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將認(rèn)識到垂直位置控制器1708可以由大量其它方式驅(qū)動，這些方式包括，例如，機(jī)械、氣動或者電動。
圖18A和圖18B是平移控制器1800的特別簡單的實(shí)施例的側(cè)視圖，其分別處于低位置和高位置。平移控制器1800包括旋轉(zhuǎn)器1802和凸輪塊1804。旋轉(zhuǎn)器1802具有成形的底表面1806，其包括中央峰部1808。凸輪塊1804具有有成形的頂表面1810，其包括中央凹部1812。焊嘴1814固定到旋轉(zhuǎn)器1802上，從而通過旋轉(zhuǎn)器1802的中央延伸入圓柱形開口。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)器1802和凸輪塊1804如圖18A所示彼此相對定位時，表面1806和1810對準(zhǔn)，從而峰部1808在凹部1812中。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器1802和凸輪塊1804如此定位時，焊嘴1814處于距凸輪塊1804最小距離處，對應(yīng)于焊縫圖案的低點(diǎn)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器1802圍繞軸1816旋轉(zhuǎn)并且凸輪塊1804保持靜止時，表面1806和1810未對準(zhǔn)，焊嘴1814和凸輪塊1804之間的距離增加，直到旋轉(zhuǎn)90度之后，峰部1808停在凸輪塊1804的最高邊緣，如圖18B所示，焊嘴1814和凸輪塊1804之間的距離最大。焊嘴1814的該位置對應(yīng)于焊縫圖案的最高點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)另一90度之后(總共180度)，表面1806和1810再次對準(zhǔn)，而焊嘴1814到達(dá)焊縫圖案的另一低點(diǎn)。在旋轉(zhuǎn)又一90度之后(總共270度)，表面1806和1810再次未對準(zhǔn)，而焊嘴1814到達(dá)焊縫圖案的另一個高點(diǎn)。最后，在旋轉(zhuǎn)再一90度之后(總共360度)，旋轉(zhuǎn)器1802和焊嘴1814返回到其原始位置，完成非平面軌道焊縫圖案。
盡管表面1806和1810在圖18A和圖18B中所示是間隔開的，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會理解在工作過程中這些表面是滑動接觸的。另外，一些偏壓件，例如彈簧(未示出)可以用于偏壓表面1806和1810在一起。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也會認(rèn)識到盡管表面1806和1810分別示出一個峰部1808和一個凹部1812，多個徑向峰部和凹部也可以被采用以產(chǎn)生更復(fù)雜的非平面焊縫圖案。
現(xiàn)在已經(jīng)完成了本發(fā)明具體實(shí)施例的描述。在不脫離本發(fā)明范圍的前提下許多所述部件可以被取代、更換或者省略。例如，盡管只在能夠形成端對端接縫的焊機(jī)中示出了另一種平移控制器，也可用在所述的任何軌道焊機(jī)中采用其他的控制器，包括那些用于形成T形接縫和十字接縫的焊機(jī)。作為另一個示例，通過對焊機(jī)600的蓋板630改進(jìn)(圖6)以包括分支管道通道的開口，可以通過如下方法用焊機(jī)600焊接十字接縫首先焊接所述的T形接縫，然后轉(zhuǎn)換T形接縫(已焊接的分支管道610設(shè)置成通過蓋板630中的開口)，并且在伸展管道606的相對側(cè)焊接另一個分支管道。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，這些和其它改型對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1．一種軌道焊機(jī)，包括焊嘴；旋轉(zhuǎn)控制器，用于使所述焊嘴圍繞軸旋轉(zhuǎn)；以及平移控制器，用于使所述焊嘴相對于所述軸縱向移動。
2．如權(quán)利要求1所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括可滑動設(shè)置的旋轉(zhuǎn)器，以相對于所述軸縱向移動，所述焊嘴固定到所述旋轉(zhuǎn)器上。
3．如權(quán)利要求1所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)控制器包括圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)器；以及所述平移控制器包括可滑動連接到所述旋轉(zhuǎn)器上的托架，所述焊嘴固定到所述托架上。
4．如權(quán)利要求3所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器還包括凸輪塊，隨所述旋轉(zhuǎn)器圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)，所述托架的一部分偏壓在所述凸輪塊的表面上。
5．如權(quán)利要求4所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述凸輪塊的所述表面根據(jù)具體焊縫圖案成形。
6．如權(quán)利要求5所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述具體焊縫圖案是有槽“T”形焊縫圖案。
7．如權(quán)利要求5所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述具體焊縫圖案是傾斜端對端接縫圖案。
8．如權(quán)利要求5所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述凸輪塊的所述表面包括凸出處；從所述凸出處延伸的第一平面部分；以及從所述凸出處延伸的第二平面部分，所述第二平面部分相對于所述第一平面部分是非平行的。
9．如權(quán)利要求4所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述凸輪塊安裝在所述軌道焊機(jī)中，從而相對于所述軸可縱向移動。
10．如權(quán)利要求9所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括用于相對于所述軸縱向移動所述凸輪塊的機(jī)械裝置。
11．如權(quán)利要求9所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括用于相對于所述軸縱向移動所述凸輪塊的電-機(jī)械裝置。
12．如權(quán)利要求9所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括用于相對于所述軸縱向移動所述凸輪塊的氣動裝置。
13．如權(quán)利要求4所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，偏壓在所述凸輪塊的所述表面上的所述托架的所述部分包括輪子。
14．如權(quán)利要求3所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括確定導(dǎo)槽的壁；以及所述托架包括伸進(jìn)所述導(dǎo)槽中的導(dǎo)銷。
15．如權(quán)利要求1所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，還包括第二焊嘴；第二旋轉(zhuǎn)控制器；以及第二平移控制器。
16．如權(quán)利要求15所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器包括可滑動設(shè)置的第一旋轉(zhuǎn)器，以相對于所述軸縱向移動，所述焊嘴固定到所述第一旋轉(zhuǎn)器上；以及所述第二平移控制器包括可滑動設(shè)置的第二旋轉(zhuǎn)器，以相對于所述軸縱向移動，所述第二焊嘴固定到所述第二旋轉(zhuǎn)器上。
17．如權(quán)利要求15所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)控制器包括圍繞所述軸設(shè)置的第一旋轉(zhuǎn)器；所述第二旋轉(zhuǎn)控制器包括設(shè)置成繞所述軸轉(zhuǎn)動的第二旋轉(zhuǎn)器；所述第一平移控制器包括可滑動連接到所述第一旋轉(zhuǎn)器上的第一托架，所述焊嘴固定到所述第一托架上；以及所述第二平移控制器包括連接到所述第二旋轉(zhuǎn)器上的第二托架，所述第二焊嘴固定到所述第二托架上。
18．如權(quán)利要求17所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述平移控制器還包括第一凸輪塊，當(dāng)所述第一旋轉(zhuǎn)器圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)時，所述第一托架的一部分偏壓在所述第一凸輪塊的表面上；以及所述第二平移控制器還包括第二凸輪塊，當(dāng)所述第二旋轉(zhuǎn)器圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)時，所述第二托架的一部分偏壓在所述凸輪塊的表面上。
19．如權(quán)利要求18所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述第一凸輪塊的所述表面根據(jù)第一具體焊縫圖案成形；以及所述第二凸輪塊的所述表面根據(jù)第二具體焊縫圖案成形。
20．如權(quán)利要求19所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述第一具體焊縫圖案和所述第二具體焊縫圖案一起形成有槽十字焊縫圖案。
21．如權(quán)利要求19所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述第一凸輪塊的所述表面包括凸出處，第一平面部分從所述凸出處延伸，第二平面部分從所述凸出處延伸，所述第二平面部分相對于所述第一平面部分是非平行的；以及所述第二凸輪塊的所述表面包括凸出處，第一平面部分從所述凸出處延伸，第二平面部分從所述凸出處延伸，所述第二平面部分相對于所述第一平面部分是非平行的。
22．如權(quán)利要求18所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述第一凸輪塊和所述第二凸輪塊安裝在所述軌道焊機(jī)中，從而相對于所述軸可縱向移動。
23．如權(quán)利要求18所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，偏壓在所述凸輪塊的所述表面上的所述托架的所述部分各自包括一個輪子。
24．如權(quán)利要求17所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述平移控制器還包括限定第一導(dǎo)槽的壁；所述第一托架包括伸進(jìn)所述第一導(dǎo)槽中的導(dǎo)銷；所述第二平移控制器還包括確定第二導(dǎo)槽的壁；以及所述第二托架包括伸進(jìn)所述第二導(dǎo)槽中的導(dǎo)銷。
25．一種軌道焊機(jī)，包括焊嘴；用于使所述焊嘴圍繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置；以及用于使所述焊嘴相對于所述軸縱向移動的平移裝置。
26．如權(quán)利要求25所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)器；以及所述平移裝置起到相對于所述軸縱向移動所述旋轉(zhuǎn)器的作用。
27．如權(quán)利要求26所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)裝置包括圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)器；以及所述平移裝置包括可滑動連接到所述旋轉(zhuǎn)器上的托架，所述焊嘴固定到所述托架上。
28．如權(quán)利要求26所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，還包括第二焊嘴；用于使所述第二焊嘴圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)裝置；以及用于使所述第二焊嘴相對于所述軸縱向移動的第二平移裝置。
29．如權(quán)利要求28所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述平移裝置包括可滑動設(shè)置的第一旋轉(zhuǎn)器，以相對于所述軸縱向移動，所述焊嘴固定到所述第一旋轉(zhuǎn)器上；以及所述第二平移裝置包括可滑動設(shè)置的第二旋轉(zhuǎn)器，以相對于所述軸縱向移動，所述第二焊嘴固定到所述第二旋轉(zhuǎn)器上。
30．如權(quán)利要求28所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)裝置包括圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置的第一旋轉(zhuǎn)器；所述第二旋轉(zhuǎn)器包括圍繞所述軸旋轉(zhuǎn)設(shè)置的第二旋轉(zhuǎn)器；所述平移裝置包括可滑動連接到所述第一旋轉(zhuǎn)器上的第一托架，所述焊嘴固定到所述第一托架上；以及所述第二平移裝置包括可滑動連接到所述第二旋轉(zhuǎn)器上的第二托架，所述第二焊嘴固定到所述第二托架上。
31．一種軌道焊機(jī)，包括主體，形成所述軌道焊機(jī)的內(nèi)腔；以及光源，固定到所述主體上，用于將光發(fā)射到所述內(nèi)腔。
32．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光源包括光導(dǎo)纖維。
33．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光源包括發(fā)光二極管。
34．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光源包括白熾燈。
35．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，還包括多個光源。
36．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光源設(shè)置于所述內(nèi)腔中。
37．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述主體包括光傳導(dǎo)部分，用于從所述光源向所述內(nèi)腔傳導(dǎo)光。
38．如權(quán)利要求37所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光傳導(dǎo)部分構(gòu)成主體的一層。
39．如權(quán)利要求38所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述光傳導(dǎo)部分形成開口；以及所述光源位于所述開口中。
40．如權(quán)利要求38所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述到光傳導(dǎo)部分包括邊緣；和所述光源鄰近所述邊緣設(shè)置，以將光通過所述邊緣發(fā)射到所述光傳導(dǎo)部分。
41．如權(quán)利要求31所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，還包括用于選擇性的向所述光源提供動力的開關(guān)。
42．如權(quán)利要求41所述的軌道焊機(jī)，其特征在于，所述主體包括外表面；以及所述開關(guān)置于所述外表面上。
43．如權(quán)利要求28所述的軌道焊機(jī)，其特征在于所述軌道焊機(jī)還包括外部控制器；以及所述開關(guān)置于所述外部控制器中。
全文摘要
一種軌道焊機(jī),包括焊嘴(618)、旋轉(zhuǎn)控制器(902)和平移控制器(620)。旋轉(zhuǎn)控制器(902)使焊嘴(618)繞通過將要焊接的管道(610)的軸(622)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)焊嘴(618)圍繞軸(622)旋轉(zhuǎn)時,平移控制器(620)使焊嘴(618)相對于軸(622)縱向移動,形成非平面軌道焊縫。在一個實(shí)施例中,平移控制器(620)包括圍繞軸(622)旋轉(zhuǎn)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)器(614)。平移控制器還包括可滑動連接到旋轉(zhuǎn)器(614)上的托架,且焊嘴(618)固定到托架(616)上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)器(614)圍繞軸(622)旋轉(zhuǎn)時,托架(616)相對于軸(622)縱向移動,從而焊嘴(618)遵循非平面軌道焊縫圖案。在一具體實(shí)施例中,托架(616)的一部分(808)偏壓凸輪塊(620)的表面(626)上。凸輪塊(620)的表面(626)被成形為當(dāng)旋轉(zhuǎn)器圍繞軸(622)旋轉(zhuǎn)時,托架(616)相對于旋轉(zhuǎn)軸縱向移動。
文檔編號B23K9/12GK1319038SQ99811277
公開日2001年10月24日 申請日期1999年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月5日
發(fā)明者托馬斯·A·洛林茨 申請人:塞馬公司