一种柔性焊接装置及其工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种柔性焊接装置及其工艺，该装置包括工作台和安装在工作台上方的箱体，所述箱体内部设置有温度监测装置，所述箱体上表面后侧设置有转轴，上盖通过所述转轴与箱体连接，所述上盖和箱体的左右两侧壁插接有卡盘，所述箱体左右两侧对称设置有推动装置，所述推动装置和所述卡盘完成对钢管的装夹定位，所述钢管的待焊接侧套接有摩擦盘，动力装置安装在所述箱体内部，且与所述摩擦盘啮合。本发明专利技术采用两侧钢管均不旋转、摩擦块绕钢管高速旋转并且对钢管沿壁厚方向的温度变化实时监测，动态调节转速和摩擦压力的柔性焊接方式，解决了大长度、大重量钢管难以稳定夹持和高速旋转的问题，焊后钢管同轴度高，焊接质量好。焊接质量好。焊接质量好。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性焊接装置及其工艺


[0001]本专利技术属于焊接
，尤其涉及一种柔性焊接装置及其工艺。

技术介绍

[0002]目前，中国轧制钢材无论从产量、品种到质量性能，从装备控制到工艺技术，从科技研发到技术创新，均取得了显著成就，但高端钢材的产量和质量与欧美等发达国家仍存在一定差距。随着制造工艺向着节能化、精密化、轻量化、数字化、智能化等方向发展，同时需要高端钢材具备“高性能、低成本、高精度、易加工、绿色化”等特征。因此，如何提高钢材产品质量是制造业工艺发展的重要课题。对于输送高压流体的钢管，通常要求单根钢管长度达到数十米以上，并且对钢管的耐高压等密封性能有较高要求。现有技术中，采用手工电弧焊等传统焊接工艺是实现大长度钢管连接的常用手段，但焊缝处通常会存在气孔、裂纹等凝固冶金有关的焊接缺陷，难以满足高压流体钢管的高密封要求。摩擦焊是指利用工件接触面相对运动摩擦而产生的热量作为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形从而实现类锻态固相连接的焊接方法。相对于常规的熔化焊接，摩擦焊具有焊缝质量好、焊接效率高、一致性好、可实现异种材料焊接等优点。然而，常见的对接摩擦焊需要一端钢管焊件高速旋转，但钢管长度大，施焊过程中大长度、大重量钢管难以稳定夹持和高速旋转，且径向跳动大，导致焊后钢管存在焊接同轴度差、焊接飞边难以去除等问题。
[0003]针对这一问题，人们在长期的生产实践中也进行了探索研究，例如，中国专利技术专利公开了一种钢管件高强度高可靠密封径向摩擦焊接方法(申请号202111174892.3)，该专利技术专利采用固定夹持工装夹持钢管焊接毛坯静止不旋转，旋转加压工装夹持钢环焊接毛坯且随径向摩擦焊机的主轴旋转，并在焊接过程中主轴的转速减小后，增大径向摩擦压力的方式对钢管进行焊接。上述方案在一定程度上改进了现有技术的部分问题，但是，该方案还至少存在以下缺陷：在焊接过程中，只是单纯的在主轴转速减小后增加径向摩擦力，对于主轴的转速和径向摩擦压力值变化情况没有明确的参考依据，且无法有效监测到焊接过程中沿焊管壁厚方向上的温差，并不能解决焊接过程中钢管沿壁厚方向的焊接结合面温度差异较大而引起的焊缝微裂纹萌芽和孔洞等隐性缺陷。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种两侧钢管均不旋转、摩擦块绕钢管高速旋转并且对钢管沿壁厚方向的温度变化实时监测，动态调节转速和摩擦压力的一种柔性焊接接装置及其工艺。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术所提出的一种柔性焊接装置，该装置包括工作台和安装在工作台上方的箱体，所述箱体内部设置有温度监测装置，所述箱体上表面后侧设置有转轴，上盖通过所述转轴与箱体连接，所述上盖和箱体的左右两侧壁插接有卡盘，所述箱体左右两侧对称设置有推动装置，所述推动装置和所述卡盘完成对钢管的装夹定位，所述钢管的待焊接侧套接有
摩擦盘，动力装置安装在所述箱体内部，且与所述摩擦盘啮合。
[0007]进一步的，所述摩擦盘包括套接在钢管上的从动齿轮和安装在所述从动齿轮表面的压力传感器，所述从动齿轮内部设置有压力推杆，所述压力推杆外侧套接有弹簧，所述弹簧和压力推杆一侧设置有摩擦块。
[0008]进一步的，所述摩擦盘中设置有多种摩擦块，且外形尺寸各不相同。
[0009]进一步的，所述推动装置包括设置在箱体左右两侧的滑轨和安装在所述滑轨内部的滑块，以及安装在所述滑块上方的支架，所述滑轨一侧设置有止推块，所述滑块一侧连接有气缸。
[0010]进一步的，所述温度监测装置包括设置在箱体内部的伸缩支架和安装在所述伸缩支架上方的测温摄像头。
[0011]进一步的，所述动力装置包括设置在工作台上方的变频电机和设置在箱体内部的传动轴，以及套接在所述传动轴上的主动齿轮，所述变频电机的输出端和所述传动轴之间通过联轴器连接。
[0012]一种柔性焊接的工艺，所述工艺包括以下步骤：步骤1，设定初始参数：确定钢管的外径D，变频电机的最大转速n
max
，变频电机相邻档位之间的转速差值n0，变频电机的实际转速n，摩擦压力P，摩擦压力调节梯度P0，钢管外侧壁的实际温度t1，钢管内侧壁的实际温度t2，预设钢管沿壁厚方向的合理温差范围T1‑
T2，钢管的焊接温度T；步骤2，根据待焊接钢管的管径选用相应的支架和卡盘对钢管进行装夹定位，使两根钢管的轴线重合，且沿轴线的切面始终与工作台保持平行；步骤3，将摩擦盘套接在钢管的待焊接侧，计算机根据钢管缩口的外形尺寸在线匹配相应摩擦块，压力推杆加载，推动摩擦块至与钢管缩口接触，使压力传感器与摩擦块另一侧接触，并记录当前的摩擦压力P；步骤4，闭合上盖，启动变频电机，在焊接过程中对转速和摩擦压力进行实时柔性调节；步骤5，重复步骤4，当钢管内侧壁的实际温度到达焊接温度，即t2≥T时，两侧钢管焊接侧充分接触，焊接完成。
[0013]进一步的，所述步骤4的具体操作如下：以最大转速n
max
启动变频电机，摩擦块绕钢管转动，测温摄像头实时监测钢管内、外侧壁的温度，若|t1‑
t2|≥T2，则将变频电机的转速降低n0，同时压力推杆瞬时增大摩擦压力，以保证钢管内外侧壁的实时温差|t1‑
t2|不产生较大波动，随后以摩擦压力调节梯度P0逐渐减小摩擦压力，重复上述操作，直至T1<|t1‑
t2|<T2，计算机记录当前的转速n和摩擦压力P。
[0014]进一步的，所述步骤5的具体操作如下：关闭变频电机，摩擦块停止转动，打开上盖，调节伸缩支架，使测温摄像头下降，压力推杆卸载，弹簧收缩带动摩擦块退回至初始位置，取下摩擦盘，左右两侧气缸推动滑块带动钢管相向运动，直至滑块撞上止推块，两侧钢管焊接侧充分接触，焊接完成。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0016]1、本装置采用两侧钢管均不旋转、摩擦块绕钢管高速旋转的径向摩擦焊接方式，解决了大长度、大重量钢管难以稳定夹持和高速旋转的问题，焊后钢管同轴度高，焊接质量好；
[0017]2、本装置的摩擦盘中设置有多种规格的摩擦块，以保证能与不同外形尺寸的钢管缩口相互匹配，不仅适用性强，还极大的降低了企业生产小批量多规格产品的成本，有利于技术推广和应用；
[0018]3、本工艺通过对钢管沿壁厚方向的温度变化实时监测，巧妙的采用动态调节转速和摩擦压力的柔性摩擦焊接技术，有效地降低了由焊接过程中钢管沿壁厚方向的焊接结合面温度差异较大而引起的焊缝微裂纹萌芽和孔洞等隐性缺陷。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提出的一种柔性焊接装置的整体结构示意图；
[0020]图2是本专利技术摩擦盘的结构示意图；
[0021]图3是本专利技术推动装置的结构示意图；
[0022]图4是本专利技术温度监测装置的结构示意图；
[0023]图5是本专利技术传动装置的结构示意图。
[0024]以上附图中
[0025]1‑
摩擦盘、2
‑
钢管、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性焊接装置，其特征在于：所述装置包括工作台和安装在工作台上方的箱体，所述箱体内部设置有温度监测装置，所述箱体上表面后侧设置有转轴，上盖通过所述转轴与箱体连接，所述上盖和箱体的左右两侧壁插接有卡盘，所述箱体左右两侧对称设置有推动装置，所述推动装置和所述卡盘完成对钢管的装夹定位，所述钢管的待焊接侧套接有摩擦盘，动力装置安装在所述箱体内部，且与所述摩擦盘啮合。2.根据权利要求1所述的一种柔性焊接装置，其特征在于：所述摩擦盘包括套接在钢管上的从动齿轮和安装在所述从动齿轮表面的压力传感器，所述从动齿轮内部设置有压力推杆，所述压力推杆外侧套接有弹簧，所述弹簧和压力推杆一侧设置有摩擦块。3.根据权利要求2所述的摩擦盘，其特征在于：所述摩擦盘中设置有多种摩擦块，且外形尺寸各不相同。4.根据权利要求1所述的一种柔性焊接装置，其特征在于：所述推动装置包括设置在箱体左右两侧的滑轨和安装在所述滑轨内部的滑块，以及安装在所述滑块上方的支架，所述滑轨一侧设置有止推块，所述滑块一侧连接有气缸。5.根据权利要求1所述的一种柔性焊接装置，其特征在于：所述温度监测装置包括设置在箱体内部的伸缩支架和安装在所述伸缩支架上方的测温摄像头。6.根据权利要求1所述的一种柔性焊接装置，其特征在于：所述动力装置包括设置在工作台上方的变频电机和设置在箱体内部的传动轴，以及套接在所述传动轴上的主动齿轮，所述变频电机的输出端和所述传动轴之间通过联轴器连接。7.一种柔性焊接的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：步骤1，设定初始参数：确定钢管的外径D，变频电机的最大转速n
max
，变频电机相邻档位之间的转速差值n0，变频电机的实际转速n，摩擦压力P，摩擦压力调节梯度P...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，郭龙鑫，郑磊，庞洪轩，郑冰，于胜泉，韩毅，邹志鹏，杨昕昆，薛雲泽，
申请(专利权)人：河北工程大学中普邯郸钢铁有限公司河北普阳新材料实业有限公司，
类型：发明
国别省市：