CN1041899A - 自动焊接圆柱形容器的装置 - Google Patents

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Abstract

一种自动焊接圆柱形容器的装置，具有容器回转装置；移动小车；装在小车上的操纵器，带有紧固在小车上的立柱、可在水平方向上和沿立柱的垂直方向上移动的水平柱和可旋转地安装在水平柱前端的伸缩臂；带有焊接喷嘴、坡口闪示装置的焊头通过L形安装件装在伸缩臂的顶端；安装在小车上的焊条进给器、焊接电源和由图象处理机、焊接电流控制器、焊条进给控制器、焊接速度控制器和坡口仿形控制器所组成的焊接控制器。

Description

本发明涉及一种能沿其已点焊过的圆柱形容器内外表面的坡口进行自动焊接的装置。
对于沿其已点焊过的举如象高压容器那样的圆柱形容器内外表面的坡口焊的传统方法是用手工焊接或在圆柱形容器上用自移式焊机进行焊接。
然而，手工焊接效率低，而且在焊接沿其内表面坡口的圆柱形容器时，操作者必须进入圆柱形容器内部的狭窄空间才能完成;另一方面，因为自移式焊机移动不稳定，焊接速度不可能高。
在这种情况下，人们要求开发一种能高效率地沿其已点焊过的圆柱形容器内外表面的坡口进行自动焊接的装置，但是，这样的焊接装置迄今尚未被人提出过。
因此，本发明的目的是提供一种能高效率地沿其已点焊过的圆柱形容器内外表面的坡口进行自动焊接的装置。
根据本发明的特点，提供的一种自动焊接圆柱形容器的装置是以下列组成为表征的：
一个使要焊接的呈水平放置的圆柱形容器绕其中心线旋转的回转装置（8）;
一个移动小车（1）;
一个安装在小车（1）上的操纵器（2），该操纵器是由垂直紧固在小车（1）上的一个立柱（10）、水平安装到立柱（10）上的一个水平柱（11）和一个伸缩臂（12）所组成，水平柱（11）可相对于立柱（10）水平移动，并可沿立柱（10）垂直移动，伸缩臂（12）在垂直平面内可回转地安装在水平柱（11）前端;
一个可绕伸缩臂（12）的中心线回转地安装到伸缩臂（12）顶端的L形安装件（3）;
一个安装到L形安装件（3）上的焊头（4），该焊头由一个焊接喷嘴（16）、一个坡口仿形装置（17）和一个坡口闪示装置（20）（agroove    shooting    means）所组成，焊头（4）除随L形安装件（3）回转外还围绕焊接喷嘴（16）的中心线回转。所述焊接喷嘴（16）的中心线为伸缩臂（12）中心线的延长线，把焊条（15）导向所要焊接的圆柱形容器上形成的坡口;所述的坡口仿形装置（17）是由一个在坡口宽度方向移动焊接喷嘴（16）的水平仿形机构（18）和一个在坡口深度方向移动焊接喷嘴（16）的垂直仿形机构（19）所组成，所述的坡口闪示装置（20）包括有一个能在焊接喷嘴（16）移动方向的顺向闪示出坡口部分的电视摄像机（21）和一个通过电视摄像机（21）将欲闪示的坡口部分发亮的光源（22）;
一个安装在小车（1）上通过焊接喷嘴（16）向坡口连续进给焊条（15）的焊条进给器（5）;
一个安装在小车（1）上给焊条（15）提供焊接电流为在焊条（15）顶端和坡口之间产生电弧的焊接电源（6）;以及
一个安装在小车（1）上的焊接控制器（9），该焊接控制器由一个图像处理机（32）、一个焊接电流控制器（33）、一个焊条进给控制器（34）、一个焊接速度控制器（35）和一个坡口仿形控制器（36）所组成，其中图像处理机（32）将坡口闪示装置（20）示出的图像信号转换成坡口形状信号;焊接电流控制器（33）依据图像处理机（32）的坡口形状信号控制焊接电源（6）以保持焊接电流为一适当值;焊条进给控制器（34）依据焊接电源（6）提供的焊接电流控制焊条进给器（5）以保持焊条（15）进给速度为一适当值;焊接速度控制器（35）依据焊条（15）的进给速度控制回转装置（8）的回转速度和水平柱（11）的水平移动速度中的任一个以保持焊接速度为一适当值;坡口仿形控制器（36）根据焊接电源（6）提供的焊接电流控制坡口仿形装置（17）使焊接喷嘴（16）的中心线沿坡口中心线移动并使焊条（15）顶端和坡口之间的距离保持为一适当值。
图1是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置的一个实施例的正视图，
图2是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置的焊头的侧视图，
图3是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置中装有焊头的伸缩臂的正视图，
图4是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置中装有焊头的伸缩臂的侧视图。
从上述提到的观点出发，为开发一种能高效率地沿其圆柱形容器内外表面的坡口进行自动焊接的装置已作了深入的研究，结果发现，它可以通过下列办法实现，即把所要焊接的圆柱形容器水平放置在一个回转装置上，在该回转装置上设置有焊接喷嘴、坡口闪示装置和坡口仿形装置。焊接头呈回转式安装在一个可水平移动的柱上，借助于焊接控制器控制回转装置、水平柱和焊接头。
本发明就是根据上述原理而制成的。现在参照附图详细说明本发明的自动焊接圆柱形容器装置。
图1是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置实施例的正视图，图2是说明本发明自动焊接圆柱形容器装置中焊头的侧视图。
如图1和图2中所示那样，本发明的自动焊接圆柱形容器装置具有一个回转装置（8），该回转装置包括能使所要焊接的圆柱形容器7呈水平放置其上面且使圆柱形容器绕中心线回转的滚子或类似物;一个移动小车（1）;一个安装在小车（1）上的操纵器（2）;一个安装在操纵器（2）前端的L形安装件（3）;一个安装在L形安装件（3）上的焊头（4）;一个焊条进给器（5），该进给器安装在小车（1）上，把焊条（15）通过后面要说明的焊头（4）的焊接喷嘴向圆柱形容器（7）上形成的坡口（没画出）供给;一个焊接电源（6），该焊接电源安装在小车（1）上，为焊条（15）提供焊接电流，使得在焊条（15）顶端和坡口之间产生电弧;以及一个安装在小车（1）上的焊接控制器（9）。
操纵器（2）包括一个垂直紧固在小车（1）上的立柱（10）、一个水平安装在立柱（10）上的水平柱（11）和一个在垂直平面内围绕如图1和图3所示那样的水平轴（13）与水平柱（11）的前端呈回转式安装的伸缩臂（12）。
水平柱（11）在水平方向上可借助于举如齿条和小齿轮机构（没画出）相对于立柱（10）水平移动，而且还借助于举如齿条和小齿轮机构（没画出）沿立柱（10）在垂直方向上垂直移动。当沿其内表面形成的坡口（未示出）焊接圆柱形容器时，如图3所示那样，水平柱（11）与朝水平位置回转的伸缩臂（12）一起通过孔7A***所要焊接的圆柱形容器（7）中，孔7A是暂时配置在圆柱形容器（7）的一端并在完成焊接之后要被封闭住的。伸缩臂（12）是由例如一个液压缸组成，而且可以伸缩如图4那样与圆柱形容器（7）的内径相匹配。
L形安装件（3）与伸缩臂（2）的顶端配装，并通过第一马达（14）的作用围绕操纵器（2）的伸缩臂（12）的中心线回转。焊头（4）是由一个焊接喷嘴（16）、一个坡口仿形装置（17）和一个坡口闪示装置（20）所组成。其中，焊接喷嘴（16）的中心线是伸缩臂（12）中心线的延长线，把焊条（15）导向所要焊接的圆柱形容器7上形成的坡口（未示出）;坡口仿形装置（17）由一个能在坡口宽度方向上移动焊接喷嘴（16）的水平仿形机构（18）和一个能在坡口深度方向上移动焊接喷嘴（16）的垂直仿形机构（19）所组成;坡口闪示装置由一用来闪示出焊接喷嘴（16）移动方向顺向坡口部分的电视摄像机（21）和一个通过电视摄像机（21）将欲闪示的坡口部分发亮的光源（22）。焊头（4）除随L形安装件（3）回转外还围绕焊接喷嘴（16）的中心线回转。
焊接喷嘴（16）是举如适于旋转式电弧焊用的喷嘴，且能以指定的旋转速度绕其中心线回转。焊条（15）由焊条进给器（5）通过焊接喷嘴（16）并与该焊接喷嘴（16）的中心线成偏心朝坡口的进给基本上是垂直的。当焊接喷嘴（16）回转时，在焊条（15）的顶端和坡口之间产生的电弧沿相应于上述提到的焊条（15）的偏心距的圆移动。电弧和坡口通过来自安装在小车（1）上的保护气体瓶（23）中的保护气体的保护与空气隔开。焊条（15）和保护气体通过联接在焊条进给器（5）和焊接喷嘴（16）之间的导管（24）连续地进到焊接喷嘴（16）中。为了除去坡口中的污垢和尘土堆积物，若需要，可以在焊接喷嘴（16）移动方向的顺向设置空气喷嘴（25）。
坡口仿形装置（17）的水平仿形机构（18）紧固到L形的安装件（3）上，而且由第二马达（26）旋转的水平丝杠（27）和与水平丝杠（27）或螺纹啮合的水平移动件（28）所组成。坡口仿形装置（17）的垂直仿形机构（19）紧固在上述提到的水平仿形装置（18）的水平移动件（28）上，而且由第三马达（29）旋转的垂直丝杠（30）和与垂直丝杠（30）或螺纹啮合的垂直移动件（31）所组成。第二马达（26）和第三马达（29）由下面要说明的焊接控制器（9）控制。焊接喷嘴（16）紧固在上述提到的垂直移动件（31）上。
焊接控制器（9）是由一个图像处理机（32）、一个焊接电流控制器（33）、一个焊条进给控制器（34）、一个焊接速度控制器（35）和一个坡口仿形控制器（36）所组成。其中，图像处理机（32）把来自坡口闪示装置（20）的图像信号转换成坡口形状信号;焊接电流控制器（33）根据图像处理机（32）的坡口形状信号控制焊接电源（6）以保持焊接电源（6）提供的焊接电流为一适当值;焊条进给控制器（34）根据焊接电源（6）提供的焊接电流控制焊条进给器（5）以保持焊条（15）的进给速度为一适当值;焊接速度控制器（35）根据焊条的进给速度控制回转装置（8）的旋转速度和水平柱（11）的水平移动速度中任一个;坡口仿形控制器（36）根据焊接电源（6）提供的焊接电流控制坡口仿形装置（7）使得焊接喷嘴的中心线沿坡口的中心线移动并保持焊条（15）顶端和坡口之间的距离为一适当值。
下面更详细地说明坡口仿形控制器（36）。对焊接喷嘴（16）每转一圈，坡口仿形控制器（36）都要连续检测焊接电源（6）提供的焊接电流的变化值，对相对于包括焊接喷嘴（16）中心线的垂直平面的左半圈和右半圈，坡口仿形控制器（36）都要在每一圈中连续校正所检测到的左半圈和右半圈焊接电流变化值，并且连续计算每圈的左半圈和右半圈焊接电流由此所校正的变化值间的差，而且控制水平仿形机构（18）第二马达（26）的转动，以便在每圈中控制焊接喷嘴（16）在坡口宽度方向移动，使得所计算的差由此变为零，从而使每圈中焊接喷嘴（16）的中心线都与坡口中心线准直。
而且，对焊接喷嘴（16）旋转的每一圈，坡口仿形控制器（36）都要连续检测焊接电源（6）提供的焊接电流的变化值，对每圈都连续校正由此所检测出的焊接电流的变化值，对每圈都连续计算由此所校正的变化值和焊接电源（6）提供的焊接电流的基准之间的差，而且控制垂直仿形机构（19）的第三马达（29）的转动，以便在每圈中可控制焊接喷嘴（16）在坡口深度方向移动，使得由此所计算的差值变为零，从而焊条（15）的顶端和焊缝之间的距离每圈都保持为一适当值。
现在，说明利用本发明的焊接装置沿其圆周方向形成的内表面坡口焊接已点焊过的圆柱形容器的情况。
首先，把所要焊接的圆柱形容器（7）水平放置在回转装置（8）上，然后，在伸缩臂（12）转到如图3中点划线所示的水平位置之后，水平柱（11）沿立柱（10）垂直移动使焊头（4）对向暂时设置在圆柱形容器（7）一端的开孔7A，接着水平移动水平柱（11），与伸缩臂（12）一起***圆柱形容器（7）中，随后将伸缩臂（12）转到如图3实线所示的垂直位置，此时，焊头（4）借助于L形安装件（3）的第一马达（14）的转动使电视摄像机（21）定位在内表面的坡口上方，利用调节伸缩臂（12）长度同时注视摄像机（21）的监控器的办法，将焊条（15）顶端和内表面坡口之间的距离保持在一适当的值。
焊头（4）一旦置于所要求焊接的圆柱形容器内的预定位置时，借助于回转装置（8）使圆柱形容器绕其中心线回转。并由焊接电源（6）提供的焊接电流供给焊条（15）。以便在焊条（15）的顶端和内表面坡口之间产生电弧，从而沿内表面坡口焊接已点焊过的圆柱形容器（7）。在这种情况下，通过图像处理机（32）将电视摄像机（21）的图像信号转换成坡口形状信号，焊接电流控制器（33）根据图像处理机（32）的坡口形状信号控制焊接电源（6）使焊接电流保持在一适当的值。同时，焊条进给控制器（34）根据焊接电源（6）提供的焊接电流控制焊条进给器（5）使焊条（15）的进给速度保持在一适当值，焊接控制器（9）的焊接速度控制器（35）同时根据焊条进给器（5）进给的焊条进给速度控制回转装置（8）的回转速度使焊接速度保持在一适当的值。而且，由于坡口仿形装置是由水平仿形机构（18）和垂直仿形机构（19）所组成，所以坡口仿形控制装置（36）根据焊接电源（6）提供的焊接电流就可控制坡口仿形装置（17）使焊接喷嘴（16）的中心线沿内表面坡口的中心线移动，而且焊条（15）顶端和内表面坡口之间的距离被保持在一适当的值。这样一来，圆柱形容器（7）按上述的那样在预先确定的条件下沿着在其圆周上形成的内表面坡口自动焊接好。
现在，说明利用本发明的焊接装置沿其轴向方向形成的内表面坡口焊接已点焊过的圆柱形容器的情况。
在沿其轴向上形成的内表面坡口焊接圆柱形容器（7）时操纵器（2）的水平柱（11）是呈水平移动的，而在沿其圆周上形成的内表面坡口焊接圆柱形容器（7）时，按上面所说圆柱形容器（7）是绕其中心线回转的。具体地说，圆柱形容器（7）不绕其中心线回转，取代的是水平柱11呈水平移动。在这种情况下，焊接控制器（9）的焊接速度控制器（35）是根据由焊条进给器（5）进给的焊条（15）的进给速度来控制水平柱（11）的水平移动速度使焊接速度保持在一适当值。
在完成沿圆周方向和轴向形成的内表面坡口焊接圆柱形容器（7）之后，水平柱（11）在伸缩臂（12）转到水平位置之后和伸缩臂（12）一起通过开孔7A从圆柱形容器（7）呈水平取出。对圆柱形容器（7）沿其圆周上和轴向上形成的外表面坡口进行自动焊接过程是与沿其圆周上和轴向上形成的内表面坡口的焊接相类似的。
根据本发明的焊接装置，如上面详细叙述过的那样，以高效率地沿其上形成的内外表面坡口自动焊接已点焊过的圆柱形容器是可能的，这样，也就为工业上提供了实用的效果。

Claims (1)

1、一种自动焊接圆柱形容器的装置，其特征在于具有
一个使所要焊接的圆柱形容器水平放置其上绕所述圆柱形容器中心线回转的回转装置(8)；
一个移动小车(1)；
一个安装在小车(1)上的操纵器(2)，该操纵器由一个垂直紧固在小车(1)上的立柱(10)、一个水平安装在立柱(10)上的水平柱(11)和一个伸缩臂(12)所组成，水平柱相对于立柱(10)可水平移动和沿立柱(10)可垂直移动，伸缩臂(12)在一垂直平面内可回转地安装到水平柱(11)的前端；
一个可绕伸缩臂(12)的中心线回转地安装到伸缩臂顶端的L形安装件(3)；
一个安装到L形安装件(3)上的焊头(4)，该焊头由一个焊接喷嘴(16)、一个坡口仿形装置(17)和一个坡口闪示装置(20)所组成，焊头(4)除随L形安装件(3)回转外还围绕焊接喷嘴(16)的中心线回转，所述的焊接喷嘴(16)的中心线为伸缩臂(12)中心线的延长线、把焊条(15)导向所要焊接的圆柱形容器上形成的坡口，所述的坡口仿形装置(17)是由一个在坡口宽度方向移动焊接喷嘴(16)的水平仿形机构(18)和一个在坡口深度方向移动焊接喷嘴(16)的垂直仿形机构(19)所组成，所述的坡口闪示装置(20)包括有一个能在焊接喷嘴(16)移动方向顺向闪示出坡口部分的电视摄像机(21)和一个通过电视摄像机(21)将欲闪示的坡口部分发亮的光源(22)；
一个安装在小车(1)上通过焊接喷嘴(16)向坡口连续供给焊条(15)的焊条进给器(5)；
一个安装在小车(1)上给焊条(15)提供焊接电流为在焊条(15)顶端和坡口之间产生电弧的焊接电源(6)；和
一个安装在小车(1)上的焊接控制器(9)，该焊接控制器由一个图像处理机(32)、一个焊接电流控制器(33)、一个焊条进给控制器(34)、一个焊接速度控制器(35)和一个坡口仿形控制器(36)所组成，所述的图像处理机(32)将坡口闪示装置(20)示出的图像信号转换成坡口形状信号，所述的焊接电流控制器依据图像处理机(32)的坡口形状信号控制焊接电源(6)，以保持焊接电流为一适当值，所述的焊条进给控制器(34)依据焊接电源(6)提供的焊接电流控制焊条进给器(5)以保持焊条(15)的进给速度为一适当值，所述的焊条速度控制器(35)依据焊条(15)的进给速度控制回转装置(8)的回转速度和水平柱(11)的水平移动速度中的任一个以保持焊接速度为一适当值，所述的坡口仿形控制器(36)根据焊接电源(6)提供的焊接电流控制坡口仿形装置(17)使焊接喷嘴(16)的中心线沿坡口中心线移动并使焊条(15)顶端和坡口之间的距离保持为一适当值。
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