CN116021204A - 一种化工储罐外壁焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化工储罐外壁焊接装置及方法，储罐加工设备技术领域；针对目前筒体焊接时形成的熔池受到筒体转动时的波动影响，会产生熔宽和熔深的波动，导致焊缝成型不均匀，影响焊接质量和强度；通过配置承载组件和焊接组件对筒体进行组合焊接，承载组件能够对待组合焊接的筒体进行支撑，并能够带动筒体同步回转，焊接组件以倾斜状态对筒体对接位置施焊，使熔池状态稳定，减少熔深和熔宽的波动，提高焊缝成形的均匀度以保证焊接质量。

Description

一种化工储罐外壁焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及储罐加工设备技术领域，具体涉及一种化工储罐外壁焊接装置及方法。

背景技术

聚丙烯化工储罐的高度受限于模具的长度，，模具一般长7-10米，在需要更高的储罐时，要将两个储罐对接起来；在制作时，将两个储罐分别放置在滚轮架上，调整滚轮架，使两个储罐同心，两个滚轮架带动两个储罐同步旋转，通过焊枪对接缝位置施焊，将两个储罐焊接在一起。

目前对于储罐等直径规格较大的罐体结构拼接时，多采用焊枪固定、罐体组件转动的方式来进行焊接。中国专利(申请号：202111192952.4)公开了一种大锥度粉筒自动化焊接装置及方法，配置回转结构及焊机组，同时对多个对接位置施焊，焊枪以水平姿态施加焊接，形成的熔池受转动稳定性影响较大，熔深和熔宽存在较大波动，导致焊缝均匀度较差，连接强度和质量均难以满足需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种化工储罐外壁焊接装置及方法，通过配置承载组件和焊接组件对筒体进行组合焊接，承载组件能够对待组合焊接的筒体进行支撑，并能够带动筒体同步回转，焊接组件以倾斜状态对筒体对接位置施焊，使熔池状态稳定，减少熔深和熔宽的波动，提高焊缝成形的均匀度以保证焊接质量。

本发明的第一目的是提供一种化工储罐外壁焊接装置，采用以下方案：

包括焊接组件，焊接组件包括焊接结构和调节结构，焊接结构的焊枪末端为焊接头，焊接头上设有供物料暂存的凹槽，焊接结构的供料机构输出端连通凹槽；调节结构带动焊接结构移动并调节焊接头朝向，以使焊枪倾斜布置并朝向待焊接筒体的轴线。

进一步地，所述焊接结构包括焊枪和供料机构，焊枪的焊接头上所布置的凹槽朝向待焊接的筒体，供料机构沿焊枪走向输送物料。

进一步地，还包括承载组件，承载组件滑动安装于地轨，承载组件上设有可调间距的托辊，同一承载组件上相邻的两个托辊形成供待焊接筒体放置的承载部。

进一步地，所述承载组件还包括承载架和托辊架，托辊安装于托辊架，托辊架滑动安装于承载架，托辊架沿承载架的移动方向垂直于承载组件沿地轨的移动方向。

进一步地，所述承载组件设有多个，承载同一筒体的承载组件中，至少一个托辊连接有转动驱动元件，驱动托辊绕轴线转动。

进一步地，所述调节结构包括机架、俯仰机构、行走机构和压紧机构，俯仰机构、行走机构分别安装于机架，焊接结构和压紧机构分别安装于俯仰机构，压紧机构的输出端连接焊接结构。

进一步地，所述俯仰机构包括俯仰支架和俯仰驱动元件，俯仰支架通过转动支座安装于机架，俯仰驱动元件带动俯仰支架相对于机架转动，以调整其承载的焊接结构的朝向。

进一步地，所述行走机构包括导轮和导轨，导轮安装于机架底部，导轮与导轨配合，焊接结构沿导轨移动。

本发明的第二目的是提供一种利用如第一目的所示化工储罐外壁焊接装置的工作方法，包括：

待焊接的筒体轴线水平布置、端部相对，焊枪朝向筒体的对接位置；

供应机构将物料输出至焊接头的凹槽进行暂存，焊枪对筒体对接位置施焊，形成焊缝；

筒体绕轴线回转，焊枪的焊接头保持抵接筒体对接位置，形成环形焊缝。

进一步地，调整焊枪的姿态，使焊枪对筒体焊接位置施加抵接压力的方向朝向筒体的轴线，并使焊枪倾斜布置。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前筒体焊接时形成的熔池受到筒体转动时的波动影响，会产生熔宽和熔深的波动，导致焊缝成型不均匀，影响焊接质量和强度；通过配置承载组件和焊接组件对筒体进行组合焊接，承载组件能够对待组合焊接的筒体进行支撑，并能够带动筒体同步回转，焊接组件以倾斜状态对筒体对接位置施焊，使熔池状态稳定，减少熔深和熔宽的波动，提高焊缝成形的均匀度以保证焊接质量。

(2)通过调节两个托辊之间的间距来适配不同直径规格的筒体，托辊可以同步向同一方面进行移动，以沿筒体径向上调整位置，托辊在移动时能够带动筒体在水平方向和竖直方向上分别调节，满足对接时的姿态需求。

(3)俯仰机构能够带动压紧机构调节俯仰角度，压紧机构和焊接结构通过俯仰机构安装于机架，通过压紧机构使焊接结构的焊枪能够保持与筒体待焊接位置的贴合压紧，焊接物料位于焊接头的压紧位置处，能够直接进行供料，促进焊缝的形成。

(4)俯仰支架绕转动支座进行转动时，改变其上所承载焊接结构的俯仰角，使其能够以倾斜姿态施焊，有利于熔池的稳定成形，保证熔深和熔宽的均匀度，提高焊接质量。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1和2中化工储罐外壁焊接装置的侧视示意图。

图2为本发明实施例1和2中化工储罐外壁焊接装置的主视示意图。

图3为本发明实施例1和2中化工储罐外壁焊接装置的结构示意图。

图4为本发明实施例1和2中焊接组件的结构示意图。

图5为本发明实施例1和2中焊接头的结构示意图。

其中，1.筒体，2.焊接组件，3.承载组件，4.托辊，5.承载架，6.地轨，7.限位杆，8.机架，9.俯仰支架，10.连杆，11.压紧机构，12.焊枪，13.料斗，14.焊接头，15.导轮，16.导轨，17.转动支座，18.凹槽。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图5所示，给出一种化工储罐外壁焊接装置。

目前的大尺寸储罐在制作时，多采用多段筒体1结构进行拼接，增加储罐的轴向尺寸，端部拼接位置施焊达到稳定连接。在焊接过程中，多采用焊枪12固定、筒体1转动的方式，筒体1转动过程中因筒体1圆度、表面洁净度等影响容易出现振动，水平布置的焊枪12形成的熔池受到此振动影响，会产生熔宽和熔深的波动，导致焊缝成型不均匀，影响焊接质量和强度。

基于此，本实施例中提出一种化工储罐外壁焊接装置，通过配置承载组件3和焊接组件2对筒体1进行组合焊接，承载组件3能够对待组合焊接的筒体1进行支撑，并能够带动筒体1同步回转，焊接组件2以倾斜状态对筒体1对接位置施焊，使熔池状态稳定，减少熔深和熔宽的波动，提高焊缝成形的均匀度以保证焊接质量。

下面，结合附图对上述化工储罐外壁焊接装置进行详细说明。

参见图1，化工储罐外壁焊接装置主要包括承载组件3和焊接组件2，承载组件3依据筒体1的规格进行配置，筒体1以轴线水平状态方式放置于承载部，焊接组件2位于筒体1轴线的一侧，焊接组件2的焊枪12对应筒体1的对接位置，使焊枪12施焊时呈倾斜状态，提高熔池的稳定性。

承载组件3设置在地轨6上并能够带动筒体1沿地轨6移动，承载组件3沿地轨6的移动方向与承载组件3上筒体1轴向一致，通过沿地轨6的移动能够改变对接的两个筒体1的间距，使其靠近或远离以使筒体1间距能够满足后续焊接要求。

地轨6上可以设置多个承载组件3，每个承载组件3上均放置对应的筒体1，对于一些轴向长度较大的化工储罐，采用连续多个筒体1进行对接组焊。

承载组件3包括承载架5和托辊4，托辊4通过移动副安装于承载架5，同一承载架5上安装两个托辊4，两个托辊4能够通过相对移动调节其间距。托辊4接触筒体1的外圆周面并进行承载，通过调节两个托辊4之间的间距来适配不同直径规格的筒体1；在筒体1的直径较大时，适当增加两个托辊4的间距，以提高筒体1的稳定性；在筒体1的直径较小时，适当减小两个托辊4的间距，以减小托辊4在水平方向的荷载，使托辊4能够稳定支撑筒体1。可以理解的是，同一承载架5上的两个托辊4可以同步向同一方面进行移动，以沿筒体1径向上调整位置。

托辊4的轴向长度远小于筒体1的轴向长度，为了提高其稳定性，对同一筒体1，可以采用多个承载组件3对应筒体1的多个轴向位置进行共同支撑。如图所示，每个筒体1通过两个承载组件3进行承托，保持所承载筒体1的轴线位置；可以理解的是，由于筒体1端面存在不规格的形状，在对接时需要根据筒体1的对接需求对所承载筒体1的轴线进行调整，因此，托辊4在移动时能够带动筒体1在水平方向和竖直方向上分别调节，满足对接时的姿态需求。

托辊4接触并承载筒体1，为了使筒体1能够转动，配置托辊4能够绕其轴线自转，从而利用托辊4的外圆周面驱动筒体1的转动，同一承载组件3上的两个托辊4能够同时转动，共同驱动筒体1转动，筒体1的转动方向与托辊4的转动方向相反。

需要指出的是，在筒体1通过两个或多个承载组件3进行转动时，同一筒体1对应的托辊4规格相同，在驱动筒体1转动时托辊4接触筒体1位置的线速度也相同；为了保证焊接时的精度，待对接的两个筒体1转动的速度也应相等。

另外，筒体1同时配合多个承载组件3时，可以选择承载组件3上的部分托辊4为从动跟随转动的托辊4，其他部分的托辊4为主动驱动的托辊4。

可以理解的是，对于托辊4的转动，通过为托辊4配置转动驱动元件来实现，转动驱动元件包括动力元件和传动元件，可以采用电动机、液压马达等作为动力元件，以减速机作为传动元件。对于托辊4相对于承载架5的移动，可以先为托辊4配置托辊4架，托辊4架与承载架5滑动配合，托辊4架通过滑动驱动元件来进行带动；滑动驱动元件可以采用丝杠滑块机构，将丝杠布置在承载架5上，滑块连接托辊4架，丝杠由动力元件进行驱动时，通过滑块带动托辊4架沿丝杠轴向往复移动。同样的，承载组件3相对于地轨6的移动可以通过行走轮配合行走驱动元件来实现，行走轮安装于承载组件3，行走驱动元件可以采用步进电机等动力元件，驱动行走轮沿地轨6进行移动，调整整个承载组件3相对于地轨6的位置。

承载组件3上安装有限位杆7，抵接于筒体1远离对接位置的一端，在筒体1转动过程中，避免筒体1沿轴向的移动，同时，能够在调整筒体1位置时，使筒体1能够根据承载支架移动。

焊接组件2位于承载组件3的外侧，从筒体1的外部施加焊接。焊接组件2包括调节结构和焊接结构，调节结构包括机架8、俯仰机构、行走机构和压紧机构11，机架8下部配合有行走机构，行走机构的运动方向垂直于筒体1的轴线，同时垂直于地轨6的走向；俯仰机构安装于机架8，俯仰机构能够带动压紧机构11调节俯仰角度，压紧机构11和焊接结构通过俯仰机构安装于机架8，通过压紧机构11使焊接结构的焊枪12能够保持与筒体1待焊接位置的贴合压紧。

机架8为框架结构，行走机构包括导轮15和导轨16，导轮15通过轮架安装于机架8底部，导轮15配合导轨16以承载机架8及其上的其他机构，使整个焊接组件2能够沿导轨16进行移动，调节焊接位置；导轮15沿导轨16的移动方向与地轨6的移动方向垂直，导轮15通过布置在机架8上的行走驱动元件带动。俯仰机构包括俯仰支架9和俯仰驱动元件，俯仰支架9通过转动支座17安装于机架8，压紧机构11和焊接结构分别安装于俯仰支架9，在俯仰支架9绕转动支座17进行转动时，改变其上所承载焊接结构的俯仰角。

俯仰驱动元件包括滑动座、调节丝杠和调节螺母，机架8上设有配合滑动座的导向轨，调节丝杠连接调节驱动电机，调节螺母安装于滑动座，通过调节驱动电机带动调节螺母以使滑动座沿导向轨移动。滑动座通过连杆10连接俯仰支架9端部，连杆10一端铰接俯仰支架9，另一端铰接滑动座，在滑动座相对于导向轨移动时，通过连杆10驱动俯仰支架9进行俯仰调节。

焊接结构包括焊枪12和供料机构，供料机构通过挤出元件将物料输送至焊枪12的焊接位置，供应焊接使用。焊枪12和供料机构进行集成，使供料机构的输出端为焊枪12的焊接端。供料机构可以选用挤出元件结合加料斗13的方式，挤出元件可以采用螺旋挤出机等，加料斗13连接于挤出元件的输入端，将物料供应至挤出元件并输出至焊接位置。

供料机构通过移动座安装于俯仰支架9，移动座带动供料机构沿俯仰支架9滑动，调节前后位置，压紧机构11包括压紧气缸，压紧气缸的输出端连接于移动座，通过移动座带动焊接机构移动。压紧气缸通过伸出和回缩来实现压紧和释放过程，同时也能够实现焊枪12位置的调整。

需要指出的是，焊枪12的焊接头14设有凹槽18，供料机构输出端连通此凹槽18，通过此凹槽18暂存焊接物料，将物料敷设于筒体1的对接待焊接位置，有利于熔池的稳定成形，保证熔深和熔宽的均匀度，提高焊接质量。

在焊接时，供料机构的输出端处的焊接头14顶在两个筒体1的接缝上，开始焊接，筒体1旋转一周后焊接结束，关闭供料机构，使压紧气缸缩回，停止筒体1旋转。

实施例2

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图5所示，给出一种工作方法。

利用如实施例1中所述的化工储罐外壁焊接装置，包括：

待焊接的筒体1轴线水平布置、端部相对，焊枪12朝向筒体1的对接位置；

供应机构将物料输出至焊接头14的凹槽18进行暂存，焊枪12对筒体1对接位置施焊，形成焊缝；

调整焊枪12的姿态，使焊枪12对筒体1焊接位置施加抵接压力的方向朝向筒体1的轴线，并使焊枪12倾斜布置；

筒体1绕轴线回转，焊枪12的焊接头14保持抵接筒体1对接位置，形成环形焊缝。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，包括焊接组件，焊接组件包括焊接结构和调节结构，焊接结构的焊枪末端为焊接头，焊接头上设有供物料暂存的凹槽，焊接结构的供料机构输出端连通凹槽；调节结构带动焊接结构移动并调节焊接头朝向，以使焊枪倾斜布置并朝向待焊接筒体的轴线。

2.如权利要求1所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述焊接结构包括焊枪和供料机构，焊枪的焊接头上所布置的凹槽朝向待焊接的筒体，供料机构沿焊枪走向输送物料。

3.如权利要求1所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，还包括承载组件，承载组件滑动安装于地轨，承载组件上设有可调间距的托辊，同一承载组件上相邻的两个托辊形成供待焊接筒体放置的承载部。

4.如权利要求3所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述承载组件还包括承载架和托辊架，托辊安装于托辊架，托辊架滑动安装于承载架，托辊架沿承载架的移动方向垂直于承载组件沿地轨的移动方向。

5.如权利要求3所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述承载组件设有多个，承载同一筒体的承载组件中，至少一个托辊连接有转动驱动元件，驱动托辊绕轴线转动。

6.如权利要求1所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述调节结构包括机架、俯仰机构、行走机构和压紧机构，俯仰机构、行走机构分别安装于机架，焊接结构和压紧机构分别安装于俯仰机构，压紧机构的输出端连接焊接结构。

7.如权利要求6所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述俯仰机构包括俯仰支架和俯仰驱动元件，俯仰支架通过转动支座安装于机架，俯仰驱动元件带动俯仰支架相对于机架转动，以调整其承载的焊接结构的朝向。

8.如权利要求6所述的化工储罐外壁焊接装置，其特征在于，所述行走机构包括导轮和导轨，导轮安装于机架底部，导轮与导轨配合，焊接结构沿导轨移动。

9.一种如权利要求1-8任一项所述化工储罐外壁焊接装置的工作方法，其特征在于，包括：

待焊接的筒体轴线水平布置、端部相对，焊枪朝向筒体的对接位置；

供应机构将物料输出至焊接头的凹槽进行暂存，焊枪对筒体对接位置施焊，形成焊缝；

筒体绕轴线回转，焊枪的焊接头保持抵接筒体对接位置，形成环形焊缝。

10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于，调整焊枪的姿态，使焊枪对筒体焊接位置施加抵接压力的方向朝向筒体的轴线，并使焊枪倾斜布置。

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