一种异形管件的同轴活动式焊接设备及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种异形管件的同轴活动式焊接设备及焊接方法。

背景技术

焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术，为了保证焊接的质量，在进行焊接时，通常需要对两个待焊接的管件进行固定，之后通过不断调整焊接头的位置实现两管件之间全方位的焊接。

为了实现两管件之间全方位的焊接，现有通过夹持装置带动管件转动，焊接位置相对改变，实现圆周式的焊接动作，当被焊接的对象是一种异形的导管结构件时，以由几段不同长度的导管组件弯折拼焊而成的管件为例，在焊接时，通常选择其中一处对管件进行夹持，之后通过夹持装置带动异形管件旋转，进行转动焊接。

但是上述自转动的焊接方式不适用于焊接端较短无法进行夹持的异性管件进行圆周焊接，由于焊接端较短，夹持装置只能选择管件其他管段进行夹持，通过夹持装置带动管段转动从而带动整个管件转动的方式无法保证在转动的过程中两个管件焊接端始终处于相对位置，可能导致焊接过程中焊接对接位置偏离，焊接质量难以保证。

发明内容

为此，本发明提供一种异形管件的同轴活动式焊接设备及焊接方法，有效的解决了现有技术中的带动管件转动进行圆周焊接的方式不适用于焊接端较短无法进行夹持的异性管件进行圆周焊接的问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：一种异形管件的同轴活动式焊接设备，具备：

焊接机，其上安装有焊接头，所述焊接头正对第一管件、第二管件的连接处侧边，所述第一管件和所述第二管件至少由逐渐远离焊接端的第一管段、第二管段和第三管段组成；

组合夹持结构，安装在所述焊接头的侧边，所述组合夹持结构设置为两个，分别对所述第一管件和所述第二管件进行夹持固定，所述组合夹持结构具备定位夹持件和活动夹持件，所述定位夹持件和活动夹持件先后对第一管件和第二管件进行夹持，所述定位夹持件能够以第三管段中心轴为旋转轴带动第一管件和第二管件转动，以调整焊接角度；

活动驱动件，安装在所述活动夹持件的外周侧，所述活动驱动件上设置有平移导轨，所述活动夹持件滑动设置在所述平移导轨上，所述活动驱动件自身旋转至所述平移导轨与所述第二管段平行后对所述第三管段夹持，所述活动夹持件沿着平移导轨活动至所述第一管段与对向焊接的第一管段处于同一直线上；

其中，所述活动驱动件带动所述活动夹持件旋转，以带动所述第一管段旋转进行圆周式焊接，所述活动夹持件旋转的中心轴与所述第一管段的中心轴重合。

进一步地，

所述活动夹持件包括滑动设置在所述平移导轨内的滑座、设置在所述滑座底部的螺杆、连接在所述螺杆上的活动电机；

所述螺杆连接在所述活动电机的底部，所述螺杆贯穿所述滑座底部，所述螺杆和所述活动电机均设置在所述平移导轨内。

进一步地，

所述滑座内中心位置开设有开槽，所述第一管件穿过所述开槽，所述滑座上设置有驱动气缸，所述驱动气缸上连接有夹持槽座，所述夹持槽座与所述第三管段外壁契合。

进一步地，

所述活动驱动件包括安装架、转动设置在所述安装架上的转动架、设置在所述安装架内的弧形腔、设置在所述弧形腔内的转动电机；

所述转动架至少部分转动设置在所述弧形腔内，所述转动架外设置有环形齿条，所述转动电机的输出端连接有转动齿轮，所述转动齿轮有所述环形齿条啮合；

所述转动架为中空结构，所述平移导轨安装在所述转动架上。

进一步地，

所述定位夹持件对所述第二管段和所述第三管段进行夹持固定；

所述定位夹持件包括两个相互垂直的夹持构件；

其中一所述夹持构件对所述第二管段进行固定，另一所述夹持构件对所述第三管段进行固定；

所述夹持构件一上一下、一前一后设置，位于下方的夹持构件的开口方向朝向远离所述第二管段的一侧。

进一步地，

所述夹持构件包括定位底座、铰接设置在所述定位底座内两侧的夹持弧臂以及设置在所述夹持弧臂底部的铰接轴；

所述定位底座底部与所述夹持弧臂内侧形成完整的圆形夹持内壁，所述夹持弧臂通过所述铰接轴转动安装在所述定位底座内；

所述铰接轴上同轴设置有传动蜗轮，两个传动蜗轮之间设置有传动蜗杆，所述传动蜗杆两端分别与所述传动蜗轮啮合连接。

进一步地，

两个所述传动蜗杆的端部分别连接有第一锥形齿轮、第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮和所述第二锥形齿轮相互啮合；

所述第一锥形齿轮上连接有连接电机，所述第一锥形齿轮连接在所述连接电机的输出端。

进一步地，

对应对所述第三管段进行夹持的所述定位底座侧边固定连接有连接弧块，所述定位底座侧边设置有安装弧座，所述安装弧座侧边开设有连接弧槽，所述连接弧块活动设置在所述连接弧槽内；

所述连接弧块的内径大于所述第三管段的外径；

所述连接弧块外周侧设置有轮齿，所述安装弧座外安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出端延伸至所述安装弧座内，且连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮侧边与所述轮齿啮合。

进一步地，

所述定位夹持件上下方分别设置有安装顶架和安装底架，所述安装顶架和所述安装底架上均设置有第二驱动电机和活动轴柱，所述第二驱动电机输出端与所述活动轴柱连接，所述活动轴柱上连接有连接柱，所述安装弧座通过螺栓安装在其中一所述连接柱上。

为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：

一种异形管件的同轴活动式焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：

步骤100，选择远离管件焊接端部、且与管件焊接端部平行的管体部分，对两待焊接的管件进行固定；

步骤200，带动待焊接管件旋转，以调整焊接角度；

步骤300，保持焊接角度不变，调整待焊接管件的焊接端部的位置，使得两个待焊接管件的焊接端部对齐；

步骤400，将焊接头对准焊接端连接处，开始焊接，并以焊接端部中心轴为旋转轴带动管件旋转，完成圆周式焊接。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明中，在焊接头侧边安装组合夹持结构，组合夹持结构具备定位夹持件和活动夹持件，首先定位夹持件实施夹持动作，且以第三管段中心轴为轴带动第一管件和第二管件转动，以调整焊接角度，活动驱动件自身旋转至平移导轨与第二管段平行后对第三管段夹持，活动夹持件沿着平移导轨活动至第一管段与对向焊接的第一管段处于同一直线上，此时活动驱动件带动活动夹持件旋转，能够带动第一管段旋转进行圆周式焊接，保证第一管件和第二管件的焊接端对接位置始终对齐，提高了异形管件的焊接精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供的一种异形管件的同轴活动式焊接设备初始状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种异形管件的同轴活动式焊接设备调位之后的结构示意图；

图3为本发明实施例中的活动夹持件初始状态的结构示意图；

图4为本发明实施例中的活动夹持件在第一管件跟随定位夹持件调整焊接角度后的结构示意图；

图5为本发明实施例中的活动夹持件在活动夹持件和平移导轨旋转至与第二管段平行时的结构示意图；

图6为本发明实施例中的活动夹持件在活动夹持件沿着平移导轨活动之后的结构示意图；

图7为本发明实施例中的活动夹持件中的转动架带动活动夹持件旋转的结构示意图；

图8为本发明实施例中的转动架的结构示意图；

图9为本发明实施例中的活动夹持件的结构示意图；

图10为本发明实施例中的活动夹持件和平移导轨的横截面结构示意图；

图11为本发明实施例中的夹持构件初始状态下的结构示意图；

图12为本发明实施例中的夹持构件旋转带动第一管件转动的结构示意图；

图13为本发明实施例中的夹持构件解除夹持动作的结构示意图；

图14为本发明实施例中的夹持构件的部分结构示意图；

图15为图1中A的放大结构示意图；

图16为本发明实施例中的安装弧座的安装结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-焊接机；2-组合夹持结构；3-活动驱动件；4-第一管件；5-第二管件；6-第一管段；7-第二管段；8-第三管段；9-平移导轨；10-安装顶架；12-第二驱动电机；13-活动轴柱；14-安装底架；15-连接柱；

11-焊接头；

21-定位夹持件；22-活动夹持件；23-夹持构件；

31-安装架；32-转动架；33-弧形腔；34-转动电机；35-环形齿条；36-转动齿轮；

221-滑座；222-螺杆；223-活动电机；224-开槽；225-驱动气缸；226-夹持槽座；

231-定位底座；232-夹持弧臂；233-铰接轴；234-传动蜗轮；235-传动蜗杆；237-第一锥形齿轮；238-第二锥形齿轮；239-连接电机；2310-连接弧块；2311-安装弧座；2312-连接弧槽；2313-轮齿；2314-第一驱动电机；2315-驱动齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种异形管件的同轴活动式焊接设备，具备焊接机1、组合夹持结构2和活动驱动件3。

焊接机1上安装有焊接头11，焊接头11正对第一管件4、第二管件5的连接处侧边，第一管件4和第二管件5至少由逐渐远离焊接端的第一管段6、第二管段7和第三管段8组成。

组合夹持结构2安装在焊接头1的侧边，组合夹持结构2设置为两个，分别对第一管件4和第二管件5进行夹持固定，组合夹持结构2具备定位夹持件21和活动夹持件22，定位夹持件21和活动夹持件22先后对第一管件4和第二管件5进行夹持，定位夹持件21能够以第三管段8中心轴为旋转轴带动第一管件4和第二管件5转动，以调整焊接角度；

活动驱动件3安装在活动夹持件22的外周侧，活动驱动件22上设置有平移导轨9，活动夹持件22滑动设置在平移导轨9上，活动驱动件3自身旋转至平移导轨9与第二管段7平行后对第三管段8夹持，活动夹持件22沿着平移导轨9活动至第一管段6与对向焊接的第一管段6处于同一直线上；

其中，活动驱动件3带动活动夹持件22旋转，以带动第一管段6旋转进行圆周式焊接，活动夹持件22旋转的中心轴与第一管段6的中心轴重合。

本发明中，适用的是靠近焊接端的第一管段6、第二管段7和第三管段8之间相互垂直的管件进行焊接，主要是针对第一管段6的长度较小不便于直接进行固定夹持和带动旋转的情况，实际使用过程中，相互之间进行焊接的管件可以不仅仅包含第一管段6、第二管段7、第三管段8，还可能具备其他连接的管段。

本发明中，在焊接头11侧边安装组合夹持结构2，组合夹持结构2具备定位夹持件21和活动夹持件22，首先定位夹持件21实施夹持动作，且以第三管段8中心轴为轴带动第一管件4和第二管件5转动，以调整焊接角度，活动驱动件3自身旋转至平移导轨与第二管段7平行后对第三管段8夹持，活动夹持件22沿着平移导轨9活动至第一管段6与对向焊接的第一管段6处于同一直线上，此时活动驱动件3带动活动夹持件22旋转，能够带动第一管段7旋转进行圆周式焊接，保证第一管件4和第二管件5的焊接端对接位置始终对齐，提高了异形管件的焊接精度。

以第一管件4为例，本发明中是采用定位夹持件21和活动夹持件22依次对第一管件4进行夹持的，先通过定位夹持件21对第一管件4进行夹持定位，调整焊接角度，之后通过活动夹持件22对第一管件4进行夹持，并同时解除定位夹持件21对第一管件4的夹持。

在焊接开始之前，定位夹持件21对第一管件4的初始焊接角度进行调整，调整完毕之后，活动夹持件22也需要对应的调整角度，本发明中活动夹持件22能够沿着平移导轨9活动，活动夹持件2采取以下优选实施例，如图3所示，活动夹持件22包括滑动设置在平移导轨9内的滑座221、设置在滑座221底部的螺杆222、连接在螺杆222上的活动电机223，螺杆222连接在活动电机223的底部，螺杆222贯穿滑座221底部，螺杆222和活动电机223均设置在平移导轨9内。

如图5和图6所示，活动电机223驱动，带动螺杆222转动，在螺杆222的转动作用下，滑座在平移导轨9内滑动。

如图9和图10所示，滑座221内中心位置开设有开槽224，第一管件4(或者第二管件5均能够)穿过开槽224，滑座221上设置有驱动气缸225，驱动气缸225上连接有夹持槽座226，夹持槽座226与第三管段8外壁契合。

驱动气缸225驱动，能够带动夹持槽座226活动，夹持槽座226向内活动对第一管件4外壁进行夹持固定。

活动驱动件3自身能够带动活动夹持件22旋转、使得平移导轨与第二管段7平行，以便于具备第一管段6能够沿着平移导轨9活动至旋转轴中心位置处的条件，活动驱动件31采取以下优选实施例，如图8所示，活动驱动件3包括安装架31、转动设置在安装架31上的转动架32、设置在安装架31内的弧形腔33、设置在弧形腔33内的转动电机34，转动架32至少部分转动设置在弧形腔33内，转动架32外设置有环形齿条35，转动电机34的输出端连接有转动齿轮36，转动齿轮36有环形齿条35啮合，平移导轨9安装在转动架32上。

转动电机34驱动带动转动齿轮36转动，从而带动环形齿条35转动，转动架32转动，从而带动平移导轨9和活动夹持件22均转动。

为了供第一管件4、第二管件5穿过，转动架32设置为中空结构，且为了使得第一管件4和第二管件5跟随活动夹持件22活动时不受止挡，转动架32对应平移导轨9的区域均是中空的结构。

本发明中定位夹持件21对第二管段7和第三管段8进行夹持固定，对管件的两段相互垂直的部分进行夹持固定，能够避免角度调节过程中的偏移。

定位夹持件21包括两个相互垂直的夹持构件23，其中一夹持构件23对第二管段7进行固定，另一夹持构件23对第三管段8进行固定。

夹持构件23一上一下、一前一后设置，位于下方的夹持构件23的开口方向朝向远离第二管段7的一侧。

上述实施例中，夹持构件23的开口方向需要考虑到第三管段8之后的运动不受止挡，假设焊接过程初始状态下第三管段8处于第二管段7的下方，这种情况下，后续需要管件整体下移(竖直下移或者倾斜下移)才能够使得第一管段6移动至中心轴位置，因此，这种情况下，需要将夹持构件23的开口方向设置为朝下，夹持构件23处于打开状态时，第三管段8能够自由向下活动不受止挡。

以第二管件5为例，假设第三管段8处于第二管段7的上方，这种情况下，后续需要管件整体上移(竖直上移或者倾斜上移)才能够使得第一管段6移动至中心轴位置，因此，这种情况下，需要将夹持构件23的开口方向设置为朝上，夹持构件23处于打开状态时，第三管段8能够自由向上活动不受止挡。

本发明中，夹持构件23采取以下优选实施例，如图11和图14所示，夹持构件23包括定位底座231、铰接设置在定位底座231内两侧的夹持弧臂232以及设置在夹持弧臂232底部的铰接轴233，定位底座231底部与夹持弧臂232内侧形成完整的圆形夹持内壁，夹持弧臂232通过铰接轴233转动安装在定位底座231内，铰接轴233上同轴设置有传动蜗轮234，两个传动蜗轮234之间设置有传动蜗杆235，传动蜗杆235两端分别与传动蜗轮236啮合连接。

本发明中两个夹持构件23为联动设计，具体为：如图15所示，两个传动蜗杆235的端部分别连接有第一锥形齿轮237、第二锥形齿轮238，第一锥形齿轮237和第二锥形齿轮238相互啮合，第一锥形齿轮237上连接有连接电机239，第一锥形齿轮237连接在连接电机239的输出端。

连接电机239驱动，带动第一锥形齿轮237转动，第一锥形齿轮237能够带动第二锥形齿轮238转动，第一锥形齿轮237和第二锥形齿轮238带动传动蜗杆235转动，从而带动两侧的传动蜗轮236转动，带动铰接轴233转动，同时带动夹持弧臂232转动。

以其中一个夹持构件23为例，一个传动蜗杆235能够带动两个传动蜗轮236以相反的方向转动，从而带动夹持弧臂232同时向外展开或者向内收缩，向内收缩的情况下能够对第二管段7和第三管段8进行夹持。

为了通过上述夹持构件23带动第一管件4转动调整焊接角度，本发明还做以下设计，如图16所示，对应对第三管段8进行夹持的定位底座231侧边固定连接有连接弧块2310，定位底座231侧边设置有安装弧座2311，安装弧座2311侧边开设有连接弧槽2312，连接弧块2310活动设置在连接弧槽2312内，连接弧块2310的内径大于第三管段8的外径，连接弧块2310外周侧设置有轮齿2313，安装弧座2311外安装有第一驱动电机2314，第一驱动电机2314的输出端延伸至安装弧座2311内，且连接有驱动齿轮2315，驱动齿轮2315侧边与轮齿2313啮合。

第一驱动电机2314驱动，带动驱动齿轮2315转动，从而带动轮齿2313转动，带动连接弧块2310转动(在安装弧座2311内滑动)，带动定位底座231围绕第三管段8的中心轴旋转，实现第一管件4整体的焊接角度的调节。

为了避免定位夹持件21在第一管件4在圆周焊接的过程中对第一管件4的旋转造成止挡，本发明还做以下设计，如图1和图16所示，定位夹持件21上下方分别设置有安装顶架10和安装底架14，安装顶架19和安装底架14上均设置有第二驱动电机12和活动轴柱13，第二驱动电机12输出端连接有活动轴柱13，活动轴柱13上连接有连接柱15，安装弧座2311通过螺栓安装在其中一连接柱15上。

第二驱动电机12驱动能够带动活动轴柱13转动，能够带动安装弧座2311转动至高于安装架31和转动架32的位置，使其远离第一管件4的转动轨迹内，避免碰撞。

本发明还提供了一种异形管件的同轴活动式焊接设备的焊接方法，包括以下步骤：

步骤100，选择远离管件焊接端部、且与管件焊接端部平行的管体部分，对两待焊接的管件进行固定；

步骤200，带动待焊接管件旋转，以调整焊接角度；

步骤300，保持焊接角度不变，调整待焊接管件的焊接端部的位置，使得两个待焊接管件的焊接端部对齐；

步骤400，将焊接头对准焊接端连接处，开始焊接，并以焊接端部中心轴为旋转轴带动管件旋转，完成圆周式焊接。

对此，本发明列举以下实施方式对上述焊接方法进行进一步的详细说明：

以第一管件4为例：

如图1所示，第一管件4穿过开槽224；

如图1和图11所示，首先选择第一管件4的第二管段7和第三管段8对其进行夹持固定，将第三管段8对应其中一夹持构件23的定位底座231上，将第二管段7对应抵接在另一夹持构件23的定位底座231上；

驱动连接电机239，带动第一锥形齿轮237转动，第一锥形齿轮237能够带动第二锥形齿轮238转动，第一锥形齿轮237和第二锥形齿轮238带动传动蜗杆235转动，从而带动两侧的传动蜗轮236转动，带动铰接轴233转动，同时带动夹持弧臂232转动，夹持弧臂232同时向内收缩对第二管段7和第三管段8进行夹持；

如图12和图4所示，第一驱动电机2314驱动，带动驱动齿轮2315转动，从而带动轮齿2313转动，带动连接弧块2310转动，带动定位底座231围绕第三管段8的中心轴旋转，实现第一管件4整体的焊接角度的调节；

焊接角度调节完成之后，如图5所示，转动电机34驱动带动转动齿轮36转动，从而带动环形齿条35转动，转动架32转动，从而带动平移导轨9和活动夹持件22均转动，直至平移导轨9与第二管段平行；

驱动气缸225驱动，能够带动夹持槽座226活动，夹持槽座226向内活动对第一管件4外壁(第三管段8)进行夹持固定；

如图13所示，之后通过反向驱动连接电机239带动夹持弧臂232向外展开，解除对第二管段7和第三管段8的夹持；

(夹持固定保持焊接角度不变)如图6所示，活动电机223驱动，带动螺杆222转动，在螺杆222的转动作用下，滑座在平移导轨9内滑动，直至第一管段移动至转动架32内中心轴位置，此时刚好相对的第二管件5的第一管段也移动至对应位置，两个第一管段6相对；

第二驱动电机12驱动带动定位夹持件21远离第一管件4的转动轨迹内；

对准第一管段6连接处，焊接头11开始焊接，与此同时转动电机34驱动带动转动齿轮36转动，从而带动环形齿条35转动，转动架32转动，从而带动平移导轨9和活动夹持件22均转动，带动其上的第一管件4转动，如图7所示，此过程中，第一管段6的旋转中心轴与其自身中心轴重合，能够进行圆周式焊接。

第二管件5的调节过程与上述过程同步进行，位置调整好之后即可以开启焊接动作并进行圆周式旋转焊接。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。