一种多方位金属钢管焊接设备

技术领域

本发明涉及钢管焊接技术领域，特别涉及一种多方位金属钢管焊接设备。

背景技术

金属钢管是常用的零部件，常用于连接不同部件，作为液体、空气流通的通道；为提高实用性，在同一管道上会连接多个其他管道，起到分流作用，而管道之间常见的连接方式是焊接，焊接是目前工业上常用的连接方式，其强度高，能满足大多数连接需求；管道的表面为弧形，在焊接时，管道的对接处需要进行预处理，即切割定型等处理，然后需要进行定位对接，才可进行焊接作业；现在的焊接设备需要人工将管道进行调整对接，费时费力，影响焊接作业效率；基于此，本发明提出一种能完成多方位管道调整对接作业的焊接设备，且能进行多方位焊接作业，提高焊接作业效率，省时省力；公告号为CN115008058B的中国专利公开一种中大口径金属钢管对口焊接方法，其技术方案为：包括焊接支撑转动操作架；通过操纵液压千斤顶的手动液压泵，控制千斤顶顶升箱形可升降框架；通过钢管在托辊上的移

动，实现两钢管左右位置的精准对接；从记载的内容上看，该专利解决了金属钢管对口焊接时的对接和翻转的问题，但其翻转和对接只是进行单一方位的对接和翻转，不能实现管道多方位的调整对接以及焊接作业，没有解决上述技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明能完成管道多方位调整对接，且能进行多方位焊接作业，提高焊接作业效率，省时省力。

本发明所使用的技术方案为：一种多方位金属钢管焊接设备，包括机架，机架上滑动设置有定位件，用于对钢管进行定位夹持，并调节钢管的角度；在机架上设置有加工件，用于钢管上的焊接区域进行加工处理；在机架的顶部设置有对接件，用于将待焊接钢管与定位件上的钢管对接；对接件包括滑动安装在机架顶部的位置滑座，位置滑座上升降滑动设置有高度滑动架，高度滑动架上旋转安装有偏转架，偏转架上旋转安装有角度校正筒，角度校正筒上径向滑动设置有用于夹持待焊接钢管的夹持轴；在高度滑动架的一端设置有检测件，用于对待焊接钢管的对接端面进行检测，以进行位置调节；检测件包括升降滑动安装在高度滑动架一端的检测位置滑座，检测位置滑座上滑动设置有横向滑座，横向滑座上设置有检测接触杆一，检测接触杆一与待焊接钢管的对接端面接触，通过输出反馈检测接触杆一所受压力变化，以检测对接端面的角度方位；在检测接触杆一上设置有检测接触杆二，检测接触杆二与定位件上的钢管焊接区域孔进行接触，通过输出反馈检测接触杆二所受压力变化，以检测焊接区域孔的角度方位；在机架上还设置有焊接件，待焊接钢管与定位件上的钢管对接后，通过焊接件进行焊接作业；焊接件包括两个对接外环，对接外环上旋转设置有对接内齿环，对接内齿环的内侧设置有焊接臂，两个对接外环、两对接内齿环对接成环形结构，焊接区域位于环形结构内侧，通过焊接臂围绕焊接区域运动，并进行焊接。

进一步地，所述定位件包括固定设置在机架上的电机一和导杆一，以及旋转安装在机架上的丝杆二，电机一用于驱动丝杆二；定位件还包括与导杆一滑动连接的滑座一，且滑座一与丝杆二构成螺旋副；在滑座一上升降滑动设置有定位座。

进一步地，所述滑座一上设置有电机三，电机三的输出轴上连接有皮带结构，定位座上固定设置有导杆二和丝杆三，导杆二和丝杆三分别与滑座一滑动连接，且丝杆三与电机三输出轴上皮带结构的一端构成螺旋副。

进一步地，所述定位座上旋转安装有角度安装盘，且定位座上设置有角度电机，角度电机的输出轴上连接有角度齿轮，角度齿轮与角度安装盘构成齿轮副；在角度安装盘上径向滑动设置有径向滑座，径向滑座的一端设置有支撑杆，通过支撑杆对钢管进行支撑固定；在角度安装盘的端面上设置有径向控制电机，径向控制电机的输出轴上连接有径向控制齿轮；在角度安装盘的端面上旋转安装有调节齿盘，调节齿盘与径向控制齿轮构成齿轮副；在径向滑座上固定设置有径向丝杆，且在角度安装盘的端面上旋转安装有连接齿轮，连接齿轮与调节齿盘构成齿轮副，且连接齿轮与径向丝杆构成齿轮副。

进一步地，所述加工件包括设置在机架上的加工座，加工座上固定设置有加工丝杆电机，以及旋转安装有加工丝杆，加工丝杆电机用于驱动加工丝杆；在加工座上滑动安装有加工滑架，加工滑架与加工丝杆构成螺旋副；加工滑架上设置有加工皮带和加工电机，加工电机用于驱动加工皮带，加工皮带的表面有打磨砂纸，通过打磨砂纸对定位件上钢管的焊接区域孔周边进行加工处理。

进一步地，所述焊接件包括固定设置在机架上的焊接移动电机，以及旋转设置在机架上的焊接移动丝杆，焊接移动电机用于驱动焊接移动丝杆；焊接件还包括滑动安装在机架上的焊接移动滑座，焊接移动滑座与焊接移动丝杆构成螺旋副；且焊接移动滑座上旋转安装有焊接角度盘，焊接移动滑座上设置有焊接角度电机，焊接角度电机的输出轴上连接有焊接角度齿轮，焊接角度齿轮与焊接角度盘构成齿轮副。

进一步地，所述焊接角度盘上设置有伸缩电机，伸缩电机的输出轴上连接有皮带结构；且在焊接角度盘上滑动设置有伸缩滑座，伸缩滑座上固定设置有伸缩导杆和伸缩丝杆，伸缩导杆和伸缩丝杆滑动设置在焊接角度盘上，伸缩电机输出轴上皮带结构的一端与伸缩丝杆构成螺旋副；在伸缩滑座上设置有对接电机，对接外环旋转安装在伸缩滑座上，且对接电机用于驱动对接外环；在其中一个对接外环上设置有环绕电机，环绕电机的输出轴上连接有环绕齿轮，环绕齿轮与对接内齿环构成齿轮副。

进一步地，所述对接件包括固定设置在机架上的电机二，以及旋转安装在机架上的丝杆一，电机二用于驱动丝杆一；位置滑座与丝杆一构成螺旋副；在位置滑座上设置有高度油缸，高度油缸用于控制高度滑动架移动；高度滑动架的一端设置有偏转电机，偏转电机用于

驱动偏转架。

进一步地，所述偏转架上设置有调节电机，调节电机的输出轴上连接有调节齿轮，调节齿轮与角度校正筒构成齿轮副；在角度校正筒的内侧设置有夹持控制电机，夹持控制电机的输出轴上连接有夹持啮合齿轮，在角度校正筒上旋转设置有夹持啮合齿圈，夹持啮合齿圈与夹持啮合齿轮构成齿轮副；在夹持轴上固定连接有夹持丝杆和夹持导杆，夹持丝杆和夹持导杆分别与角度校正筒滑动连接，在角度校正筒的外侧旋转设置有夹持连接齿轮，夹持连接齿轮与夹持啮合齿圈构成齿轮副，且夹持连接齿轮与夹持丝杆构成螺旋副。

进一步地，所述检测件包括设置在高度滑动架一端的安装座，检测位置滑座滑动设置在安装座上，且安装座上设置有检测位置电机，检测位置电机的输出轴上连接有皮带结构；在检测位置滑座上固定连接有检测位置丝杆和检测位置导杆，检测位置丝杆和检测位置导杆

滑动设置在安装座上，且检测位置电机输出轴上皮带结构的一端与检测位置丝杆构成螺旋副；在检测位置滑座上设置有横向移动电机，横向移动电机的输出轴上连接皮带结构，横向滑座，横向滑座上固定设置有横向移动丝杆和横向移动导杆，横向移动丝杆和横向移动导杆滑动设置在检测位置滑座上，且横向移动电机输出轴上皮带结构的一端与横向移动丝杆构成螺旋副；在横向滑座上设置有压力检测器，用于检测检测接触杆一和检测接触杆二所受压力变化。

本发明与现有技术相比的有益效果是：（1）本发明中，调节定位座高度，即调节钢管高度，在同一个钢管上焊接多个杆件时，可通过调节高度，以避让出空间，便于完成多方位钢管焊接；（2）本发明中，在对接前，对定位件上的钢管进行预处理，即对钢管上焊接区域孔周边进行毛刺去除，以提高焊接质量；具体地，控制钢管高度，钢管表面与加工皮带表面接触，通过加工电机工作，以驱动加工皮带，通过打磨砂纸进行去毛刺；（3）本发明中，对待焊接钢管和定位件上的钢管的焊接区域进行位置检测，以便于进行位置校正；待焊接钢管与定位件上的钢管可以进行各种角度对接，例如垂直对接和斜向对接；检测完毕后，当对接端面位置有误差，通过调节待焊接钢管的角度，以便于后续的顺利对接；对待焊接钢管的对接端面完成检测后，也能对定位件上的钢管焊接区域孔进行位置检测。

附图说明

图1为本发明整体结构的示意图。

图2为本发明定位件的结构示意图。

图3为本发明加工件的示意图。

图4为本发明定位件的局部结构示意图。

图5为本发明定位件局部结构另一角度示意图。

图6为本发明焊接件的示意图。

图7为本发明焊接件局部结构的示意图。

图8为本发明对接件的示意图。

图9为本发明对接件局部结构的示意图。

图10为本发明检测件的示意图。

图11为本发明检测件局部结构的示意图。

附图标记：1-机架；2-电机一；3-加工座；4-加工滑架；5-加工皮带；6-加工电机；7-电机二；8-丝杆一；9-丝杆二；10-导杆一；11-滑座一；12-电机三；13-导杆二；14-丝杆三；15-定位座；16-角度电机；17-角度齿轮；18-角度安装盘；19-加工丝杆；20-加工丝杆电机；21-径向控制电机；22-径向控制齿轮；23-径向滑座；24-径向丝杆；25-连接齿轮；26-调节齿盘；27-支撑杆；28-焊接移动电机；29-焊接移动丝杆；30-焊接移动滑座；31-焊接角度齿轮；32-焊接角度电机；33-焊接角度盘；34-伸缩电机；35-伸缩丝杆；36-伸缩导杆；37-伸缩滑座；38-对接电机；39-对接外环；3901-环绕电机；3902-环绕齿轮；40-对接内齿环；41-焊接臂；42-位置滑座；43-高度油缸；44-高度滑动架；45-偏转电机；46-偏转架；47-调节电机；48-调节齿轮；49-夹持控制电机；50-夹持啮合齿轮；51-夹持啮合齿圈；52-角度校正筒；53-夹持轴；54-夹持丝杆；55-夹持导杆；56-夹持连接齿轮；57-安装座；58-检测位置电机；59-检测位置丝杆；60-检测位置导杆；61-检测位置滑座；62-横向移动丝杆；63-横向移动导杆；64-横向移动电机；65-横向滑座；66-检测接触杆一；67-检测接触杆二。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体说明：如图1至图11所示，机架1上滑动设置有定位件，用于对钢管进行定位夹持，并调节钢管的角度；定位件包括固定设置在机架1上的电机一2和导杆一10，以及旋转安装在机架1上的丝杆二9，电机一2用于驱动丝杆二9；定位件还包括与导杆一10滑动连接的滑座一11，且滑座一11与丝杆二9构成螺旋副；在滑座一11上升降滑动设置有定位座15；滑座一11上设置有电机三12，电机三12的输出轴上连接有皮带结构，定位座15上固定设置有导杆二13和丝杆三14，导杆二13和丝杆三14分别与滑座一11滑动连接，且丝杆三14与电机三12输出轴上皮带结构的一端构成螺旋副；定位座15上旋转安装有角度安装盘18，且定位座15上设置有角度电机16，角度电机16的输出轴上连接有角度齿轮17，角度齿轮17与角度安装盘18构成齿轮副；在角度安装盘18上径向滑动设置有径向滑座23，径向滑座23的一端设置有支撑杆27，通过支撑杆27对钢管进行支撑固定；在角度安装盘18的端面上设置有径向控制电机21，径向控制电机21的输出轴上连接有径向控制齿轮22；在角度安装盘18的端面上旋转安装有调节齿盘26，调节齿盘26与径向控制齿轮22构成齿轮副；在径向滑座23上固定设置有径向丝杆24，且在角度安装盘18的端面上旋转安装有连接齿轮25，连接齿轮25与调节齿盘26构成齿轮副，且连接齿轮25与径向丝杆24构成齿轮副。

在机架1上设置有加工件，用于钢管上的焊接区域进行加工处理；加工件包括设置在机架1上的加工座3，加工座3上固定设置有加工丝杆电机20，以及旋转安装有加工丝杆19，加工丝杆电机20用于驱动加工丝杆19；在加工座3上滑动安装有加工滑架4，加工滑架

4与加工丝杆19构成螺旋副；加工滑架4上设置有加工皮带5和加工电机6，加工电机6用于驱动加工皮带5，加工皮带5的表面有打磨砂纸，通过打磨砂纸对定位件上钢管的焊接区域孔周边进行加工处理。

在机架1的顶部设置有对接件，用于将待焊接钢管与定位件上的钢管对接；对接件包括滑动安装在机架1顶部的位置滑座42，位置滑座42上升降滑动设置有高度滑动架44，高度滑动架44上旋转安装有偏转架46，偏转架46上旋转安装有角度校正筒52，角度校正筒52上径向滑动设置有用于夹持待焊接钢管的夹持轴53；对接件还包括固定设置在机架1上的电机二7，以及旋转安装在机架1上的丝杆一8，电机二7用于驱动丝杆一8；位置滑座42与丝杆一8构成螺旋副；在位置滑座42上设置有高度油缸43，高度油缸43用于控制高度滑动架44移动；高度滑动架44的一端设置有偏转电机45，偏转电机45用于驱动偏转架46；偏转架46上设置有调节电机47，调节电机47的输出轴上连接有调节齿轮48，调节齿轮48与角度校正筒52构成齿轮副；在角度校正筒52的内侧设置有夹持控制电机49，夹持控制电机49的输出轴上连接有夹持啮合齿轮50，在角度校正筒52上旋转设置有夹持啮合齿圈51，夹持啮合齿圈51与夹持啮合齿轮50构成齿轮副；在夹持轴53上固定连接有夹持丝杆54和夹持导杆55，夹持丝杆54和夹持导杆55分别与角度校正筒52滑动连接，在角度校正筒52的外侧旋转设置有夹持连接齿轮56，夹持连接齿轮56与夹持啮合齿圈51构成齿轮副，且夹持连接齿轮56与夹持丝杆54构成螺旋副。

在高度滑动架44的一端设置有检测件，用于对待焊接钢管的对接端面进行检测，以进行位置调节；检测件包括升降滑动安装在高度滑动架44一端的检测位置滑座61，检测位置滑座61上滑动设置有横向滑座65，横向滑座65上设置有检测接触杆一66，检测接触杆一66与待焊接钢管的对接端面接触，通过输出反馈检测接触杆一66所受压力变化，以检测对接端面的角度方位；在检测接触杆一66上设置有检测接触杆二67，检测接触杆二67与定位件上的钢管焊接区域孔进行接触，通过输出反馈检测接触杆二67所受压力变化，以检测焊接区域孔的角度方位；检测件还包括设置在高度滑动架44一端的安装座57，检测位置滑座61滑动设置在安装座57上，且安装座57上设置有检测位置电机58，检测位置电机58的输出轴上连接有皮带结构；在检测位置滑座61上固定连接有检测位置丝杆59和检测位置导杆60，检测位置丝杆59和检测位置导杆60滑动设置在安装座57上，且检测位置电机58输出轴上皮带结构的一端与检测位置丝杆59构成螺旋副；在检测位置滑座61上设置有横向移动电机64，横向移动电机64的输出轴上连接皮带结构，横向滑座65，横向滑座65上固定设置有横向移动丝杆62和横向移动导杆63，横向移动丝杆62和横向移动导杆63滑动设置在检测位置滑座61上，且横向移动电机64输出轴上皮带结构的一端与横向移动丝杆62构成螺旋副；在横向滑座65上设置有压力检测器，用于检测检测接触杆一66和检测接触杆二67所受压力变化。

在机架1上还设置有焊接件，待焊接钢管与定位件上的钢管对接后，通过焊接件进行焊接作业；焊接件包括两个对接外环39，对接外环39上旋转设置有对接内齿环40，对接内齿环40的内侧设置有焊接臂41，两个对接外环39、两对接内齿环40对接成环形结构，焊接

区域位于环形结构内侧，通过焊接臂41围绕焊接区域运动，并进行焊接；焊接件还包括固定设置在机架1上的焊接移动电机28，以及旋转设置在机架1上的焊接移动丝杆29，焊接移动电机28用于驱动焊接移动丝杆29；焊接件还包括滑动安装在机架1上的焊接移动滑座30，焊接移动滑座30与焊接移动丝杆29构成螺旋副；且焊接移动滑座30上旋转安装有焊接角度盘33，焊接移动滑座30上设置有焊接角度电机32，焊接角度电机32的输出轴上连接有焊接角度齿轮31，焊接角度齿轮31与焊接角度盘33构成齿轮副；焊接角度盘33上设置有伸缩电机34，伸缩电机34的输出轴上连接有皮带结构；且在焊接角度盘33上滑动设置有伸缩滑座37，伸缩滑座37上固定设置有伸缩导杆36和伸缩丝杆35，伸缩导杆36和伸缩丝杆35滑动设置在焊接角度盘33上，伸缩电机34输出轴上皮带结构的一端与伸缩丝杆35构成螺旋副；在伸缩滑座37上设置有对接电机38，对接外环39旋转安装在伸缩滑座37上，且对接电机38用于驱动对接外环39；在其中一个对接外环39上设置有环绕电机3901，环绕电机3901的输出轴上连接有环绕齿轮3902，环绕齿轮3902与对接内齿环40构成齿轮副。

工作原理：将钢管安装在定位件上，即通过定位件进行夹持固定；具体地，电机一2工作，丝杆二9转动，使滑座一11滑动，电机三12工作时，使丝杆三14移动，进而调节定位座15高度，即调节钢管高度，在同一个钢管上焊接多个杆件时，可通过调节高度，以避让出空间；通过径向控制电机21工作，在齿轮传动下，调节齿盘26转动，进而连接齿轮25转动，径向丝杆24和径向滑座23移动，通过支撑杆27对钢管进行支撑固定。

在定位对接时，可通过角度电机16工作，在齿轮传动下，角度安装盘18转动，以使钢管转动，进而调节钢管的角度方位；在对接前，对定位件上的钢管进行预处理，即对钢管上焊接区域孔周边进行毛刺去除，以提高焊接质量；具体地，控制钢管高度，钢管表面与加工皮带5表面接触，通过加工电机6工作，以驱动加工皮带5，通过打磨砂纸进行去毛刺。

将待焊接的钢管安装在对接件上，即通过夹持控制电机49工作，在齿轮传动下，使夹持啮合齿圈51转动，进而夹持连接齿轮56转动，夹持丝杆54和夹持轴53移动，通过夹持轴53对待焊接钢管进行夹持固定，通过调节电机47工作，在齿轮传动下，使角度校正筒52转动，以调节待焊接钢管的角度方位。

进一步地，对待焊接钢管和定位件上的钢管的焊接区域进行位置检测，以便于进行位置校正；具体地，检测位置电机58工作，使检测位置丝杆59移动，即使检测接触杆一66和检测接触杆二67下降到对接区域的位置，通过横向移动电机64工作，使横向移动丝杆62移动，使检测接触杆一66和检测接触杆二67移动至对接区域的位置，使检测接触杆一66与待焊接钢管的对接端面进行接触，然后控制待焊接钢管转动，由于待焊接钢管的对接端面为弧形，在接触检测接触杆一66时，检测接触杆一66所受压力变化，通过压力检测器输出反馈压力变化，以完成位置检测；具体地，待焊接钢管与定位件上的钢管可以进行各种角度对接，例如垂直对接和斜向对接；检测完毕后，当对接端面位置有误差，通过调节待焊接钢管的角度，以便于后续的顺利对接；对待焊接钢管的对接端面完成检测后，需要对定位件上的钢管焊接区域孔进行位置检测，即可能存在角度误差或者轴向方向的误差，通过检测接触杆二67延伸至焊接区域孔内侧，然后控制钢管转动和轴向移动，焊接区域孔的内侧与检测接触杆二67接触，通过检测检测接触杆二67所受压力变化，以完成检测，然后对钢管的角度和轴向位置进行校正调节。

完成校正调节后，通过电机二7工作，丝杆一8转动，使位置滑座42移动，即调节对接位置，然后高度油缸43控制高度滑动架44的高度，使待焊接钢管与定位件上的钢管对接，如果为斜向对接，通过偏转电机45控制偏转架46转动，使待焊接钢管偏转，进而完成斜向对接；对接完成后，焊接移动电机28工作，焊接移动丝杆29转动，使焊接移动滑座30移动，通过焊接角度电机32工作，在齿轮传动下，焊接角度盘33转动，在斜向对接时，即可调节焊接角度盘33的角度，使对接外环39和对接内齿环40偏转；通过伸缩电机34工作，使伸缩丝杆35移动，进而使对接外环39和对接内齿环40移动，使待焊接钢管位于对接内齿环40所构成环形结构中，即通过对接电机38控制对接外环39转动，对接内齿环40对接为环形结构，通过环绕电机3901工作，在齿轮传动下，对接内齿环40转动，通过焊接臂41围绕对接区域进行焊接作业。