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一种镀渗钨油管焊接设备及工艺

文献发布时间:2023-06-19 16:11:11



技术领域

本发明属于油管焊接技术领域,具体涉及一种镀渗钨油管焊接设备及工艺。

背景技术

镀渗钨油管具有良好的抗腐蚀性能,镀渗钨油管在加工时,需要先将多个油管焊接至指定长度,然后经过打磨、酸洗、清洗等多个工序后再进行渗镀加工。其中在油管焊接过程中需要保证各段油管之间具有较高的同轴度,现有技术中,油管焊接主要是人工借助一些定位辅具进行操作,然而油管的长度一般比较长且重量较大,人工操作很难实现精准的对位,这往往导致焊接精度达不到要求,或者焊缝存在内应力,影响使用寿命,且传统焊接方式效率极低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种能够提高焊接精度和焊接效率的镀渗钨油管焊接设备及工艺。

为实现上述目的及其它相关目的,本发明提供了一种镀渗钨油管焊接设备,包括:

两组对称设置的姿态调整机构,所述姿态调整机构包括:

多个轴向导辊组件,所述轴向导辊组件包括成V型布置的两个第一导辊,所述第一导辊的轴线与油管的轴线垂直,所述第一导辊连接有用于驱动其转动的第一驱动单元;

多个周向导辊组件,所述周向导辊组件包括水平间隔设置的两个第二导辊,所述第二导辊的轴线与所述油管的轴线平行,所述周向导辊组件沿竖直方向活动设置,所述周向导辊组件连接有用于驱动其上下运动的第二驱动单元;

各所述轴向导辊组件与各所述周向导辊组件成一字型交错间隔布置;

所述镀渗钨油管焊接设备还包括:

夹辊组件,位于两组所述姿态调整机构之间,所述夹辊组件包括两个相对开合设置的辊组,每个所述辊组包括两个上下间隔设置的第三导辊,所述第三导辊的轴线与所述第二导辊的轴线平行,所述两个辊组连接有用于驱动两者相对开合的第三驱动单元,所述第三导辊连接有用于驱动其转动的第四驱动单元;

焊缝跟踪机构,位于所述夹辊组件下方,所述焊缝跟踪机构包括锥头,所述锥头固定在一滑块上,所述滑块沿滑动设置在一升降板上,且滑动方向与所述油管的轴线方向平行,所述升降板沿竖直方向活动设置在机架上,且升降板下方设有压簧,所述升降板两端设有第四导辊,所述锥头的顶端凸出于所述第四导辊的顶面,且凸出的距离不大于所述油管端部开设的坡口的深度,所述升降板上设有用于检测所述锥头水平位置的第一距离传感器,所述机架上设有用于检测升降板高度的第二距离传感器;

焊接机械手,设置在所述夹辊组件的旁侧。

在本发明的一可选实施例中,所述第三导辊的辊面中部设有用于避让油管焊缝的环形槽。

在本发明的一可选实施例中,所述第一驱动单元为第一伺服电机,所述第二驱动单元为螺杆升降器,同一姿态调整机构中的各所述周向导辊组件的所述螺杆升降器通过传动轴依次串联,并与第二伺服电机连接。

在本发明的一可选实施例中,两个所述辊组分别安装在一滑座上,所述滑座沿垂直于所述油管轴线的方向滑动设置在机架上,所述第三驱动单元包括机架上设置的第三伺服电机,所述第三伺服电机上连接有双向丝杠,所述滑座上设有螺母块,两个所述辊组的螺母块分别与双向丝杠上两段旋向相反的螺纹构成螺纹配合。

在本发明的一可选实施例中,所述第四驱动单元包括第四伺服电机,所述滑座上设有引导轮,所述第四伺服电机的主轴和所述第三导辊的转轴上分别设有同步轮,各同步轮与所述引导轮之间缠绕有同步带,所述第四伺服电机转动时能够通过所述同步带,带动两个所述第三导辊同步转动。

在本发明的一可选实施例中,所述升降板上设有滑轨,所述滑块与所述滑轨滑动连接,所述第一距离传感器设置在所述滑轨的一端,并正对所述滑块设置。

在本发明的一可选实施例中,所述第二距离传感器设置在所述升降板下方的机架上,并沿竖直方向正对所述升降板的底面设置。

在本发明的一可选实施例中,所述第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元、第四驱动单元、第一距离传感器和第二距离传感器均与控制器电连接。

在本发明的一可选实施例中,所述焊接机械手为六轴焊接机器人。

为实现上述目的及其它相关目的,本发明还提供了一种镀渗钨油管焊接工艺,包括如下步骤:

提供所述的镀渗钨油管焊接设备;

控制所述第二驱动单元动作,使所述周向导辊组件的高度低于所述轴向导辊组件的高度;

将两根待焊接油管分别转移到两组姿态调整机构的轴向导辊组件上,并确保两根待焊接油管相对的两端分别压在两个所述第四导辊上;

根据所述第二距离传感器的检测数据,计算带焊接油管的直径;

控制所述第一驱动单元动作,使两根待焊接油管对接,此时所述锥头被夹在两根待焊接油管端部的坡口内;

根据所述第一距离传感器的检测数据,控制两组姿态调整机构的轴向导辊组件同步运动,使所述锥头运动至指定位置;

控制所述第二驱动单元动作,使所述周向导辊组件抬升至高于所述轴向导辊组件,抬升的高度根据待焊接油管的直径确定,确保抬升后待焊接油管的轴线位于四个所述第三导辊的对称中心线上;

控制所述第三驱动单元动作,使夹辊组件的两个辊组同时夹在两根待焊接油管的接缝两侧;

控制所述焊接机械手动作,使焊头落在两个待焊接油管的接缝内;

控制所述第四驱动单元动作,驱动两个所述待焊接油管转动,同时控制焊接机械手对接缝实施焊接。

本发明的技术效果在于:本发明利用轴向导辊组件调整油管的轴向位置,使两根油管对接,油管对接的同时能够触动锥头动作,从而获得接缝的具体位置,再根据锥头的位置将焊缝调整到预设位置,提高了后续焊接机械手的对刀效率。本发明的周向导辊组件设为升降式结构,能够使油管交替落在周向导辊组件和轴向导辊组件上,当其中一者运动时,避免另一者对油管产生阻力;本发明的夹辊组件同时将两根油管的端部夹紧,确保焊缝区域的同轴度,同时利用夹辊组件驱动油管转动,确保两根油管转动同步,避免产生扭转应力。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的镀渗钨油管焊接设备的立体图;

图2是本发明的实施例所提供的镀渗钨油管焊接设备的俯视图;

图3是本发明的实施例所提供的镀渗钨油管焊接设备的主视图;

图4是本发明的实施例所提供的镀渗钨油管焊接设备轴向视图;

图5是本发明的实施例所提供的夹辊组件和焊缝跟踪机构的立体图;

图6是本发明的实施例所提供的轴向导辊组件的立体图;

图7是本发明的实施例所提供的周向导辊组件的立体图;

图8是本发明的实施例所提供的油管半径的计算原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先,对本发明的应用场景进行说明,本发明主要用于镀渗钨油管的工厂加工阶段,工厂根据订单需要将固定长度的管道坯料焊接为指定长度,然后采用热处理、镀渗钨等工序对管道进行二次加工,以满足油管的性能要求。

请参阅图1-7所示,一种镀渗钨油管焊接设备,包括两组对称设置的姿态调整机构100、夹辊组件300、焊缝跟踪机构40和焊接机械手(图未示出)。

具体的,请参阅图1-7所示,所述姿态调整机构100包括:多个轴向导辊组件10,所述轴向导辊组件10包括成V型布置的两个第一导辊11,所述第一导辊11的轴线与油管1的轴线垂直,所述第一导辊11连接有用于驱动其转动的第一驱动单元12;多个周向导辊组件20,所述周向导辊组件20包括水平间隔设置的两个第二导辊21,所述第二导辊21的轴线与所述油管1的轴线平行,所述周向导辊组件20沿竖直方向活动设置,所述周向导辊组件20连接有用于驱动其上下运动的第二驱动单元22;各所述轴向导辊组件10与各所述周向导辊组件20成一字型交错间隔布置。

具体的,请参阅图1-7所示,所述夹辊组件300位于两组所述姿态调整机构100之间,所述夹辊组件300包括两个相对开合设置的辊组30,每个所述辊组30包括两个上下间隔设置的第三导辊31,所述第三导辊31的轴线与所述第二导辊21的轴线平行,所述两个辊组30连接有用于驱动两者相对开合的第三驱动单元35,所述第三导辊31连接有用于驱动其转动的第四驱动单元32;

具体的,请参阅图1-7所示,所述焊缝跟踪机构40位于所述夹辊组件300下方,所述焊缝跟踪机构40包括锥头41,所述锥头41固定在一滑块42上,所述滑块42沿滑动设置在一升降板43上,且滑动方向与所述油管1的轴线方向平行,所述升降板43沿竖直方向活动设置在机架上,且升降板43下方设有压簧46,所述升降板43两端设有第四导辊44,所述锥头41的顶端凸出于所述第四导辊44的顶面,且凸出的距离不大于所述油管1端部开设的坡口的深度,所述升降板43上设有用于检测所述锥头41水平位置的第一距离传感器45,所述机架上设有用于检测升降板43高度的第二距离传感器(图未示出);

具体的,所述焊接机械手设置在所述夹辊组件300的旁侧。

本发明利用轴向导辊组件10调整油管1的轴向位置,使两根油管1对接,油管1对接的同时能够触动锥头41动作,从而获得接缝的具体位置,再根据锥头41的位置将焊缝调整到预设位置,提高了后续焊接机械手的对刀效率。本发明的周向导辊组件20设为升降式结构,能够使油管1交替落在周向导辊组件20和轴向导辊组件10上,当其中一者运动时,避免另一者对油管1产生阻力;本发明的夹辊组件300同时将两根油管1的端部夹紧,确保焊缝区域的同轴度,同时利用夹辊组件300驱动油管1转动,确保两根油管1转动同步,避免产生扭转应力。

请参阅图1-7所示,优选的,所述第三导辊31的辊面中部设有用于避让油管1焊缝的环形槽311。

请参阅图1-7所示,优选的,所述第一驱动单元12为第一伺服电机,所述第二驱动单元22为螺杆升降器,同一姿态调整机构100中的各所述周向导辊组件20的所述螺杆升降器通过传动轴23依次串联,并与第二伺服电机连接。

请参阅图1-7所示,优选的,两个所述辊组30分别安装在一滑座34上,所述滑座34沿垂直于所述油管1轴线的方向滑动设置在机架上,所述第三驱动单元35包括机架上设置的第三伺服电机,所述第三伺服电机上连接有双向丝杠,所述滑座34上设有螺母块,两个所述辊组30的螺母块分别与双向丝杠上两段旋向相反的螺纹构成螺纹配合。

请参阅图1-7所示,优选的,所述第四驱动单元32包括第四伺服电机,所述滑座34上设有引导轮33,所述第四伺服电机的主轴和所述第三导辊31的转轴上分别设有同步轮,各同步轮与所述引导轮33之间缠绕有同步带,所述第四伺服电机转动时能够通过所述同步带,带动两个所述第三导辊31同步转动。

请参阅图1-7所示,优选的,所述升降板43上设有滑轨,所述滑块42与所述滑轨滑动连接,所述第一距离传感器45设置在所述滑轨的一端,并正对所述滑块42设置;所述第二距离传感器(图未示出)设置在所述升降板43下方的机架上,并沿竖直方向正对所述升降板43的底面设置;所述第一驱动单元12、第二驱动单元22、第三驱动单元35、第四驱动单元32、第一距离传感器45和第二距离传感器均与控制器电连接;所述焊接机械手为六轴焊接机器人。在一具体实施例中,本发明的第一驱动单元12、第二驱动单元22、第三驱动单元35、第四驱动单元32、第一距离传感器45和第二距离传感器的数据可以发送至六轴焊接机器人,六轴焊接机器人据此获知油管1和焊缝的具体位置,避免不必要的数据采集,提高工作效率。

本发明的镀渗钨油管焊接设备的具体工作过程如下:

提供所述的镀渗钨油管焊接设备;控制所述第二驱动单元22动作,使所述周向导辊组件20的高度低于所述轴向导辊组件10的高度;将两根待焊接油管1分别转移到两组姿态调整机构100的轴向导辊组件10上,并确保两根待焊接油管1相对的两端分别压在两个所述第四导辊44上;根据所述第二距离传感器的检测数据,计算带焊接油管1的直径,具体计算方法如下:参阅图8所示,图中B点的位置取决于第一导辊11的安装角度和安装高度,而第一导辊11的安装角度和安装高度是设备设计之初就已经确定的,因此B点的位置是确定的;第二距离传感器可以采集到升降板43底面的位置,而升降板43底面与第四导辊44之间的垂直距离是在设备设计阶段就已经确定的,而第四导辊44顶面的位置又直接反映了待焊接油管1底端的位置即A点的位置,现在假设以地面为基准,那么A点的高度就等于第二距离传感器的安装高度加上第二距离传感器与升降板43底面之间的距离(传感器的检测距离)再加上升降板43底面到第四导辊44顶面之间的距离,也就是说通过第二距离传感器的检测数据就能够确定A点的位置,现在A点和B点的位置均已确定,那么A、B之间的距离H就是确定的,而角度α又是由第一导辊11的安装角度决定的,例如当第一导辊安装角度为45°时,α就等于45°,因此α也是已知的,则有cosα=R/(R+H),由此可计算出油管1的半径R;控制所述第一驱动单元12动作,使两根待焊接油管1对接,此时所述锥头41被夹在两根待焊接油管1端部的坡口内;根据所述第一距离传感器45的检测数据,控制两组姿态调整机构100的轴向导辊组件10同步运动,使所述锥头41运动至指定位置;控制所述第二驱动单元22动作,使所述周向导辊组件20抬升至高于所述轴向导辊组件10,抬升的高度根据待焊接油管1的直径确定,确保抬升后待焊接油管1的轴线位于四个所述第三导辊31的对称中心线上;控制所述第三驱动单元35动作,使夹辊组件300的两个辊组30同时夹在两根待焊接油管1的接缝两侧;控制所述焊接机械手动作,使焊头落在两个待焊接油管1的接缝内;控制所述第四驱动单元32动作,驱动两个所述待焊接油管1转动,同时控制焊接机械手对接缝实施焊接。需要特别说明的是,待焊接油管1在焊接过程中其重心不发生变化,因此第三导辊31只需要克服待焊接油管1的惯性力以及滚动摩擦阻力做功,而待焊接油管1焊接过程中转动速度很小,根据油管直径的不同,旋转一圈所用的时间在30s-120s之间,因此第三导辊31能够从待焊接油管1的一端平稳的带动整个待焊接油管1转动。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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