專利名稱：大彎頭定位裝置及其卡板的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動焊接設(shè)備，特別是一種用于大口徑彎頭自動焊接設(shè)備的定位裝置及其卡板的加工方法。
背景技術(shù)：
目前，我國的大彎頭焊縫焊接采用手工焊接。所說的大彎頭是應(yīng)用于輸油、輸氣、輸送煤漿等高壓管道中的大口徑高壓鋼管連接件，管徑在630mm以上，這些管道通常要承受100MPa以上的高壓。如圖1所示，大彎頭由模壓成型、上下對稱的兩個半彎頭焊接加工而成，有四條焊縫，分別為縱向拱形焊縫AA’弧、CC’弧和縱向凹形焊縫BB’弧、DD’弧，這四段縱向弧形焊縫是四個同心圓的四段等角度弧線，其圓心為O，通常以角AOA’的角度來命名彎頭，如角AOA’為30度，則稱該彎頭為30度彎頭。常見的彎頭有30度、45度、60度、90度、120度、150度和180度彎頭。
由于大彎頭體積大，重量大，焊接質(zhì)量要求高，現(xiàn)有的手工焊接技術(shù)很難達到連續(xù)均勻高質(zhì)量的焊縫要求，而且手工焊接勞動強度大，效率低，尤其是管件內(nèi)部的焊接勞動環(huán)境惡劣，損壞工人的身體健康，因此，采用自動焊接技術(shù)加工高壓管道中的大彎頭成為焊接技術(shù)領(lǐng)域迫切需要解決的技術(shù)問題，而如何定位大彎頭，使其產(chǎn)生的運動軌跡是適合自動焊接的軌跡，是該技術(shù)的難點。
在自動焊接技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有的技術(shù)包括平縫自動焊、環(huán)縫自動焊等，如中國專利CN2595510“壓路機振動輪輻板環(huán)焊縫自動焊接系統(tǒng)”，介紹了一種環(huán)焊縫的自動焊接技術(shù)；中國專利CN2552628“管道預(yù)制自動焊接機”，采用管子轉(zhuǎn)動的環(huán)焊縫自動焊接技術(shù)。此處的環(huán)縫，如圖2所示，在與鋼管軸線垂直的橫截面對接形成；本發(fā)明所說的凹形焊縫BB’弧、DD’弧，是由模壓成型的兩個半彎頭片件縱向?qū)有纬傻?，參見圖1。兩者是不同的焊縫，大彎頭的縱向凹形焊縫無法像環(huán)縫焊接一樣繞工件自身軸線的旋轉(zhuǎn)形成環(huán)狀的運動軌跡，給自動焊接帶來極大的困難。目前尚未發(fā)現(xiàn)對大彎頭的縱向凹形縫進行自動焊接的定位卡板裝置及加工該裝置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種大彎頭定位裝置及其加工方法。
大彎頭定位裝置，包括底板和若干塊卡板，卡板與底板固定連接，其中卡板包括底部、左翼、右翼，整體呈V字形，左翼與右翼對稱，卡板兩翼內(nèi)側(cè)任意對稱點之間規(guī)定的圓與卡裝于此兩點的大彎頭的橫截面重合。
所述的卡板左翼與右翼從靠近底部處往上依次包括小圓弧、兩圓的切面、大圓弧和擋部。
所述的小圓弧下部有一個凹槽。
所述的卡板是通過如下方法制作而成的(1)如圖4所示，取奇數(shù)塊足夠大的鋼板，等距離豎直平行擺放，在正中間板上取點O’，使OO’＝3D1，其中，點O為自動焊接設(shè)備主軸的圓心，D1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的直徑長度。以O(shè)’為圓心2D1為半徑作圓，與各鋼板依次交于點O00、O01、O02……，在各鋼板的過O00、O01、O02……各作一條水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……，將各鋼板沿水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……對齊水平疊置，如圖5所示；(2)如圖6所示，在上述疊置的鋼板水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……上取中點O0，過O0作O06O06’的垂線YO0，在YO0上取點O1、O2，使O0O1＝r1；O2O0＝3r2-a，其中，r1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的半徑長度，r2為設(shè)定的最大加工件大彎頭的半徑長度，a為主軸軸心到平板上表面的距離；(3)分別以O(shè)1為圓心、r1為半徑，O2為圓心、r2為半徑，做出兩個圓，在兩圓的左側(cè)做它們的外公切線HI，在兩圓的右側(cè)做其外公切線H’I’，分別與圓O1交于H、H’點，與O2交于I、I’點；(4)過O2做YY’的垂線JJ’，與圓O2交于J、J’，分別過J、J’點做JJ’的垂線JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、J’K’適當(dāng)?shù)母叨龋?5)連接K、K’并延長，在K、K’點外側(cè)分別取點L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’適當(dāng)?shù)拈L度；(6)在底邊Y’的兩側(cè)，取點M、點M’，使Y’M＝Y(jié)’M’，取Y’M、Y’M’適當(dāng)?shù)拈L度；(7)沿上述線段和圓弧線順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對成的多邊形卡板，其中HH’為小圓O1的圓弧、JI和I’J’為大圓O2的圓弧；也可以在步驟(7)后繼續(xù)進行如下步驟(8)在圓弧HH’上，在O1點的正下方開一個小槽NPP’N’；(9)沿上述步驟劃出的線段順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對稱的多邊形卡板。
將卡板固定到與主軸固定連接的平板上，大彎頭定位裝置優(yōu)選的卡板的數(shù)量為3到7塊。
本發(fā)明提供的大彎頭定位裝置及其卡板加工方法，該卡板可將被加工件大彎頭自動定心和自動對中焊縫，使工件大彎頭的縱向凹形焊縫焊點的運動軌跡形成軌跡圓，為大彎頭的自動焊接提供了合適的定位裝置，突破了大彎頭縱向焊縫無法自動焊接的難題。而且該卡板結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低。該方法為生產(chǎn)該卡板提供了簡單易行的生產(chǎn)方法。


下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1是大彎頭結(jié)構(gòu)示意2是環(huán)縫結(jié)構(gòu)示意3是大彎頭定位裝置結(jié)構(gòu)示意4是卡板位置示意5是鋼板疊放結(jié)構(gòu)示意6是鋼板劃線示意7是卡板的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
大彎頭定位裝置，如圖3所示，包括若干塊固定在平板14上的卡板20，大彎頭定位裝置具有自動定心和焊縫對中的功能，卡板結(jié)構(gòu)，如圖7所示，包括底部、左翼、右翼，整體呈V字形，左翼與右翼對稱，卡板兩翼任意對稱點之間規(guī)定的圓與卡裝于此兩點的大彎頭的橫截面重合，如圖1所示，大彎頭的橫截面即圓Q。從靠近底部處往上依次包括小圓弧、兩圓的切面、大圓弧和擋部，小圓弧下部有一個凹槽。大彎頭定位裝置卡板通過如下方法加工而成(1)如圖4所示，取奇數(shù)塊足夠大的鋼板，等距離豎直平行擺放，在正中間板上取點O’，使OO’＝3D1，其中，點O為自動焊接設(shè)備主軸的圓心，D1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的直徑長度，以O(shè)’為圓心2D1為半徑作圓，與各鋼板依次交于點O00、O01、O02……，在各鋼板的過O00、O01、O02……各作一條水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……，將各鋼板沿水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……對齊水平疊置，如圖5所示；(2)如圖6所示，在上述疊置的鋼板水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……上取中點O0，過O0作O06O06’的垂線YO0，垂線YO0與底邊交于Y’點，在YO0上取點O1、O2，使O0O1＝r1；O2O0＝3r2-a，其中，r1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的半徑長度，r2為設(shè)定的最大加工件大彎頭的半徑長度，a為主軸軸心到平板上表面的距離；如圖1所示，大彎頭的中心圓弧線QQ’位于大彎頭所在圓環(huán)的中心線位置，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，只要保證大彎頭的橫截面中心Q或Q’繞主軸轉(zhuǎn)動，即可保證縱向凹形焊縫BB’弧、DD’弧上的焊點形成一個軌跡圓，從而將縱向凹形焊縫焊點軌跡變成了圓弧形，只要將焊機頭也沿此軌跡圓與焊點等速運動，即可實現(xiàn)縱向凹形焊縫的自動焊接。發(fā)明人所說的外凹形焊縫的軌跡圓的直徑是大彎頭管徑的6倍，各種規(guī)格彎頭軌跡圓不同心，但在同一條直線上，動力裝置主軸中心到外凹形焊縫焊點軌跡圓圓心的距離與管徑相等；內(nèi)凹形焊縫的軌跡圓的直徑也是大彎頭管徑的6倍，各種規(guī)格彎頭軌跡圓不同心，但在同一條直線上，不同的是，動力裝置主軸中心到內(nèi)凹形焊縫焊點軌跡圓圓心的距離是工件管徑的兩倍。
(3)分別以O(shè)1為圓心、r1為半徑，O2為圓心、r2為半徑，做出兩個圓，在兩圓的左側(cè)做它們的外公切線HI，在兩圓的右側(cè)做其外公切線H’I’，分別與圓O1交于H、H’點，與O2交于I、I’點；(4)過O2做YO0的垂線JJ’，與圓O2交于J、J’，分別過J、J’點做JJ’的垂線JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、J’K’適當(dāng)?shù)母叨龋?5)連接K、K’并延長，在K、K’點外側(cè)分別取點L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’適當(dāng)?shù)拈L度；(6)在底邊Y’的兩側(cè)，取點M、點M’，使Y’M＝Y(jié)’M’，取Y’M、Y’M’適當(dāng)?shù)拈L度；(7)沿上述線段和圓弧線順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對成的多邊形卡板，其中HH’為小圓O1的圓弧、JI和I’J’為大圓O2的圓??；也可以在步驟(7)后繼續(xù)進行如下步驟(8)在圓弧HH’上，在O1點的正下方開一個小槽NPP’N’，用于在大彎頭縱縫外加裝襯墊，防止焊穿，或者實施背面成形焊；(9)沿上述步驟劃出的線段順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對稱的多邊形卡板。
將上述方法制作的7塊卡板按照圖4所示的順序，等間距排列焊接到主軸上的平板上。
通過這種方法制作出來的定位裝置具有自動定心和自動對中焊縫的功能。所謂自動定心是指將大彎頭卡裝到三塊以上卡板上時，保證其橫截面中心線在以主軸中心為圓心的圓上，使定位系統(tǒng)轉(zhuǎn)動時縱向凹形焊縫上的焊點轉(zhuǎn)動路線形成軌跡圓，便于操作機頭進行焊接。所謂自動對中焊縫是指將大彎頭卡裝到三塊以上卡板上時，由于三個卡板在通一個圓弧位置與大彎頭接觸，接觸的三點在同一各圓弧線上，根據(jù)不在同一條直線上的三點確定一個面，故被加工件大彎頭被卡住后位置保持不動，焊縫恰好在正中間，保證了焊縫的自動對中。
將工件大彎頭卡入定位卡板，將大彎頭點焊在卡板上輔助定位后，工件即可被牢牢固定，完成焊接后再磨開。
啟動自動焊接設(shè)備，主軸轉(zhuǎn)動，大彎頭定位卡板轉(zhuǎn)動，大彎頭的縱向凹形焊縫焊點繞其軌跡圓運動，從而將凹形焊縫變?yōu)榱藞A弧形焊縫，將焊機同步轉(zhuǎn)動于焊縫之上即可實現(xiàn)凹形焊縫的自動焊接。
權(quán)利要求
1.大彎頭定位裝置，其特征在于，包括底板和若干塊卡板，卡板與底板固定連接，卡板包括底部、左翼、右翼，整體呈V字形，左翼與右翼對稱，卡板兩翼內(nèi)側(cè)任意對稱點之間規(guī)定的圓與卡裝于此兩點的大彎頭的橫截面重合。
2.如權(quán)利要求1所述的大彎頭定位裝置，其特征在于，卡板左翼與右翼從靠近底部處往上依次包括小圓弧、兩圓的切面、大圓弧和擋部。
3.如權(quán)利要求2所述的大彎頭定位裝置，其特征在于，卡板小圓弧下部有一個凹槽。
4.生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的大彎頭定位裝置的卡板的加工方法，其特征在于，包括如下步驟(1)如圖4所示，取奇數(shù)塊足夠大的鋼板，等距離豎直平行擺放，在正中間板上取點O’，使OO’＝3D1，其中，點O為自動焊接設(shè)備主軸的圓心，D1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的直徑長度，以O(shè)’為圓心2D1為半徑作圓，與各鋼板依次交于點O00、O01、O02……，在各鋼板的過O00、O01、O02……各作一條水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……，將各鋼板沿水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……對齊水平疊置，如圖5所示；(2)如圖6所示，在上述疊置的鋼板水平線O00O00’、O01O01’、O02O02’……上取中點O0，過O0作O06O06’的垂線YO0，垂線YO0與底邊交于Y’點，在YO0上取點O1、O2，使O0O1＝r1；O2O0＝3r2-a，其中，r1為設(shè)定的最小加工件大彎頭的半徑長度，r2為設(shè)定的最大加工件大彎頭的半徑長度，a為主軸軸心到平板上表面的距離；(3)分別以O(shè)1為圓心、r1為半徑，O2為圓心、r2為半徑，做出兩個圓，在兩圓的左側(cè)做它們的外公切線HI，在兩圓的右側(cè)做其外公切線H’I’，分別與圓O1交于H、H’點，與O2交于I、I’點；(4)過O2做Y O0的垂線JJ’，與圓O2交于J、J’，分別過J、J’點做JJ’的垂線JK、J’K’，使JK＝J’K’，取JK、J’K’適當(dāng)?shù)母叨龋?5)連接K、K’并延長，在K、K’點外側(cè)分別取點L、L’，使LK＝K’L’，取LK、K’L’適當(dāng)?shù)拈L度；(6)在底邊Y’的兩側(cè)，取點M、點M’，使Y’M＝Y(jié)’M’，取Y’M、Y’M’適當(dāng)?shù)拈L度；(7)沿上述線段和圓弧線順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對成的多邊形卡板，其中HH’為小圓O1的圓弧、JI和I’J’為大圓O2的圓弧。
5.如權(quán)利要求4所述的大彎頭縱向凹形縫自動焊接設(shè)備，其特征在于，在步驟(7)后增加如下步驟(8)在圓弧HH’上，在O1點的正下方開一個小槽NPP’N’；(9)沿上述步驟劃出的線段順次切下，切出由M、L、K、J、I、H、N、P、P’、N’、H’、I’、J’、K’、L’、M’、M點組成的左右對稱的多邊形卡板。
全文摘要
大彎頭定位裝置及其卡板的加工方法，其中大彎頭定位裝置，包括底板和若干塊卡板，卡板與底板固定連接，卡板包括底部、左翼、右翼，整體呈V字形，左翼與右翼對稱，卡板兩翼內(nèi)側(cè)任意對稱點之間規(guī)定的圓與卡裝于此兩點的大彎頭的橫截面重合?？ò宓募庸し椒?，采用在鋼板上劃線、切割的方法生產(chǎn)出卡板。采用該方法生產(chǎn)的卡板具有自動定心和自動對中焊縫的功能，將工件的凹形焊縫焊點的運動軌跡變?yōu)檐壽E圓，解決了大彎頭自動焊接的定位難題。該方法為生產(chǎn)該大彎頭定位裝置卡板提供了簡單易行的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)的卡板結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低。
文檔編號B23K101/06GK101041218SQ200710015459
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者李文秀 申請人:李文秀