專利名稱：軌道式焊接裝置的導(dǎo)向頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合于將管子焊到管片上的裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及帶有改進(jìn)的導(dǎo)向頭的焊接裝置，導(dǎo)向頭包含用于將焊炬相對(duì)于被密封地焊接到管片上的管子精確定位的凹槽和彈簧支承的凸起。
在多種類型的氣密管式熱交換設(shè)備中需將多根管子焊接到管片上，所述熱交換設(shè)備包括蒸汽冷卻器、中間冷卻器、和其它類似的熱交換器，這些熱交換器要求將管子上靠近管片的兩端可靠地線焊到管片上。這種焊接操作要求將電焊條精確地固定在管端上方以便形成密封的焊縫。為了完成這種操作已經(jīng)研究了各種焊接設(shè)備，這些設(shè)備已在例如，Apblett等人的第2,908,805號(hào)U.S專利、Roberts等人的第3,754,115號(hào)U.S專利、Graham的第3,946,191號(hào)U.S專利、Hood et al的第4,004,125號(hào)U.S專利、Glatthorn的第4,327,269號(hào)U.S專利、和Kazlauskas的第4,427,868及4,476,367號(hào)U.S專利中公開(kāi)。雖然在先專利已經(jīng)公開(kāi)了各種帶有導(dǎo)向件的焊炬結(jié)構(gòu)，且已發(fā)現(xiàn)其中的導(dǎo)向件對(duì)將管子的端部焊接到管片上是很有用的，但是在這些焊接裝置中存在各種缺點(diǎn)和無(wú)法對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題。現(xiàn)在本發(fā)明已成功地解決了這些問(wèn)題。
本發(fā)明提供了一種適合于將管子端部快速焊接到管片上的改進(jìn)的軌道式焊接裝置或焊炬。在這種焊接操作中該裝置能使焊條相對(duì)于管子端部精確定位。
本發(fā)明包括一個(gè)含有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的導(dǎo)向焊炬體、一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)部件相連接并適合于用連續(xù)GTA(氣體保護(hù)鎢極弧焊)將管子焊接到管片上的焊條、和從焊炬體的下側(cè)向下延伸且適合于插入待焊管中以便將焊炬體和焊條相對(duì)于待焊管定位的導(dǎo)向頭單元。
導(dǎo)向頭通常是柱形的而且設(shè)有多個(gè)彈性安裝的凸形橫向凸起，例如彈簧支承的球，每個(gè)凸起在周向上和縱向上均與相鄰的凸起或球體留有一定間隔。這種彈性安裝的凸起既使在管子不完全是圓的情況下也能使導(dǎo)向頭在待焊管內(nèi)自動(dòng)地定中心?？梢酝ㄟ^(guò)在導(dǎo)向頭單元中所設(shè)的橫向開(kāi)口內(nèi)固定的壓縮彈簧將凸形凸起彈性安裝成成對(duì)對(duì)置的形式。每個(gè)凸起表面或球體從導(dǎo)向頭體外表面向外徑向延伸至少0.008英寸，最好是0.012-0.060英寸。
工作時(shí)，人工地將帶有多個(gè)彈性安裝的凸形凸起或球體的導(dǎo)向頭插入要焊到管片上的待焊管中，使彈性安裝表面牢固地與管子的內(nèi)表面接觸。這樣使得導(dǎo)向頭單元在彈性安裝表面的作用下精確地在管內(nèi)定中心。定中心要在將管端焊接到管片上之前完成。由于彈簧的作用，該裝置能適應(yīng)管子內(nèi)表面的變化。然后啟動(dòng)焊炬裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并用焊條在管端及管片之間進(jìn)行金屬電弧焊。
在一個(gè)變換實(shí)施例中，導(dǎo)向頭單元可以是具有多個(gè)橫向槽的實(shí)心柱體。此外，雖然在此參照簡(jiǎn)單的熔焊對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了顯示和說(shuō)明，但是其還可以與用添加焊絲的角焊一起使用。
本發(fā)明對(duì)于通常用于將外徑為約0.50-2.0英寸的金屬管焊接到管片上的焊機(jī)是很有用的。本發(fā)明對(duì)于將由黃銅、銅、碳鋼、不銹鋼、鈦合金制成的管子經(jīng)電弧焊焊接到管片上是有很用的。
本發(fā)明較好地提供了一種改進(jìn)的軌道型焊接裝置，其包含導(dǎo)向頭裝置，該裝置能使焊炬的氣體保護(hù)電極形成更精確的準(zhǔn)直定位，并且能將管子更迅速和更可靠地焊接到管片上。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，其中

圖1是按照本發(fā)明設(shè)置的軌道型管子焊接裝置底部的平面圖；圖2是表示帶有導(dǎo)向頭單元的軌道型焊接裝置的局部俯視圖，所說(shuō)的導(dǎo)向頭單元插在管子中并伸到用于焊接管子的工作位置上方；圖3是取自圖2中線3-3的局部剖面正視圖，其表示插入管子和在管內(nèi)定中心的導(dǎo)向頭；圖4、圖5和圖6分別是取自圖3中線4-4、5-5和6-6的導(dǎo)向頭單元的各剖面圖；和圖7是局部剖面正視圖，其表示設(shè)置在要焊接到管片上的管子中的導(dǎo)向頭的第二實(shí)施例。
如圖1和2所示，焊炬組件10包括帶有手柄13和內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)體14的主體單元12、包含氣體保護(hù)鎢極(或焊條)17的焊炬單元16、和從主體12的下側(cè)向下延伸的導(dǎo)向頭單元20。導(dǎo)向頭單元20通過(guò)定位器臂18與焊炬轉(zhuǎn)動(dòng)體14相連，定位器臂18上帶有從轉(zhuǎn)動(dòng)體14的中心線偏離的部分19，從而在焊條17和偏離部分19之間形成了水平距離(d)。距離(d)基本上等于要焊到管片32上的管子30的外半徑加上通常焊接側(cè)的偏移量，例如，千分之十(0.010)英寸。焊接裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)體和焊條單元在U.S專利3,946,191中有更詳細(xì)地描述，為了更完整地說(shuō)明本發(fā)明，在此引用該文件在需要時(shí)作為參考。
當(dāng)將導(dǎo)向頭單元20插入要用電弧焊接焊到管片32上的管子30上時(shí)，焊炬單元16的焊條17將環(huán)繞管端31的周圍移動(dòng)以便將管端壓密地焊接到管片32上。
參照?qǐng)D3，其表示導(dǎo)向頭單元20和管子30更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，將細(xì)長(zhǎng)的心軸22通過(guò)中心連接棒21連接到焊炬定位器臂18的延伸部分19上，棒21上帶有十字銷23，其插入一個(gè)橫向孔中，該孔與臂的延伸部19及中心對(duì)中棒21相交。中心棒21插入細(xì)長(zhǎng)心軸22的上端并通過(guò)下部的橫向銷25可旋轉(zhuǎn)地連接到細(xì)長(zhǎng)心軸22的上端，橫向銷25安裝在棒21的環(huán)形槽25a中。
圖4表示用于將中心連接棒21固定地和可拆卸地安裝到臂延伸部19上的結(jié)構(gòu)的放大剖面圖，而圖5表示將細(xì)長(zhǎng)的外部心軸22連接到中心連接棒21和焊炬組件10上的結(jié)構(gòu)。這種連接裝置允許在需要時(shí)將導(dǎo)向頭單元20從焊接裝置10上拆下。換句話說(shuō)，銷釘23和25以及凹槽25a可以在圖中所示銷釘23的位置上相結(jié)合，而且可以將中心連接棒21和心軸22做成一體。
細(xì)長(zhǎng)的心軸22上設(shè)有多個(gè)彈性安裝的凸形凸起或球體24，它們基本上沿心軸表面均勻地隔開(kāi)。這些球體最好是成組設(shè)置，每一組都通過(guò)設(shè)在橫向開(kāi)口27中的壓縮彈簧26進(jìn)行彈簧支承。每個(gè)橫向開(kāi)口27都具有其尺寸適于保持球體24的較小直徑部分27a，其使每個(gè)球能從心軸22的外表面徑向向外伸出0.008-0.060英寸。每個(gè)球都穿過(guò)心軸22外表面和管子30內(nèi)表面之間的間隙30a向外壓在管子30的內(nèi)壁上，由此使導(dǎo)向頭單元20與要焊接到管片32上的管子30形成了對(duì)中定位。最好是，使彈簧支承的球體24在心軸22的周向和縱向上彼此均勻隔開(kāi)。
如圖6所示，最好是將每組中的一個(gè)球24固定在一個(gè)較小的直徑部分27a上，27a在直徑方向上與螺紋件28相對(duì)，螺紋件28在橫向開(kāi)口27的另一端擰到擴(kuò)展的部分27b上。螺紋件28上設(shè)有較小的直徑部分28a用以保持它這一方的球24。
兩組彈簧支承的球24和螺紋件28沿心軸22的縱向隔開(kāi)一定距離，該距離最好在心軸外徑的約0.5和4.0倍之間的范圍內(nèi)。在導(dǎo)向頭20的心軸22內(nèi)至少使用四組最好使用六組至八組縱向上隔開(kāi)的彈簧支承球，相鄰組球的中心軸彼此成一角度A，該角度至少為30度，最好是45-90度。
心軸22通常用具有好的熱傳導(dǎo)性和機(jī)械特性的金屬制作，例如黃銅。球體24通常用具有好的耐磨性和硬質(zhì)的鋼制作。對(duì)于壓縮彈簧26而言，要選擇好彈性系數(shù)以使得導(dǎo)向頭容易插入待焊的鋼管中，也就是說(shuō)，彈簧不能太硬，而且要使導(dǎo)向頭單元在管子中具有合適的穩(wěn)定性，即彈簧不能太軟。壓縮彈簧最好是用耐熱材料如不銹鋼制作。
當(dāng)希望在管子30和環(huán)形管片32之間進(jìn)行線焊時(shí)，總是要用人工將焊接裝置10的導(dǎo)向頭單元20插入到管子30中，而且要將裝置10下降到使其與工件接觸。管子30的內(nèi)徑為0.020-0.040英寸，該內(nèi)徑大于心軸22的外徑，所以在多個(gè)彈簧支承的球體24的作用下可以使導(dǎo)向頭在管30中定中心，既使是管的內(nèi)側(cè)并不完全是圓的也沒(méi)有關(guān)系。因此，既使是管子有些不圓或是其直徑方向上有些不規(guī)則，導(dǎo)向頭20也同樣能使焊條17與管30的端部31精確對(duì)準(zhǔn)。然后通過(guò)對(duì)焊條17形成隋性氣體保護(hù)來(lái)操作焊炬，在焊條17尖端和管端31之間觸發(fā)電弧，然后焊接頭單元16在導(dǎo)向單元20周圍沿圓形軌跡旋轉(zhuǎn)以便熔化管端31并將它焊接到管片32上。
在本發(fā)明的一個(gè)變換實(shí)施例中，可以如圖7所示在導(dǎo)向頭單元上設(shè)置多個(gè)橫向凹槽。這個(gè)導(dǎo)向頭單元的實(shí)施例對(duì)那些待焊接管實(shí)際上是圓的且具有均勻壁厚的管子焊接領(lǐng)域是很有用的。導(dǎo)向頭單元40包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的心軸42，其借助于中心連接棒41安裝到臂延伸部19上，中心連接棒帶有一個(gè)上十字銷釘43。該中心棒41還插入細(xì)長(zhǎng)心軸42的上端且通過(guò)橫向銷釘45連接到細(xì)長(zhǎng)心軸42的上端，橫向銷釘45裝在棒44的環(huán)形槽45a中。細(xì)長(zhǎng)心軸42包含多個(gè)橫向槽44，它們有助于將導(dǎo)向頭40插入待焊接的管子50中，而且還有效地減小了導(dǎo)向頭單元的重量并改善了導(dǎo)向頭單元的空氣冷卻。按照縱向測(cè)量結(jié)果，通常每個(gè)凹槽44的寬度是0.12-0.15英寸，切去的徑向深度是約0.25英寸，而間隔為0.18-0.22英寸。要得到較好的結(jié)果，心軸42的直徑和管子50的內(nèi)徑之間的差值應(yīng)為0.003-0.005英寸。
下面將結(jié)合以下實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但其并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。實(shí)例1熱交換器帶有多個(gè)插入管片中以備將管端焊接到管片上的金屬管。將一個(gè)象Hobart550型這樣的但是具有本發(fā)明所述導(dǎo)向單元且包含六組彈簧支承球的軌道型焊接裝置插入到一個(gè)管子中，使電焊條完全對(duì)準(zhǔn)靠近管片開(kāi)口處的管端。啟動(dòng)焊接裝置以便在焊條和管子之間觸發(fā)電弧，并在管端和管片之間形成環(huán)繞的焊縫。然后卸下焊接裝置將其接著插入相鄰的管子，并繼續(xù)進(jìn)行焊接操作。下面列出了管子和焊接裝置的一些重要的典型特征管子內(nèi)徑(英寸) 0.500管子厚度(英寸) 0.030焊機(jī)導(dǎo)向器外徑(英寸)0.480焊接部位偏移(英寸) 0.010焊機(jī)導(dǎo)向器長(zhǎng)度(英寸)3焊機(jī)導(dǎo)向器偏移尺寸″d″(英寸) 0.290導(dǎo)向器和管子之間的間隙(英寸)0.010-0.020彈簧支承球的直徑(英寸) 0.125彈簧支承球徑向向外的最 0.030大運(yùn)動(dòng)量(英寸)在球最大壓縮情況下的彈簧力(1b) 4-6雖然廣泛地和以最佳實(shí)施例的形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是很明顯，可以對(duì)由下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明做出改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種軌道式焊接裝置，其適于將管子焊接到管片上，其特征在于，其包括外殼、轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼中且?guī)в斜Ｗo(hù)氣體型焊條的轉(zhuǎn)動(dòng)體、和從外殼的下部伸出的中心導(dǎo)向頭單元，所說(shuō)的導(dǎo)向頭單元帶有多個(gè)彈性安裝的橫向凸起，每個(gè)凸起都縱向隔開(kāi)并從導(dǎo)向外表面徑向向外伸出。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中每個(gè)所說(shuō)的橫向凸起都具有一個(gè)球形外表面。
3.如權(quán)利要求1所述的焊接裝置，其中將所說(shuō)的橫向凸起設(shè)置成多組沿導(dǎo)向頭單元縱向隔開(kāi)的球體，每組包括兩個(gè)由彈簧支承的球，其由橫向旋入導(dǎo)向頭單元中的部件保持定位。
4.如權(quán)利要求3所述的焊接裝置，其中所說(shuō)組的縱向間隔距離等于導(dǎo)向頭外徑的0.5-4倍。
5.如權(quán)利要求3所述的焊接裝置，其中沿導(dǎo)向頭單元的長(zhǎng)度等間隔地布置了4-8組凸起。
6.如權(quán)利要求3所述的焊接裝置，其中所說(shuō)的由彈簧支承的球體從導(dǎo)向體外表面徑向向外伸出的距離為0.008-0.050英寸。
7.如權(quán)利要求3所述的焊接裝置，其中每組相鄰球都有中心軸線，中心軸線彼此間的角度為30-90度。
8.一種焊接裝置，其適用于將管子焊接到管片上并且包括外殼、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼中且?guī)в斜Ｗo(hù)氣體型焊條的轉(zhuǎn)動(dòng)體、和從外殼的下側(cè)伸出的中心導(dǎo)向頭單元，所說(shuō)的導(dǎo)向頭單元帶有多組彈性安裝的球體，其通過(guò)橫向旋入導(dǎo)向頭單元的部件保持定位，其中每個(gè)球從導(dǎo)向頭外表面徑向向外伸出的距離為0.008-0.050英寸，將所說(shuō)的球設(shè)置成4-8組，各相鄰組彼此之間具有一定角度。
全文摘要
一種將管子焊接到管片上的軌道式焊接裝置。該焊接裝置包括外殼、可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)體、和從外殼下部伸出的導(dǎo)向頭單元。導(dǎo)向頭單元包括多個(gè)彈性安裝的凸形凸起，它們相對(duì)于導(dǎo)向頭單元在周向和縱向上隔開(kāi)。這些球安裝在導(dǎo)向單元的橫向開(kāi)口中。由彈簧支承的凸起可以使導(dǎo)向單元和焊接裝置能更快和更精確地在要經(jīng)電弧焊接到管片上的管子內(nèi)定中心。此外，具有多個(gè)橫向槽的導(dǎo)向頭單元可用于對(duì)實(shí)際上為圓形的管子進(jìn)行焊接。
文檔編號(hào)B23K37/04GK1124187SQ9510767
公開(kāi)日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1995年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月26日
發(fā)明者盧卡斯·H·馮·賴恩 申請(qǐng)人:福斯特惠勒能源公司