一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置的制作方法

本技术涉及风电塔筒领域，特别是涉及一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置。

背景技术：

1、塔筒是风力发电机组的核心支撑结构，主要功能是将风轮和机舱支撑到满足发电需求的高空高度，同时承受机组运行时的多重载荷，确保整个风力发电系统稳定、安全运行，塔筒在组对过程中需对筒体进行焊接。

2、焊接时，焊缝及附近20-50mm的热影响区温度急剧升高，金属原子间距增大，产生显著的热膨胀趋势，但由于热影响区外侧的塔筒母材温度较低(处于常温或低温状态)，刚度远大于高温软化的焊缝区，会限制焊缝区的自由膨胀，此时焊缝区被周围冷态母材挤压，产生瞬时压应力，但因高温下金属塑性好，会先发生塑性压缩变形；焊接结束后，焊缝区开始冷却，金属原子间距缩小，产生收缩趋势。但此时焊缝区已从高温软化状态恢复刚性，无法像加热时那样自由压缩，外侧冷态母材会阻碍焊缝区的收缩，导致焊缝区被周围母材牵拉，产生残余拉应力，为平衡这一拉应力，塔筒结构会向阻力最小的方向，从而发生应力变形。

3、鉴于塔筒焊接过程中应力变形问题对塔筒质量和使用性能有着重要影响，为有效降低大直径塔筒焊接时产生的应力变形现象，保障塔筒制造精度与结构可靠性，现提出一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置。

技术实现思路

1、本实用新型主要解决的技术问题是提供一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置，便于降低塔筒焊接时产生的应力变形。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置，包括：地轨、自调心滚轮架、焊接十字操作机和两节筒体，所述自调心滚轮架在地轨上移动，其中一个所述筒体的一侧架设有分段式保温机构，另一所述筒体的一端架设有振动式应力消除机构；

3、所述分段式保温机构包括l形支架和弧形支撑架，所述弧形支撑架的外壁间隔设有若干个连接筋，所述连接筋的一端与l形支架连接，所述弧形支撑架的内侧设有可调式分段保温组件；

4、所述可调式分段保温组件包括间隔设置的三个弧形保温壳体，中间所述弧形保温壳体的两端分别连接有风琴保温罩，所述风琴保温罩相反的一端分别与另外两个弧形保温壳体的一端连接，还包括间隔设置且分别驱动对应弧形保温壳体同步往返运动的伸缩杆件；

5、中间所述弧形保温壳体的内侧安装有中温电加热丝，靠近所述焊接十字操作机焊接头方向的弧形保温壳体的内侧安装有高温电加热丝，靠近所述l形支架的弧形保温壳体的内侧安装有低温电加热丝。

6、通过采用上述技术方案，弧形支撑架紧密贴合筒体表面，同时通过三个弧形保温壳体间隔设置，分别对筒体不同区域进行有针对性的保温，并根据焊接过程中不同位置的温度需求和热影响范围，对每个保温壳体进行独立控制和调整，减少温度梯度，避免因局部温度过高或过低而产生的热应力，从而有效降低焊接应力变形，提高焊接质量，此外，在伸缩杆件驱动弧形保温壳体运动时，风琴保温罩能够随之伸缩，填补保温壳体之间的间隙，保证整个保温区域的密封性和连续性，防止热量散失，进一步减少温度变化对焊接应力的影响，提高焊接结构的稳定性，而不同位置电加热丝为筒体的不同区域提供适中的温度，高温段防止焊缝快速冷却导致的马氏体组织转变，中低温段实现温度平稳过渡，降低残余拉应力的峰值，最终减少因冷却不均导致的筒体椭圆度超差、局部凹陷等变形，通过梯度加热控制焊缝及热影响区的冷却速度，且将焊缝自然冷却至常温50℃以下后，自调心滚轮架将焊缝位置调节至振动式应力消除机构对应位置，随后通过特定频率和振幅的振动作用于筒体，促使金属内部的晶粒发生微观层面的重新排列和运动，使残余应力得到释放和松弛，通过振动作用，可以打破金属内部因焊接产生的应力平衡状态，使应力以更加均匀的方式重新分布，从而有效降低焊接残余应力。

7、本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述伸缩杆件包括安装在弧形支撑架表面上的电动推杆，所述电动推杆的一端与弧形保温壳体的表面连接，所述弧形保温壳体的一侧安装有连接板一，所述连接板一上设有导向杆一，所述弧形支撑架的一侧安装有连接板二，所述连接板二上安装有导向套，所述导向杆一的一端滑动穿设在导向套内。

8、通过采用上述技术方案，在焊接过程中，根据预先设定的程序或实时监测到的焊接需求，电动推杆能够接收控制系统的指令，通过自身的伸缩运动，直接带动弧形保温壳体进行往返移动，以根据不同的焊接阶段和筒体规格，精确调整弧形保温壳体的位置，使弧形保温壳体适应不同的焊接工况和筒体尺寸，在电动推杆推动弧形保温壳体运动时，导向杆一只能在导向套内进行直线滑动，从而精确控制弧形保温壳体的运动行程，从而精确控制弧形保温壳体的运动行程。

9、本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述振动式应力消除机构包括龙门架和对称设置在其内侧的弧形应力消除组件，所述龙门架的两侧分别连接有驱动弧形应力消除组件往返移动的伸缩杆装置，所述弧形应力消除组件包括两个弧形板，所述弧形板相向一侧之间间隔安装有若干个连接板三，所述连接板三上分别安装有振动缸，所述振动缸的伸出端延伸至弧形板的内侧且安装有u形板，所述u形板的内侧转动连接有滚轮。

10、通过采用上述技术方案，龙门架横跨在大直径塔筒上方，能够承受弧形应力消除组件、伸缩杆装置等部件的重量以及振动过程中产生的各种力，确保机构在运行过程中保持稳定，不发生倾斜或晃动，弧形应力消除组件从两个方向同时对大直径塔筒的焊接区域进行作用，扩大了应力消除的作用范围，使振动力量在塔筒上均匀分布，避免因单侧振动而导致的塔筒受力不均，减少因振动引起的额外变形，伸缩杆装置驱动弧形应力消除组件沿塔筒往返移动，通过调整移动行程以调整弧形应力消除组件的位置，确保振动能够及时、有效地作用于新产生的焊接应力部位，且在伸缩杆装置伸出后，弧形板贴合在塔筒表面，滚轮与塔筒表面接触，振动缸按照预定的频率和振幅产生振动力量，并作用于塔筒表面，实现对焊接应力的消除，同时，滚轮的转动可以减少与塔筒表面之间的摩擦，避免因摩擦力过大而损伤塔筒表面或影响振动效果。

11、本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述伸缩杆装置包括安装在龙门架侧壁上的电动缸，所述电动缸的伸出端连接有u形座，所述u形座安装在弧形板之间，所述电动缸的上方和下方滑动穿设有导向杆二，所述导向杆二的一端分别连接有安装座，所述安装座分别连接在弧形板之间。

12、通过采用上述技术方案，电动缸调节其伸出端位移量，驱动弧形应力消除组件到达指定位置，并以合适的力度对塔筒焊接区域施加振动，确保应力消除效果均匀，在此同时，导向杆二为弧形应力消除组件的移动提供了精确的导向作用，确保弧形板在电动缸的驱动下只能沿着导向杆二的方向做直线往返运动，避免了因运动方向偏差而导致的弧形板与塔筒表面接触不良或与其他部件发生干涉的问题。

13、本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述弧形保温壳体的横截面为梯形。

14、通过采用上述技术方案，直径塔筒通常具有较大的弧度，梯形横截面的弧形保温壳体在设计上能够更好地与塔筒的曲面相贴合，其上窄下宽的梯形结构，使得弧形保温壳体在包裹塔筒时，能够更紧密地沿着塔筒的轮廓分布，减少保温壳体与塔筒表面之间的间隙，有效减少热量散失的通道，防止外界空气进入保温区域，从而提高保温效果。

15、综上所述，本实用新型包括以下至少一种降低大直径塔筒焊接应力变形的焊接装置有益技术效果：

16、1、通过分段式保温机构，利用三个横截面为梯形的弧形保温壳体，配合不同温度的电加热丝，针对筒体不同区域实施精准梯度保温，同时在伸缩杆件驱动弧形保温壳体运动时，风琴保温罩随之伸缩填补间隙，保证保温区域密封连续，减少温度梯度，避免局部温度过高或过低产生热应力，有效降低焊接应力变形，提高焊接质量。

17、2、通过电动缸驱动弧形应力消除组件到达指定位置，并配合振动缸以合适力度对塔筒焊接区域施加振动，提高应力消除效果，且滚轮转动连接在振动缸伸出端的u形板上，在振动消除应力时，可减少与塔筒表面摩擦，避免损伤表面或影响振动效果。