一种螺旋焊管外焊缝焊接装置及方法与流程

本发明涉及焊接，尤其是涉及一种螺旋焊管外焊缝焊接装置及方法。

背景技术：

1、在气体绝缘金属封闭输电线路的壳体制造中，5754系铝合金因具有良好的导电率和综合力学性能，被广泛应用于制造壳体核心部件——螺旋焊管。螺旋焊管是将铝合金带材按一定的成型角连续卷压，使带材弯曲成螺旋坯管，坯管边沿形成螺旋线接边，再将螺旋线接边焊接而成。相较于直缝焊管，螺旋焊管具有生产效率高、焊缝应力低等突出优点。

2、目前，高压电器行业铝合金螺旋焊管的外焊缝焊接主要采用单把tig焊加丝焊接工艺。该工艺以钨极作为非熔化电极，在惰性气体的保护下，通过钨极与工件之间产生的电弧熔化母材和填充焊丝，从而实现焊缝的连接。由于tig焊具有电弧稳定、焊缝成形美观、热影响区小等优点，长期以来被广泛应用于铝合金薄板及管材的焊接。

3、然而，铝合金材料本身具有特殊的物理，液态铝对氢具有极高的溶解度，而固态铝的氢溶解度极低，在熔池快速凝固过程中，溶解的氢气来不及逸出，容易形成气孔缺陷。

4、因此，采用单把tig焊加丝焊接铝合金螺旋焊管外焊缝时，容易产生气孔和夹渣等内部缺陷。上述缺陷导致焊后焊缝内部质量难以保证，经超声波探伤、x射线探伤等无损检测时，常出现气孔、针孔、未熔透等超标缺陷，焊缝一次合格率偏低。焊缝质量问题不仅影响壳体的密封性能和承压能力，更直接关系到特高压输电线路的运行稳定性和安全性。因此，亟需开发一种新的铝合金螺旋焊管外焊缝焊接装置，以克服现有缺陷。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有铝合金螺旋焊管外焊缝焊接中气孔、夹渣、未熔透等缺陷导致的一次合格率偏低的问题，提供一种螺旋焊管外焊缝焊接装置及方法，以实现内外焊缝有效融合、提高焊接质量与生产效率。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种螺旋焊管外焊缝焊接装置，包括第一焊接装置和第二焊接装置。第一焊接装置被配置为对螺旋焊管的外焊缝进行熔透焊接，使外焊缝与内焊缝融合；第二焊接装置被配置为在第一焊接装置完成熔透焊接后，对外焊缝表面进行填丝熔焊；其中，第一焊接装置与第二焊接装置沿同一焊缝路径先后串行工作。

4、如此设置的优势在于：传统仅从外侧单面焊接的方案中，电弧热量需穿透整个板厚才能到达根部，而铝合金导热系数约为钢的3~4倍，热量沿板面方向散失极快，导致根部实际获得的热输入不足，母材未能充分熔化，内焊缝与外焊缝之间形成未熔透界面。而本方案中第一焊接装置以较大的热输入对接边进行熔透焊接，使电弧直接作用于接边根部区域，母材金属充分熔化并形成熔池，熔池贯穿板厚与内侧已焊焊缝金属发生冶金结合，从而在根部建立起连续、致密的金属连接；

5、接着，第一焊接装置完成熔透后，焊缝表面往往存在两类问题：一是熔池凝固过程中，液态铝对氢的溶解度极高而固态铝极低，熔池快速冷却时氢气来不及逸出，在焊缝表层形成气孔、针孔；二是熔透焊接以穿透为主，焊缝余高难以精确控制，表面成型不够均匀。本方案中第二焊接装置在熔透焊缝的基础上进行填丝熔焊，一方面通过tig电弧对已凝固的焊缝表层进行二次重熔，使表层气孔、针孔中的气体有机会逸出，同时填充焊丝补充金属，消除表面凹陷和咬边；另一方面，填丝量可精确控制，使焊缝余高被调控在2mm以内，实现余高的一致性；

6、而若将熔透与填丝合并为一道工序，焊接参数需同时兼顾熔透深度与表面成型，二者往往相互制约：增大电流以保证熔透，则热输入过大，易导致焊缝表面下塌、余高不足；减小电流以改善表面成型，则熔透不足，根部未融合。本发明将两个目标解耦，由第一焊接装置专司熔透、第二焊接装置专司表面成型，各自在最优参数区间工作，从而同时实现根部熔透与表面美观，避免了单一工序中参数折衷带来的质量损失。

7、优选地，第一焊接装置为机械手焊枪。进一步优选地，第一焊接装置为水冷焊接机械手。

8、如此设置的优势在于：用水冷焊接机械手，保证长时间焊接不过热，水可以循环冷却，焊接质量得到保证。

9、优选地，第二焊接装置包括焊丝和tig焊枪。

10、如此设置的优势在于：tig焊枪在填丝的同时对焊缝表面进行熔焊，可有效改善焊缝表面成型，消除针孔、气孔等表面缺陷，并使焊缝余高保持一致。

11、进一步地，焊接装置还包括焊缝跟踪单元，用于实时检测焊缝位置，并引导第一焊接装置和/或第二焊接装置沿焊缝路径移动。

12、如此设置的优势在于：通过焊缝跟踪单元，焊枪可随螺旋焊缝的实际路径自动微调，保证焊接精度，减少人工干预。

13、进一步地，焊接装置还包括视觉监控单元，视觉监控单元包括无线耐高温摄像头，用于采集焊接区域的实时图像。

14、如此设置的优势在于：操作人员可通过可视化控制台远程查看焊接状态，及时调整焊接参数，减少近距离操作带来的健康风险，同时提高焊接过程的可控性。

15、进一步地，焊接装置还包括龙门自动升降设备，第一焊接装置和第二焊接装置安装于龙门自动升降设备上，用于调节第一焊接装置和第二焊接装置的高度位置。龙门自动升降设备包括连接第一焊接装置和第二焊接装置的连杆，连杆被配置为沿螺旋焊管的轴向延伸；以及基座，连杆被设置为可沿基座位移而使连杆上的第一焊接装置和第二焊接装置适应不同直径的螺旋焊管。

16、优选地，连杆与基座之间通过丝杠装置连接。丝杠装置包括：丝杠，相对于连杆垂直设置，转动连接在基座上；丝杠螺母，连接在丝杠上，并与连杆连接；以及动力源，输出转动载荷，其输出端连接丝杠。

17、如此设置的优势在于：通过丝杠传动，可实现焊接装置高度的精确、平稳调节，适应不同管径的螺旋焊管生产需求。

18、优选地，焊接装置适用的螺旋焊管的最大外径为1320mm，最大壁厚为12mm。

19、如此设置的优势在于：该技术方案突破了现有焊接装置在大直径、大壁厚螺旋焊管生产中的限制，拓展了螺旋焊管的应用范围。

20、第二方面，本发明提供一种螺旋焊管外焊缝焊接方法，包括以下步骤：

21、步骤一：将螺旋焊管置于焊接工位；

22、步骤二：控制第一焊接装置沿外焊缝对外焊缝进行熔透焊接，使外焊缝与内焊缝融合；

23、步骤三：在步骤二完成后，对外焊缝表面进行填丝熔焊；

24、其中，步骤二与步骤三为先后串行执行。

25、优选地，在步骤二和/或步骤三中，实时获取焊缝位置，调整焊接输出端的坐标。即通过激光焊缝跟踪仪实时检测焊缝位置，引导焊枪自动微调，保证焊接路径与焊缝实际位置一致，提高焊接精度。

26、优选地，在步骤二和/或步骤三中，采集焊接区域图像，并传输至可视化控制台供操作人员远程监控。即通过无线耐高温摄像头采集焊接区域图像，操作人员可在控制台远程监控焊接过程，及时调整焊接参数，减少现场操作人员数量，降低健康风险。

27、优选地，外焊缝的余高控制在2mm以内。通过第一焊接装置的熔透焊接与第二焊接装置的填丝熔焊相配合，可精确控制焊缝余高，使焊缝表面平整美观，无需后续打磨处理，减少打磨材料和人工消耗，降低生产成本。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、1、焊接质量显著提升：采用第一焊接装置熔透焊接与第二焊接装置填丝熔焊串行作业，有效解决了内外焊缝未融合、气孔、针孔、夹渣等缺陷，探伤合格率由55%~65%提高至92%~97%。

30、2、焊缝成型美观：外焊缝余高控制在2mm以内，焊缝表面平整，无需专门打磨修整，减少了打磨人员及打磨材料的消耗，降低了生产成本。

31、3、适应大直径、大壁厚螺旋焊管生产：通过龙门自动升降设备及丝杠调节机构，可适应不同管径的螺旋焊管，最大外径达1320mm，最大壁厚达12mm，突破了现有焊接装置的生产瓶颈。

32、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。