一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置

1.本发明属于材料加工工程中的焊接技术领域，涉及一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置。


背景技术：

2.焊接过程中，工件会不可避免的产生残余应力造成工件产生变形影响正常使用。因为焊接是一种短时间内温度急剧升高的技术，所以在温差极大时，工件内部组织在转变过程中便产生了组织应力，冷却越快其组织应力越大。在焊接时，进行焊前预热和焊后缓冷可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差，这样可以达到减少焊接应力和降低焊接应变速率的目的，最终避免了工件变形和焊接裂纹的产生。是否预热焊件、预热温度不仅和被焊材料和焊条的化学成分有关，与焊接方法、温度环境也有这密切联系。进行焊前预热可以延长热影响区的冷却时间，有效地调整和控制残余应力与变形的发生，提高焊接接头抗裂性能，降低焊接应力，最大限度的发挥材料的性能。进行焊后缓冷是为了降低焊缝的冷却速度，能使焊缝中氢扩散出来，防止接头生成淬硬组织，产生冷裂纹。
3.专利cn113042866 a公开了一种电弧焊焊前预热的装置，提供了一种喷头，包括外喷头罩201和内喷头罩202，但是两者是固定在一起的，无法活动，只能通过喷孔203发出火焰，无法灵活调节，应对不同的预热情况；按照这个装置的设计，可以实现预热，也可以实现缓冷，但只能实现预热和缓冷的一个功能，无法同时使用。
4.因此，研究一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，以应对不同情况下的焊前预热和焊后缓冷，具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置；
6.为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
7.一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，包括连接管和喷头，喷头包括外喷头罩和内喷头罩，内喷头罩上开设有若干个喷孔，外喷头罩和内喷头罩之间无连接；外喷头罩的小端套在连接管上；
8.连接管位于外喷头罩内的部分开设有燃气喷口，同时连接管通过插入其中的连接件与内喷头罩的小端连接；连接件在连接管内的插入深度d可调，其插入深度为a时外喷头罩和内喷头罩之间存在一定的间隙，其插入深度由a增大至b时外喷头罩和内喷头罩之间无间隙，同时燃气喷口未被连接件封闭；
9.电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置还包括控制阀，控制阀用于控制喷孔开启和关闭；
10.本发明设计的由外喷头罩和内喷头罩组成的喷头可以通过二者的配合实现预热及缓冷火焰的形态调节，气体可以仅从外喷头罩和内喷头罩之间的间隙喷出，也可以仅从
喷孔喷出，也可以同时从外喷头罩和内喷头罩之间的间隙以及喷孔喷出，这样可以使得工具使用者的施工工艺选择性更多。
11.作为优选的技术方案：
12.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，外喷头罩的小端通过沉头螺钉与连接管连接；沉头螺栓顶住连接管通过压力或摩擦力不让外喷头罩从连接管上滑下。
13.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，连接件为一字螺钉，又称开槽圆柱头螺钉，一字螺钉的头部与内喷头罩的小端连接，杆部插入连接管内，并与其螺纹连接。
14.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，控制阀包括耐高温塞子，耐高温塞子用于插入内喷头罩内封闭喷孔，内喷头罩上设有半球形卡扣，耐高温塞子设有用于与半球形卡扣配合的卡槽；耐高温塞子通过卡槽和半球形卡扣与内喷头罩可拆卸地连接；当耐高温塞子和内喷头罩连接时，喷孔处于关闭状态；当耐高温塞子和内喷头罩断开连接时，喷孔处于开启状态。
15.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，外喷头罩由共轴的中空圆台和中空圆柱i构成，中空圆台的大端直径与中空圆柱i相同，中空圆台的大端与中空圆柱i连接，外喷头罩的小端为中空圆台的小端；内喷头罩由共轴的罩体和中空圆柱ii构成；外喷头罩与内喷头罩共轴。
16.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，所述一定的间隙大于0且小于8mm，这个距离决定燃气流量的大小；连接管的内径为14mm；外喷头罩的大端直径为96mm，小端直径20mm；内喷头罩的大端直径为82mm。
17.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置还包括焊接机器人臂、固定架、两个固定器和两根金属导管；焊接机器人臂上配有焊头，焊接机器人臂与固定架连接；固定架水平放置；
18.连接管、喷头和控制阀共两组，对称或不对称分布在固定架的两侧，外喷头罩的小端在上，大端在下；两个喷头中一个为预热喷头，另一个为缓冷喷头；本发明设计的预热喷头和缓冷喷头在设计上无区别，焊接中预热和焊接两种工序分开使用，但由于这两种手段被分开使用，可能会出现一些意外状况，比如焊接过后，使用缓冷装置时焊缝温度已经过低，错过了缓冷的工艺窗口时间，缓冷技术已经失效；将预热喷头、缓冷喷头组合在一种装置上可以减少客观因素造成焊接工艺不达标的风险；
19.两根连接管分别穿过两个固定器，且与其固定连接；两个固定器对称或不对称分布在固定架的两侧，且各通过一根金属导管与固定架连接；金属导管与固定架可伸缩地连接；
20.本发明设计的固定器使预热喷头、缓冷喷头可以径向旋转，多角度对施工工件进行焊接预热，增加了使用灵活性；
21.本发明设计的金属导管可以调节预热喷头和缓冷喷头沿径向的伸缩长度，方便调节焊接预热和焊后缓冷的工作方式，这样增加了焊接工艺的选择性，减少了人为因素的干扰，确保产品质量工艺合格；金属导管的伸缩范围为0～300mm。
22.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，焊接机器人臂与固定架通过沉头螺栓连接；连接管与固定器通过螺栓固定连接；固定器与金属导管通过十字螺钉固定连
接；可伸缩地连接是指金属导管嵌入固定架内，通过六角螺栓固定，使用时金属导管嵌入固定架内，按照焊接预热缓冷的工况条件进行任意的伸长或缩短来调整工艺，在选取好距离后采用六角螺栓来固定金属导管与固定架的相对位置。
23.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置还包括气体分流阀、总管、电磁总阀门、供气瓶和气压表；两根连接管同时与总管连接，连接处安装气体分流阀，气体分流阀上设有两枚旋钮，分别用于控制两根连接管内部的燃气流量；总管与供气瓶连接，电磁总阀门安装在总管上，气压表安装在供气瓶上；本发明设计的气体分流阀可以通过控制燃气流量的大小来控制喷头处的火焰大小，对焊接工艺类型起到拓展作用。
24.如上所述的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，供气瓶为钢瓶。
25.有益效果
26.(1)本发明的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置，热源采用的是高压液化气体，这种热源储存成本低，运输方便；
27.(2)本发明的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的喷头可以随着施工环境的不同而固定到不同的位置，自由度高；喷头分内外两种，这两种设计样式可以保证预热缓冷的均匀进行；此装置的内外喷头组成了两种燃料泄出口(喷孔与圆周喷孔)，根据具体焊接调节可以自由选择使用的喷孔类型，其中圆周喷孔的泄出口大小可以调节，进而改变燃气通过的流量，来实现火焰形态的控制，灵活地改变预热范围；
28.(3)本发明设计的是直线型预热缓冷装置，在施工过程中，无论对竖直焊缝还是水平焊缝，机械臂可以带着整个预热缓冷装置进行直线往复运动；
29.(4)本发明将喷头通过金属导管、固定架，和焊接机器人臂组合在一块，减少设备的占用位置，装置简单易于维护；且这种组合可调节喷头与焊枪间的距离，根据焊接不同材料的需要，通过金属导管轻松的改变焊接工位间的距离，实现预热、缓冷的工艺需要；
30.(5)本发明的喷头不需要很多的数量可以实现较大面积的预热、缓冷，减少燃气、材料资源的浪费，且从总体工艺角度来看，更加高效；
31.(6)本发明的内喷头或外喷头的零件可以自由更换，维护更加方便。
附图说明
32.图1为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置整体的结构示意图；
33.图2为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置中部分组件的放大图；
34.图3为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的部分组件在焊接时的使用方法示意图；
35.图4～5为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的焊前预热和焊后缓冷喷头的结构示意图；
36.图6～8为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的耐高温塞子的结构示意图；
37.图9为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的气体分流阀的放大结构图；
38.图10为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的固定器的放大就构图；
39.图11为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的耐高温阀和内喷头罩的连接关系的剖视图；
40.图12为本发明一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置的耐高温阀和内喷头罩的连接关系示意图；
41.图13为图12的a处的局部放大图；
42.图14为图12的b处的局部放大图；
43.其中，1-基板，2-外喷头罩，3-螺栓，4-固定器，5-连接管，6-十字螺钉，7-金属导管，8-六角螺栓，9-固定架，10-沉头螺栓，11-焊接机器人臂，12-焊头，13-气体分流阀，14-电磁总阀门，15-供气瓶，16-旋钮，17-燃气喷口，18-喷孔，19-内喷头罩，20-半球形卡扣，21-耐高温塞子，22-一字螺钉，23-圆周喷孔，24-卡槽，25-沉头螺钉。
具体实施方式
44.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
45.一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷装置，如图1～14所示，包括焊接机器人臂11、固定架9、两个控制阀、两个连接管5、两个喷头、两个固定器4、两根金属导管7、气体分流阀13、总管、电磁总阀门14、供气瓶15和气压表24；
46.喷头包括外喷头罩2和内喷头罩19；外喷头罩2由共轴的中空圆台和中空圆柱i构成，中空圆台的大端直径为96mm，与中空圆柱i相同，中空圆台的大端与中空圆柱i连接，外喷头罩2的小端为中空圆台的小端，小端直径20mm；内喷头罩19由共轴的罩体和中空圆柱ii构成，内喷头罩19的大端直径为82mm；外喷头罩2与内喷头罩19共轴；内喷头罩19上开设有若干个喷孔18，外喷头罩2和内喷头罩19之间无连接；外喷头罩2的小端套在连接管5上，通过沉头螺钉25与连接管5连接；
47.连接管5的内径为14mm；连接管5位于外喷头罩2内的部分开设有燃气喷口17，同时连接管5通过插入其中的连接件与内喷头罩19的小端连接；连接件为一字螺钉22，一字螺钉22的头部与内喷头罩19的小端连接，杆部插入连接管5内，并与其螺纹连接；连接件在连接管5内的插入深度d可调，其插入深度为a时外喷头罩2和内喷头罩19之间存在一定的间隙(即外喷头罩2和内喷头罩19之间形成圆周喷孔23)，所述一定的间隙大于0且小于8mm，其插入深度由a增大至b时外喷头罩2和内喷头罩19之间无间隙，同时燃气喷口17未被连接件封闭；
48.控制阀包括耐高温塞子21，耐高温塞子21用于插入内喷头罩19内封闭喷孔18，内喷头罩19上设有半球形卡扣20，耐高温塞子21设有用于与半球形卡扣20配合的卡槽24；控制阀用于控制喷孔18开启和关闭；
49.焊接机器人臂11上配有焊头12，焊接机器人臂11与固定架9通过沉头螺栓10连接；固定架9水平放置；
50.两个连接管5、两个喷头和两个控制阀，都分别分布在固定架9的两侧，外喷头罩2的小端在上，大端在下；两个喷头中一个为预热喷头，另一个为缓冷喷头；
51.两根连接管5分别穿过两个固定器4，且与其通过螺栓3固定连接；两个固定器4分布在固定架9的两侧，且各通过一根金属导管7与固定架9连接；固定器4与金属导管7通过十字螺钉6固定连接；金属导管7嵌入固定架9内，通过六角螺栓8固定；
52.两根连接管5同时与总管连接，连接处安装气体分流阀13，气体分流阀13上设有两枚旋钮16，分别用于控制两根连接管5内部的燃气流量；总管与供气瓶15连接，电磁总阀门14安装在总管上，气压表24安装在供气瓶15上，供气瓶15为钢瓶。
53.现有技术在使用焊接机器人焊接金属板材时，通过提前在机械装置上安装的喷火嘴进行预热或缓冷，或者只是单一的使用预热喷头或者缓冷喷头在工件上进行施工，不能改变火焰的影响范围，容易产生预热或缓冷的范围面积不够，造成残余应力高、裂纹增多的问题，而采用本发明的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置，在相同的情况下，选择单独使用圆周喷孔23，逆时针旋转内喷头罩19上的一字螺钉22使内喷头罩19径向伸出，当内喷头罩19相较于外喷头罩2的大端面为基准，伸出8mm时停止旋转一字螺钉22，内喷头罩19的最大伸出长度为8mm，也是圆周喷孔23可启用的最大值，内喷头罩19的半球形卡扣20通过滑入耐高温塞子21的卡槽24，滑入后顺时针旋转45
°
，将耐高温塞子21固定在内喷头罩19上，实现对喷孔18的封闭，通过调整气体分流阀13上旋钮16指向的刻度，来控制燃气通过连接管内部的流量的大小。由于是大范围预热，旋钮16应选择最大的刻度，让可燃气体通过的流量最大。根据施工工件所需要的预热和缓冷条件，通过改变金属导管7的长度控制预热和缓冷装置间的相对距离，金属导管7可以伸展的范围是0mm～300mm。考虑到圆周喷孔23在预热缓冷时的作用面积较大所以推荐设置金属导管7以最大伸长量100～300mm来施工，然后设置焊接机器人的运行路径，使焊接机器人臂与基板1上的工件相对应，打开供气瓶15的开关，然后打开电磁总阀门14，最后打开气体分流阀13，让可燃气体从两根不锈钢连接管流通，最后从末端的燃气喷口17喷出，并用明火点燃可燃气体，进行焊前预热和焊后缓冷作业，最终所获得的焊接后的工件与现有技术的焊接后的工件相比，工件的预热、缓冷的作用面积更大，节省了协调不同设备时浪费的时间，焊接效率提升，减小了焊接后工件的残余应力。
54.现有技术在焊接小型工件或焊缝较小的工件时时，通过使用额外的机械，在机械上设置一组或多组喷火嘴对工件进行预热或者缓冷，容易产生预热、缓冷设备操作过于繁杂使用不便、准备时间过长和喷火嘴过多检修麻烦问题，而采用本发明的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置，在相同的情况下，选择单独使用喷孔18，顺时针旋转内喷头罩19上的一字螺钉22使内喷头罩19径向缩回，直至一字螺钉22无法在顺指针旋转，这时圆周喷口23因可燃气体流通被阻断而停止使用，通过调整气体分流阀13上旋钮16指向的刻度，用来控制燃气通过连接管内部的流量的大小。由于是小范围预热可以选择较小刻度，减少可燃气体的流量，做到环保、节省。根据喷孔18小范围预热、缓冷的特点，金属导管7不宜过于伸长。过于伸长会导致在焊头12焊接时板材预热温度不够，以及在焊头12焊接完成后过长的金属导管7会使得缓冷部分还没用到，焊缝就先一步冷却。金属导管伸缩范围是0～300mm，在使用喷孔18焊接时金属导管7推荐的伸长的长度为0～100mm，然后设置焊接机器人的运行路径，使焊接机器人臂与基板1上的工件相对应，打开供气瓶15的开关，然后打开电磁总阀门14，最后打开气体分流阀13，让可燃气体从两根不锈钢连接管流通，最后从末端的燃气喷口17喷出，并用明火点燃可燃气体，进行焊前预热和焊后缓冷作业，最终所获得的焊接后
的工件与现有技术的焊接后的工件相比，工件的硬脆组织少、焊接裂纹少。生产工件的效率得到了提高。
55.现有技术在金属板材需要焊接多道搭接工艺制备时，通过现有的喷火嘴对多道焊缝和焊缝周围的热影响区进行预热、缓冷，容易产生大型金属板材在焊接前的预热慢、而焊接过后焊缝冷却快问题，而采用本发明的一种电弧焊焊前预热和焊后缓冷的装置，在相同的情况下，同时使用圆周喷孔23与喷孔18。逆时针旋转内喷头罩19上的一字螺钉22使内喷头罩19径向伸出。当内喷头罩19相较于外喷头罩2的大端面为基准，伸出8mm时停止旋转一字螺钉22。逆时针旋转45
°
取下内喷头罩19内部安装的耐高温塞子21，启用喷孔18。气体分流阀13上旋钮16选择最大刻度。为了兼顾预热、缓冷范围广和达到足够的预热、缓冷温度，金属导管不易过长和过短。推荐金属导管伸长的长度为75～175mm，然后设置焊接机器人的运行路径，使焊接机器人臂与基板1上的工件相对应，打开供气瓶15的开关，然后打开电磁总阀门14，最后打开气体分流阀13，让可燃气体从两根不锈钢连接管流通，最后从末端的燃气喷口17喷出，并用明火点燃可燃气体，进行焊前预热和焊后缓冷作业，最终所获得的焊接后的工件与现有技术的焊接后的工件相比，工件的多道搭接的金属板材综合性能优异提高了焊接接头的抗裂性，残余应力小、工件内部的硬脆组织少、焊接裂纹少。