CN205129125U - 一种堆焊设备及其自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种堆焊设备及其自动控制系统，包括主体设备，滑动导轨，机械臂，支架，所述滑动导轨上连接有滑块，所述机械臂包括滑块、连杆、和旋转凸台，所述滑块下端固定有连杆，所述机械臂上的连杆共有3段，上端一段固定连接滑块，下端连接有旋转凸台，所述旋转凸台与下端连杆连接部分可以自由转动，旋转凸台上固定安装有焊枪、超声波探伤仪探头和氧-乙炔枪头，所述焊枪上连接有送丝机构、送焊剂机构、冷却水系统和控制线。通过对现有低成本的堆焊设备进行改进，克服了现有设备的不足，使得被焊物完全能满足技术要求，通过把堆焊设备实现自动化，可对被焊物进行自动打磨、清洁、施焊、探伤和加热，大大节省了人力资源，且精确度高，效率高。

Description

一种堆焊设备及其自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及焊接设备领域，特别涉及一种堆焊设备及其自动控制系统。

背景技术

大型辊轴在使用过程中会因为局部强度变化大而造成轧辊出现磨损、崩坑、轧辊表面出现裂纹、轧辊断裂、轧辊硬度不均匀等损坏现象，从而导致轧辊报废，特别是在冷轧钢厂和连铸钢厂中经常出现此类现象。由于辊轴均采用特种钢材，而特种钢材都是经过锻造和复杂的热处理过程制造而成，价格较高，每年钢厂中的辊轴损耗量巨大，之后又因不能修复或者修复后达不到原有性能而报废，这给我国冶金行业造成重大的经济损失。现有堆焊设备中，价格较低的设备由于技术要求达不到要求而应用困难，而能达到技术要求的堆焊设备又会由于价格太高使人望而却步。况且现有施焊大多通过人工操作，容易出现控制失误导致处理不善的情况，而且通过人工判断和控制该磨损辊轴的堆焊，对操作人员的技术要求高，效率低，且精确度不高。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种堆焊设备及其自动控制系统，通过对现有低成本的堆焊设备进行改进，克服了现有设备的不足，使得最终修复后的辊轴完全能满足新辊轴的性能，甚至超过新辊轴性能的1~2倍。

本实用新型采用的技术方案如下：一种堆焊设备，包括主体设备，滑动导轨，机械臂，支架，其特征在于，所述滑动导轨上连接有滑块，所述机械臂包括滑块、连杆、和旋转凸台，所述滑块下端固定有连杆，所述机械臂上的连杆共有3段，上端一段固定连接滑块，下端连接有旋转凸台，连杆与连杆连接部分可以自由转动，所述旋转凸台与下端连杆连接部分可以自由转动，旋转凸台上固定安装有焊枪、超声波探伤仪探头和氧-乙炔枪头，所述焊枪上连接有送丝机构、送焊剂机构、冷却水系统和控制线，主体设备通过控制线控制焊枪工作。

进一步，所述超声波探伤仪探头为电声换能器，电声换能器将返回来的声波转换为电脉冲，然后通过电声转换器上的电路传输给主体设备的显示器上，所述氧-乙炔枪头上接有氧气输送管、乙炔输送管和控制线路，主体设备通过控制线控制氧-乙炔枪头工作。

进一步，所述滑动导轨7的竖直方向上还设有滑块，滑块上固定连接有连杆，连杆有四段，上端的连杆和滑块固定连接，下端的连杆和T形杆连接，各连杆之间连接的部分可自由转动，所述T形杆与连杆连接的部分可自由转动，T形杆上端固定连接打磨轮，下端固定连接锤头，打磨轮和锤头可通过T形杆和连杆之间连接的部分旋转实现位置上下互换。

进一步，所述支架为一对，且固定安装在机座的左右两边上，每边支架上连接有可转动的转动齿轮，所述转动齿轮的内孔固定辊轴的轴端，当转动齿轮转动时，辊轴也跟着转动。

进一步，本实用新型还包括一种堆焊设备的自动控制系统，包括滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块、输入模块和PLC；

分别在所述输入模块输入第一施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第一起点数字信号0011和第一终点数字信号0012传递至PLC；输入第二施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第二起点数字信号0021和第二终点数字信号0022传递至PLC；……;输入第N施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第二起点数字信号00N1和第二终点数字信号00N2传递至PLC；

所述PLC分别与滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块和输入模块相连；用于接收各起点数字信号和终点数字信号；接收数字信号301和302；计算两相邻施焊点的圆周距，进而计算转动齿轮的旋转角度；计算滑块的滑移距离，连杆的伸缩长度,旋转凸台的旋转角度，T形杆上下转动的角度；并向齿轮模块、滑移模块、伸缩模块、打磨模块、加热模块、堆焊模块和探伤模块分别传递执行信号101、102、1031/1032、1041/1042、105、106和107；

所述齿轮模块接收执行信号101，控制转动齿轮转动至指定位置；

所述滑移模块接收执行信号102，先将置于清洁机构中的滑块滑移至预定位置201，待到清洁机构复位后，再按要求滑移置于机械臂中的滑块；

T形杆、打磨轮、锤头及与T形杆相连的连杆，与该连杆相连的滑块组成清洁机构；所述连杆与T形杆连接处设有转动旋钮，所述转动旋钮用于在YZ平面360度旋转T形杆；所述伸缩模块接收执行信号1031，将清洁机构连杆按要求伸缩，待到清洁机构复位后，再将置于机械臂中的连杆伸缩至预定位置202；接收执行信号1032，将连杆收缩复位；

所述打磨模块，接收执行信号1041，将打磨轮旋转至T形杆的下方，配合伸缩模块和齿轮模块对辊轴进行打磨；执行完毕后向PLC传递数字信号301；接收执行信号1042，将锤头旋转至T形杆的下方，控制T形杆上下转动，用于对辊轴去除焊渣；执行完毕后向PLC传递数字信号302；

所述加热模块包括设于旋转凸台下方的氧-乙炔枪头及其点火器；接收执行信号105，控制旋转凸台至预定位置206，打开点火器，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴进行加热；

所述堆焊模块包括设于旋转凸台下方的焊枪；接收执行信号106，控制旋转凸台至预定位置207，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴施焊；

所述探伤模块包括设于旋转凸台下方的超声波探伤仪探头；用于接收执行信号107，控制旋转凸台至预定位置208，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴进行探伤。

进一步，所述T形杆设有位移传感器1，用于感应T形杆与旋转凸台距离是否小于或等于预定距离值，若小于或等于预定距离值，则向PLC传递预警数字信号，所述PLC控制滑移模块将滑块上移，所述支架上端设有位移传感器2，用于当打磨轮将一施焊点打磨4mm时，向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮，直到辊轴到达下一施焊位点。

进一步，T形杆上下转动5次，即：所述锤头对一施焊位点敲打5次，则向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮，直到辊轴到达下一施焊位点。

进一步，所述探伤模块探测到辊轴有缺陷，则向PLC传递缺陷数字信号；所述PLC向主控设备中的显示屏传递缺陷信号进行显示；同时控制堆焊模块，对缺陷位点进行重焊。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、堆焊过程易于掌握、操控，节省成本，经济性好。

由于堆焊过程是通过焊接的方法增加和恢复辊轴的尺寸，并使辊轴表面获得与辊轴性能相当的堆焊层，对于能熟练掌握焊接技术的人员来说，操作难度不大，堆焊过程易于掌控，可操作性强；堆焊过程中，是先堆焊辊轴两端，后堆焊辊轴中间部分，进一步确保堆焊效果，最终达到节省成本，延长辊轴使用寿命的目的，同时还能减轻手工焊操作的劳动强度，防止弧光辐射对焊工的伤害，减少金属的飞溅，有害气体也少，从而改善了劳动条件，经济性好。

2、机械化程度高，功能多样化，工作效率高。

本实用新型的堆焊设备，是基于现有堆焊设备的基础上，为了提高机械化程度，实现功能多样化，把原本单独使用的打磨机、超声波探伤仪、锤头和氧-乙炔加热枪设置于堆焊设备上，通过控制系统对其进行操控，达到了一机多用，效率提高的效果，扩展了堆焊设备的功能，机械化程度提高，经济性明显，市场潜力大。

3、采用自动化控制不容易出现控制失误。

通过自动控制滑块的滑移、连杆的伸缩和T形杆的旋转，实现了对磨损辊轴的自动打磨和清洁；使得清洁过程更加缜密，不容易出现遗漏对磨损辊轴的打磨和清洁，由于焊枪、超声波探伤仪探头、和氧-乙炔枪头形状相差不大，人工操作容易混淆，通过自动控制旋转凸台的旋转，实现对磨损辊轴的施焊、探伤和加热，不容易出现弄错的情况。

4、布置灵活、实时性优、稳定性好，可靠性和安全性高。

该系统各个模块布置灵活，自动调节清洁机构与机械臂的距离，预见可能的故障，并提前作出处理，稳定性好，通过对T形杆和旋转凸台等的各项参数的精确控制，实现对磨损辊轴的精准施焊，安全运行以及高度集成化，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的堆焊设备的结构示意图。

图中标记：1为辊轴，7为滑动导轨，8为滑块，9为支架，10为转动齿轮，11为连杆，12为打磨轮，13为锤头，14为焊枪，15为超声波探伤仪探头，16为氧-乙炔枪头，17为旋转凸台，18主体设备，19为T形杆，20为机械臂。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，滑动导轨7上连接有滑块8，滑块8能在滑动导轨上向左向右自由滑动，机械臂20包括滑块8、连杆11、和旋转凸台17，滑块8下端固定有连杆11，机械臂20上的连杆11共有3段，上端一段固定连接滑块8，下端连接有旋转凸台17，连杆11与连杆11连接部分可以自由转动，达到旋转和伸缩的功能，用以控制旋转凸台17的空间位置；旋转凸台17与下端连杆11连接部分可以自由转动，旋转凸台17上固定安装有焊枪14、超声波探伤仪探头15和氧-乙炔枪头16，这样就可以通过主体设备18控制旋转凸台17上各枪头或探头的位置，实现能任意调用其中一个枪头或探头并使其工作的效果；焊枪14上连接有送丝机构、送焊剂机构、冷却水系统和控制线，主体设备18通过控制线控制焊枪14工作；超声波探伤仪探头15为电声换能器，电声换能器将返回来的声波转换为电脉冲，然后通过电声转换器上的电路传输给主体设备18的显示器上，实现实时检测监控的目的；氧-乙炔枪头16上接有氧气输送管、乙炔输送管和控制线路，主体设备18通过控制线路控制氧-乙炔枪头16工作，氧气输送管和乙炔输送管分别接在氧气瓶和乙炔瓶上。

图1中，滑动导轨7的竖直方向上还设有滑块8，此处的滑块8在滑动导轨7上能上下自由滑动，滑块8上固定连接有连杆11，连杆11有四段，上端的连杆11和滑块8固定连接，下端的连杆11和T形杆19连接，各连杆之间连接的部分可自由转动，同理，也是为了达到旋转和伸缩的功能，用以控制旋转打磨轮和锤头的空间位置；T形杆与连杆11连接的部分可自由转动，T形杆上端固定连接打磨轮12，下端固定连接锤头13，打磨轮12和锤头13可通过T形杆19和连杆11之间连接的部分旋转实现位置上下互换。

图1中，支架9为一对，且固定安装在机座的左右两边上，每边支架9上连接有可转动的转动齿轮10，转动齿轮10的内孔固定辊轴1的轴端，当转动齿轮10转动时，辊轴1也跟着转动。

当将车削好后的辊轴1置于支架9上时，调动T形杆19转动，使打磨轮12置于下端，然后通过连杆11的伸缩和旋转来调整打磨轮的位置和角度，实现对辊轴1需要打磨的部分进行打磨。焊前准备完毕后，主体设备18控制连杆11伸缩旋转并转动旋转凸台17调用氧-乙炔枪15工作，对整个辊轴进行预热，转动齿轮10带动辊轴转动加热。当预热完毕后，主体设备18控制连杆11调用焊枪14，然后调整焊枪14到待焊位置执行堆焊命令，主体设备18控制好焊接参数进行堆焊，此时支架9上的转动齿轮10待命，若堆焊方式为螺旋式堆焊，则转动齿轮10开始按设置的速度转动，若堆焊方式为步进式堆焊，则转动齿轮10按设置的速度步进式转动。一层堆焊完毕后，调动T形杆19转动，使锤头置于下端，调整好位置，主体设备18控制锤头对刚刚堆焊部位进行敲打，破除焊渣。这样周而复始，直到辊轴1的一个地方堆焊完毕，然后主体设备18控制滑动导轨7水平方向上的滑块8，移动机械臂20到下一个需要堆焊的地方的位置，继续堆焊。堆焊完成后，卸下辊轴1，然后完成后续堆焊方法，最后，堆焊方法完成后再将辊轴1置于支架9上，主体设备18调用超声波探伤仪探头对其进行探伤检验，若不合格，重复以上工艺步骤。

本实用新型还包括一种堆焊设备的自动控制系统，如图1所示，一种堆焊设备的自动控制系统，其中T形杆19、打磨轮12、锤头13及与T形杆19相连的连杆11，与该连杆11相连的滑块8组成清洁机构；所述连杆11与T形杆19连接处设有转动旋钮，所述转动旋钮用于在YZ平面360度旋转T形杆19；其特征在于，包括滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块、输入模块和PLC；

分别在所述输入模块输入第一施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第一起点数字信号0011和第一终点数字信号0012传递至PLC；输入第二施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第二起点数字信号0021和第二终点数字信号0022传递至PLC；……;输入第N施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第二起点数字信号00N1和第二终点数字信号00N2传递至PLC；

所述PLC分别与滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块和输入模块相连；用于接收各起点数字信号和终点数字信号；接收数字信号301和302；计算相邻两施焊点的圆周距，进而计算转动齿轮10的旋转角度；计算滑块8的滑移距离，连杆11的伸缩长度,旋转凸台17的旋转角度，T形杆19上下转动的角度；并向齿轮模块、滑移模块、伸缩模块、打磨模块、加热模块、堆焊模块和探伤模块分别传递执行信号101、102、1031/1032、1041/1042、105、106和107；

所述齿轮模块接收执行信号101，控制转动齿轮10转动至指定位置；

所述滑移模块接收执行信号102，先将置于清洁机构中的滑块8滑移至预定位置201，待到清洁机构复位后，再按要求滑移置于机械臂20中的滑块8）

所述伸缩模块接收执行信号1031，将清洁机构连杆11按要求伸缩，待到清洁机构复位后，再将置于机械臂20中的连杆11伸缩至预定位置202；接收执行信号1032，将连杆11收缩复位；

所述打磨模块，接收执行信号1041，将打磨轮12旋转至T形杆19的下方，配合伸缩模块和齿轮模块对辊轴进行打磨；执行完毕后向PLC传递数字信号301；接收执行信号1042，将锤头13旋转至T形杆19的下方，控制T形杆19上下转动，用于对辊轴去除焊渣；执行完毕后向PLC传递数字信号302；

所述加热模块包括设于旋转凸台17下方的氧-乙炔枪头16及其点火器；接收执行信号105，控制旋转凸台17至预定位置206，打开点火器，与齿轮模块配合，对辊轴进行加热；

所述堆焊模块包括设于旋转凸台17下方的焊枪14；接收执行信号106，控制旋转凸台17至预定位置207，与齿轮模块配合，对辊轴施焊；

所述探伤模块包括设于旋转凸台17下方的超声波探伤仪探头；用于接收执行信号107，控制旋转凸台17至预定位置208，与齿轮模块配合，对辊轴进行探伤。

所述T形杆19设有位移传感器1，用于感应T形杆19与旋转凸台17距离是否小于或等于预定距离值，若小于或等于预定距离值，则向PLC传递预警数字信号，所述PLC控制滑移模块将滑块8上移。

所述支架9上端设有位移传感器2，用于当打磨轮12将一施焊点打磨4mm时，向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮10，直到辊轴到达下一施焊位点。

T形杆19上下转动5次，即：所述锤头13对一施焊位点敲打5次，则向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮10，直到辊轴到达下一施焊位点。

所述探伤模块探测到辊轴有缺陷，则向PLC传递缺陷数字信号；所述PLC向主控设备中的显示屏传递缺陷信号进行显示；同时控制堆焊模块，对缺陷位点进行重焊。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种堆焊设备，包括主体设备（18），滑动导轨（7），机械臂，支架（9），其特征在于，所述滑动导轨（7）上连接有滑块（8），所述机械臂包括滑块（8）、连杆（11）、和旋转凸台（17），所述滑块（8）下端固定有连杆（11），所述机械臂上的连杆（11）共有3段，上端一段固定连接滑块（8），下端连接有旋转凸台（17），连杆（11）与连杆（11）连接部分可以自由转动，所述旋转凸台（17）与下端连杆（11）连接部分可以自由转动，旋转凸台（17）上固定安装有焊枪（14）、超声波探伤仪探头（15）和氧-乙炔枪头（16），所述焊枪（14）上连接有送丝机构、送焊剂机构、冷却水系统和控制线，主体设备（18）通过控制线控制焊枪（14）工作。

2.如权利要求1所述的堆焊设备，其特征在于，所述超声波探伤仪探头（15）为电声换能器，电声换能器将返回来的声波转换为电脉冲，然后通过电声转换器上的电路传输给主体设备（18）的显示器上，所述氧-乙炔枪头（16）上接有氧气输送管、乙炔输送管和控制线路，主体设备（18）通过控制线控制氧-乙炔枪头（16）工作。

3.如权利要求2所述的堆焊设备，其特征在于，所述滑动导轨7的竖直方向上还设有滑块（8），滑块（8）上固定连接有连杆（11），连杆（11）有四段，上端的连杆（11）和滑块（8）固定连接，下端的连杆（11）和T形杆（19）连接，各连杆之间连接的部分可自由转动，所述T形杆与连杆（11）连接的部分可自由转动，T形杆上端固定连接打磨轮（12），下端固定连接锤头（13），打磨轮（12）和锤头（13）可通过T形杆（19）和连杆（11）之间连接的部分旋转实现位置上下互换。

4.如权利要求3所述的堆焊设备，其特征在于，所述支架（9）为一对，且固定安装在机座的左右两边上，每边支架（9）上连接有可转动的转动齿轮（10），所述转动齿轮（10）的内孔固定辊轴（1）的轴端，当转动齿轮（10）转动时，辊轴（1）也跟着转动。

5.一种如权利要求4所述的堆焊设备的自动控制系统，其特征在于，包括滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块、输入模块和PLC；

分别在所述输入模块输入第一施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第一起点数字信号0011和第一终点数字信号0012传递至PLC；输入第二施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第二起点数字信号0021和第二终点数字信号0022传递至PLC；……;输入第N施焊点在辊轴上的起点和终点，并转化为第N起点数字信号00N1和第N终点数字信号00N2传递至PLC；

所述PLC分别与滑移模块、伸缩模块、打磨模块、齿轮模块、堆焊模块、探伤模块、加热模块和输入模块相连；用于接收各起点数字信号和终点数字信号；接收数字信号301和302；计算两相邻施焊点的圆周距，进而计算转动齿轮（10）的旋转角度；计算滑块（8）的滑移距离，连杆(11)的伸缩长度,旋转凸台（17）的旋转角度，T形杆（19）上下转动的角度；并向齿轮模块、滑移模块、伸缩模块、打磨模块、加热模块、堆焊模块和探伤模块分别传递执行信号101、102、1031/1032、1041/1042、105、106和107；

所述齿轮模块接收执行信号101，控制转动齿轮（10）转动至指定位置；

所述滑移模块接收执行信号102，先将置于清洁机构中的滑块（8）滑移至预定位置201，待到清洁机构复位后，再按要求滑移置于机械臂（20）中的滑块（8）；

T形杆（19）、打磨轮（12）、锤头（13）及与T形杆（19）相连的连杆（11），与该连杆（11）相连的滑块（8）组成清洁机构；所述连杆（11）与T形杆（19）连接处设有转动旋钮，所述转动旋钮用于在YZ平面360度旋转T形杆（19）；所述伸缩模块接收执行信号1031，将清洁机构连杆（11）按要求伸缩，待到清洁机构复位后，再将置于机械臂（20）中的连杆（11）伸缩至预定位置202；接收执行信号1032，将连杆（11）收缩复位；

所述打磨模块，接收执行信号1041，将打磨轮（12）旋转至T形杆（19）的下方，配合伸缩模块和齿轮模块对辊轴进行打磨；执行完毕后向PLC传递数字信号301；接收执行信号1042，将锤头（13）旋转至T形杆（19）的下方，控制T形杆（19）上下转动，用于对辊轴去除焊渣；执行完毕后向PLC传递数字信号302；

所述加热模块包括设于旋转凸台（17）下方的氧-乙炔枪头（16）及其点火器；接收执行信号105，控制旋转凸台（17）至预定位置206，打开点火器，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴进行加热；

所述堆焊模块包括设于旋转凸台（17）下方的焊枪（14）；接收执行信号106，控制旋转凸台（17）至预定位置207，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴施焊；

所述探伤模块包括设于旋转凸台（17）下方的超声波探伤仪探头；用于接收执行信号107，控制旋转凸台（17）至预定位置208，与齿轮模块和伸缩模块配合，对辊轴进行探伤。

6.如权利要求5所述的自动控制系统，其特征在于，所述T形杆（19）设有位移传感器1，用于感应T形杆（19）与旋转凸台（17）距离是否小于或等于预定距离值，若小于或等于预定距离值，则向PLC传递预警数字信号，所述PLC控制滑移模块将滑块（8）上移，所述支架（9）上端设有位移传感器2，用于当打磨轮（12）将一施焊点打磨4mm时，向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮（10），直到辊轴到达下一施焊位点。

7.如权利要求6所述的自动控制系统，其特征在于，T形杆（19）上下转动5次，即：所述锤头（13）对一施焊位点敲打5次，则向PLC传递完成信号；所述PLC控制齿轮模块转动齿轮（10），直到辊轴到达下一施焊位点。

8.如权利要求7所述的自动控制系统，其特征在于，所述探伤模块探测到辊轴有缺陷，则向PLC传递缺陷数字信号；所述PLC向主控设备中的显示屏传递缺陷信号进行显示；同时控制堆焊模块，对缺陷位点进行重焊。