弯头内壁自动等离子熔覆设备

摘要

本发明属于材料表面强化技术领域，具体涉及一种工程弯头内壁自动等离子熔覆设备；所述设备包括弯头旋转组件，该组件由步进电机加减速机进行驱动，方便调速；弯头倾斜角度调整组件，该组件也由步进电机驱动，配合熔覆圈数沿曲率轴中点调整弯头倾斜角度，以获得最佳熔覆位置，完成内壁熔覆；弯头高度调节组件，该组件可以保证等离子炬所在切面与曲率轴的交点与旋转主轴重合，以保证弯头旋转时的离心量最小，降低等离子炬的调节难度；等离子炬摆动器，通过该摆动装置配合螺旋搭接可在弯头内壁获得一层厚度均匀，无内在缺陷的熔覆层，等离子炬弧压调高器，该装置可以根据等离子束的弧压变化微调等离子炬喷嘴与内壁距离，实现稳定熔覆；弯头定位组件，该组件由两支带条形孔的条形钢板和固定底板组成。

权利要求

1.一种在工程弯头内壁自动等离子熔覆设备，该设备采用等离子束熔化弯头内壁并由送粉器（9）同步送入合金粉末，可在弯头内壁空间曲面上获得一层厚度均匀的耐磨或耐蚀熔覆层，其特征在于步进电机通过减速机（1）和传动带（2）驱动弯头旋转，同时减速机的旋转动力通过传动皮带（3），传动轴（4）传送至丝杠（6），当离合器（5）闭合时，可以实现等离子炬的水平移动与弯头旋转同步，即弯头旋转同时离子炬后退，实现熔覆层的自动螺旋搭接，保证熔覆层的完整性。

2.根据权利1所述一种在工程弯头内壁自动等离子熔覆设备，其特征在于弯头在进行定位时可以通过弯头高度调节组件（13）、弯头水平调节组件（14）和弯头倾斜角度调节输出轴（10）进行高度、水平位置和倾斜角度的三维自由调整；在进行熔覆时，计数器（15）检测弯头的旋转圈数，根据其输出值，弯头绕角度调整轴（10）进行角度调整，弯头高度调节组件（13）也会调节弯头高度，使等离子束所在弯头切面与曲率轴的交点与旋转主轴处于同一高度，以保证弯头在熔覆位置的旋转离心量最小，方便等离子炬的调节。

3.根据权利要求1所述的一种在工程弯头内壁自动等离子熔覆设备，其特征在于，摆动器（7）的摆动距离和弯头的旋转速度与弯头在沿主轴旋转时的旋转角度密切相关，遵循熔覆效率恒定的原则，保证熔覆层厚度的均匀性；摆动距离和旋转速度由PLC进行控制。

4.根据权利要求1所述的一种在工程弯头内壁自动等离子熔覆设备，其特征在于，等离子炬（16）与弯头内壁的距离由弧压调高器（8）进行调节，保证等离子炬工作在最佳范围内，以获得高质量的熔覆层。

5.根据权利要求1所述的一种在工程弯头内壁自动等离子熔覆设备，其特征在于，该设备是以等离子束为热源，并由送粉器（9）同步送入合金粉末至熔池而形成耐磨或耐蚀熔覆层。

说明书

弯头内壁自动等离子熔覆设备

技术领域

[0001] 本发明属于材料表面强化技术领域，具体涉及一种弯头内壁自动等离子熔覆设备。

背景技术

[0002] 金属弯头广泛应用于工程领域中进行物料传输。很多应用工况恶劣，弯头寿命较短，但更换弯头会影响正常生产，且造成经济损失和资源浪费。这就要求弯头具有优越的耐磨（耐蚀）性能。而弯头内壁强化一直是困扰很多企业的一个难题，一些企业采用氩弧焊或熔化极气体保护焊进行管内壁的自动堆焊来强化管内壁，早在1992年哈尔滨焊接研究所就申请了弯头内壁自动堆焊方法的专利，其使用填丝钨极氩弧焊进行管内壁堆焊，该专利虽然理论上可以获得均匀的堆焊层但也存在缺陷：1、填丝氩弧焊堆焊层表面平整度相对较差；2、工件调整自由度较小；3、工件旋转时，弯头的不同位置相对旋转轴的离心量差别较大，仅靠弧压调高装置很难将枪体位置调整好，尤其是在焊接小直径弯头时，会卡住焊枪，影响焊接。山东博润工业也发明了一套弯头自动堆焊设备，该设备采用焊丝沿弯头曲率轴线单道堆焊，而弯头固定不动，单道堆焊时堆焊层的搭接处平整度不理想，不适合等离子熔覆，且焊枪在立焊或仰焊状态时会影响堆焊效果。

发明内容

[0003] （一）要解决的技术问题

[0004] 根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种操作方便、定位简单、运行平稳、表面成型美观，熔覆层厚度均匀、熔覆层性能优越的弯头内壁自动等离子熔覆设备来强化弯头内壁。

[0005] （二）技术方案

[0006] 为了解决上诉技术问题，本发明实施例提供了一种弯头内壁自动等离子熔覆设备，包括：弯头旋转组件，该组件由步进电机加减速机进行驱动，方便调速；弯头沿曲率轴线角度调整组件，该组件也由步进电机驱动，配合熔覆位置沿曲率轴向调整弯头角度，完成内壁熔覆；弯头高度调节组件，该组件可以保证弯头熔覆位置的曲率轴心与旋转主轴重合，以降低弯头旋转时的离心量，降低等离子炬的调节难度；等离子炬摆动器，通过该摆动装置可以在工件内壁获得一层厚度均匀，无内在缺陷的熔覆层，等离子弧压调高器，该装置可以根据等离子束的弧压调节等离子炬的高度，保证喷嘴与管内壁的高度，实现稳定熔覆；弯头定位组件，该组件由两块带条形孔的条形钢板和固定底板组成。

[0007] 其中弯头的旋转速度取决于弯头内径，且在弯头熔覆过程中主轴做变速旋转，遵循熔覆效率恒定的原则，等离子炬摆动器的摆动距离与主轴转速密切相关，以保证熔覆层的均匀性；且弯头在旋转的同时，等离子炬同步后退，以实现熔覆层的同步搭接，旋转速度和等离子炬摆动距离由PLC控制，并可断点恢复。

[0008] 进一步地，弯头角度调整组件和高度调整组件由步进电机驱动，弯头每熔覆一周后都会自动按照计数器输出的圈数对弯头的倾斜角度和高度进行调整，保证弯头处于最佳位置，方便熔覆。

[0009] 进一步地，等离子弧压调高器，可以保证等离子炬喷嘴与弯头内壁的距离保持在8-15mm之间，从而保证熔覆参数的稳定，获得均匀的熔覆层。

[0010] 进一步地，弯头定位组件包括定位底板和两块条形钢条，定位时尽量使弯头的曲率轴线中心点与定位底板的中心点重合，然后用条形钢条卡住后用螺栓固定于底板上即可，简单、方便。

[0011] 该设备将弯头分两段进行熔覆，熔覆前将弯头定位于定位底板之后，旋转主轴并调整角度使弯头的一个端口处于水平位置，然后调节图2中的高度调节装置13和水平调节装置14，使弯头的曲率轴线中心点与旋转主轴重合，之后将弯头预旋转一定角度，以方便等离子炬进入弯头内部；因为工件每熔覆一圈后都要自动回转，这样熔覆完成后工件每次回转的角度之和即等于预旋转角度，即熔覆完成后弯头角度复位，如图3所示。预旋转完成后即可进行熔覆，熔覆过程自动进行，计数器15检测熔覆圈数，并在完成一圈熔覆后工件自动进行角度和高度的调整，以减小等离子炬所在平面的曲率轴心与旋转轴轴心偏差，减小熔覆部位所在圆的旋转离心量。熔覆时弯头做变速旋转，同时等离子炬做变距摆动，保证了熔覆层的厚度。熔覆结束，等离子炬退出弯头，如图3b所示，此时将弯头会自动进行180旋转并做相应调整，然后可进行第二部分的熔覆。

[0012] 本发明所具有的有益效果：

[0013] 该弯头自动等离子熔覆设备弯头可以独立进行三维调整，等离子炬可独立进行二维调整，因此操作方便、定位简单、调整方便、熔覆时可根据熔覆圈数自动调整高度和角度来获得最佳熔覆位置，等离子炬可根据弯头旋转速度自动调整摆动距离，保证熔覆层的厚度，且等离子熔覆层表面成型美观，厚度均匀，且等离子熔覆采用合金粉末进行内壁强化，合金收得率高，熔覆层与基体呈冶金结合，也可根据使用工况合理选择粉粉末体系（耐磨、耐蚀或耐高温）。

附图说明

[0014] 图1是本发明的结构示意图；

[0015] 图2是弯头高度调节和水平调节组件的主视图；

[0016] 图3（a）为熔覆前的弯头倾斜角度与相对位置示意图，图3（b）为熔覆后的弯头倾斜角度与相对位置示意图。

[0017] 图1中：1、减速机；2、主轴传动皮带；3、丝杠传动皮带；4、传动轴；5、离合器；6、丝杠；7、等离子炬摆动器；8、弧压调高器；9、送粉器；10、弯头角度调整轴；11、固定支架；12、弯头；13、弯头高度调节组件；14、弯头水平调节组件；15、熔覆圈数计数器；16、等离子炬；17、弯头固定底板。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

[0019] 如图1所示，弯头内壁自动等离子熔覆设备包括弯头定位和调整组件，等离子炬调整组件两部分，弯头调整组件又细分为弯头绕主轴旋转组件，弯头高度和水平调整组件和弯头角度调整组件。弯头由固定支架（11）固定在固定底板（17）之上，角度调整步进电机的输出轴中心与弯头固定底板的几何中心同心，该步进电机可带动底板转动，从而在熔覆过程中调整弯头角度。弯头高度调整组件（13）和水平调整组件（14）可调整弯头的高度和水平位置，以保证弯头处于熔覆的最佳位置，弯头旋转的动力来自主轴旋转步进电机，其动力通过减速机（1）和传送带（2）传送至主轴，主轴又拖动弯头定位组件和弯头转动。等离子炬调整组件包括传动丝杠（6），摆动器（7），和弧压调高器（8）三部分，熔覆时减速机的动力通过传送带（3）和传动轴（4）（离合器闭合）传动至传动丝杠（6），使等离子炬在弯头旋转时同步后退，进行螺旋搭接；摆动器可根据弯头的不同旋转角度和速度进行变距摆动，弧压调高器根据等离子弧电压调整喷嘴高度，使合金粉末送入熔池并保持最佳的熔覆状态。

[0020] 弯头固定时尽量使其曲率轴线的中点与固定底板中心处于同一条水平线，且弯头的一端口处于水平位置，然后调节弯头调高组件（13）和弯头水平调节组件（14），使弯头的曲率轴中点与旋转主轴处于同一水平线上，然后将弯头预调整一定角度，预调整后弯头的角度和相对位置如图3（a）。然后手动调整丝杠（6）使等离子炬位于曲率轴中点正下方，然后闭合离合器（5），从中心位置进行熔覆（熔覆分两次进行），熔覆过程中自动调整弯头旋转速度、摆动距离和等离子炬与弯头内壁距离，且每旋转一周弯头会自动进行角度和高度调整，熔覆至端口时弯头的角度和相对位置如图3（b）所示。熔覆完第一部分以后，用相同方法完成第二部分的熔覆。