核电管子-管板焊枪平衡装置、焊接装置及控制方法

摘要

一种核电管子‑管板焊枪平衡装置，包括固定滚轮、浮动滚轮和调节装置，固定滚轮悬挂固定在焊枪工作区域的上方，用于为焊枪的线束提供悬吊支撑，焊枪线束与浮动滚轮相搭接，调节装置带动浮动滚轮进行浮动能够对焊枪线束上的张力进行调整，通过焊枪线束张力平衡焊枪的重力，从而确保焊枪与机械臂断开连接后不发生偏移，提高管子‑管板焊缝的焊接质量。本发明还提供一种核电管子‑管板焊接装置和焊枪平衡控制方法。

权利要求

1.一种核电管子‑管板焊枪平衡装置，其特征在于，在所述焊枪插入待焊接的管子管孔后，利用焊枪线束提供牵引力以平衡焊枪自重，保持焊接过程中焊枪位置不发生偏移，所述核电管子‑管板焊枪平衡装置包括固定滚轮、浮动滚轮与调节装置；所述固定滚轮固定在所述焊枪的工作区域的上方，用于为所述焊枪线束提供悬吊支撑；所述浮动滚轮与所述调节装置相连接，所述浮动滚轮与所述焊枪线束搭接，以容许所述调节装置驱动所述浮动滚轮进行浮动来对所述焊枪线束的张紧程度进行调整。

2.根据权利要求1所述的核电管子‑管板焊枪平衡装置，其特征在于，所述焊枪线束包括末端连接段、水平段和调节段，所述末端连接段由所述焊枪延伸至所述固定滚轮，所述水平段在多个相邻的所述固定滚轮之间水平延伸，所述调节段与所述浮动滚轮搭接并由所述浮动滚轮调节其张紧程度。

3.一种核电管子‑管板焊接装置，包括机械臂、控制装置、至少2把焊枪及其对应的焊枪线束，其特征在于，还包括如权利要求1或2所述的核电管子‑管板焊枪平衡装置，所述控制装置分别与所述焊枪、机械臂和核电管子‑管板焊枪平衡装置信号相连，所述控制装置控制所述机械臂和焊枪进行焊接作业，并通过所述核电管子‑管板焊枪平衡装置调节焊枪线束的张紧程度以使所述焊枪在焊接作业过程中保持平衡。

4.根据权利要求3所述的核电管子‑管板焊接装置，其特征在于还包括辅助支撑杆，所述辅助支撑杆设置在所述焊枪上，在焊接过程中抵接于管板表面，用于为所述焊枪提供辅助支撑。

5.根据权利要求3所述的核电管子‑管板焊接装置，其特征在于，所述焊枪包括芯轴和涨紧块，所述芯轴用于在焊接时插入待焊接的管子的管孔，所述涨紧块用于所述芯轴插入后从所述待焊接的管子的管孔内部涨紧以为所述焊枪提供支撑。

6.根据权利要求5所述的核电管子‑管板焊接装置，其特征在于，所述芯轴的屈服强度不小于600MPa。

7.根据权利要求3所述的核电管子‑管板焊接装置，其特征在于，所述焊枪还包括钨极，所述钨极安装在可以进行整体替换的钨极固定块上。

8.根据权利要求3所述的核电管子‑管板焊接装置，其特征在于，所述焊枪与所述机械臂之间通过快接接头连接。

9.一种核电管子‑管板焊枪平衡控制方法，其特征在于，采用如权利要求3至8其中任一所述的核电管子‑管板焊接装置，该方法包括以下步骤：对待焊接的管子的管孔的位置进行定位，并确定在各个所述管孔位置维持焊枪姿态平衡所需的线束张力；利用机械臂将一把焊枪移动到焊接作业位置，所述控制装置根据焊枪的位置状态调整所述浮动滚轮位置以调节所述线束张力，维持所述焊枪的姿态稳定；在所述一把焊枪执行焊接作业的同时，所述机械臂将下一把焊枪移动到对应焊接作业位置进行焊接作业。

10.根据权利要求9所述的核电管子‑管板焊枪平衡控制方法，其特征在于，所述对待焊接的管子的管孔进行定位的步骤，包括对所述管板进行标定的初步定位过程，和利用视觉识别装置对所述管孔进行扫描和识别的精确定位过程。

说明书

核电管子‑管板焊枪平衡装置、焊接装置及控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于民用核电领域，具体涉及一种核电蒸汽发生器管子管板焊枪平衡装置、焊枪及控制方法。

背景技术

[0002] 在民用核电站核岛主设备蒸汽发生器的研制过程中，以机器人代替人工进行蒸汽发生器管子‑管板焊接能够有效提高焊接效率，提高自动化水平，改善施工效率。专利
CN105195868A公开了一种机器人焊接系统，利用工业机器人的单个机械臂轮流抓持操作两
把焊枪对两个焊接工位上的管子‑管板焊缝进行平行焊接作业，能够减少机械臂闲置时间，
提高焊接作业效率。但是，该系统在进行作业时，机械臂将一把焊枪插入待焊接的管孔后需
要放开该焊枪进行下一把焊枪的操作，焊枪由于自身及焊枪线束的重力作用，位置容易发
生偏移，影响焊接质量，导致焊接质量不能满足考核要求。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种核电管子‑管板焊枪平衡装置，在机械臂放开焊枪后能够保持焊枪位置稳定，提高焊接质量。本发明还提供一种核电蒸汽发生器管子管板焊接
装置及控制方法。

[0004] 根据本发明一个方面的实施例，提供一种核电管子‑管板焊枪平衡装置，利用焊枪线束提供牵引力以平衡焊枪自重，保持焊接过程中焊枪位置不发生偏移，该装置包括固定
滚轮、浮动滚轮与调节装置；所述固定滚轮固定在所述焊枪的工作区域的上方，用于为所述
焊枪线束提供悬吊支撑；所述浮动滚轮与所述调节装置相连接，所述浮动滚轮与所述焊枪
线束搭接，以容许所述调节装置驱动所述浮动滚轮进行浮动来对所述焊枪线束的张紧程度
进行调整。

[0005] 通过浮动滚轮上移或下移，能够调整焊枪线束的张紧程度，使焊枪线束提供的牵引力来维持焊枪姿态的平衡，在机械手放开焊枪后保持焊枪位置不会在焊枪自身重力及线
束重力的作用下发生偏移，钨极尖端的对准位置不会发生变化，从而保证焊接质量。

[0006] 进一步地，所述焊枪线束包括末端连接段、水平段和调节段，所述末端连接段由所述焊枪延伸至所述固定滚轮，所述水平段在相邻的所述固定滚轮之间水平延伸，所述调节
段与所述浮动滚轮搭接并由所述浮动滚轮调节其张紧程度。

[0007] 根据本发明实施例的另一个方面，提供一种核电管子‑管板焊接装置，该装置包括机械臂、控制装置、至少2把焊枪及其对应的焊枪线束，还包括如前述任一的核电管子‑管板焊枪平衡装置，所述控制装置控制所述机械臂和焊枪进行焊接作业，并通过所述核电管子‑
管板焊枪平衡装置调节焊枪线束的张紧程度以使所述焊枪在焊接作业过程中保持平衡。利
用焊枪平衡装置，该焊接装置能够保持焊枪姿态稳定，保证管子‑管板焊缝的焊接质量。

[0008] 进一步地，该焊接装置还包括辅助支撑杆，所述辅助支撑杆设置在所述焊枪上，在焊接过程中抵接于管板表面，所述辅助支撑杆为所述焊枪提供辅助支撑。辅助支撑杆能够
为焊枪提供更加稳固的支撑，便于焊枪的稳定。

[0009] 进一步地，所述焊枪包括芯轴和涨紧块，所述芯轴用于在焊接时插入待焊接的管子的管孔，所述涨紧块用于所述芯轴插入后从所述待焊接的管子的管孔内部涨紧以为所述
焊枪提供支撑。

[0010] 进一步地，所述芯轴的屈服强度不小于600MPa，以为焊枪提供足够稳定的支撑。

[0011] 进一步地，所述焊枪还包括钨极，所述钨极安装在可以进行整体替换的钨极固定块上。钨极固定块支持快速更换烧损的钨极，还能够通过替换不同参数的钨极固定块来适
配不同的焊接管径。

[0012] 进一步地，所述焊枪与所述机械臂之间配置为快接头。快接头能够容许机械臂快速连接和放开焊枪。

[0013] 根据本发明实施例的又一个方面，提供一种核电管子‑管板焊枪平衡控制方法，采用前述任一核电管子‑管板焊接装置，该方法包括以下步骤：对待焊接的管子的管孔位置进
行定位，并确定在各个所述管孔位置维持焊枪姿态平衡所需的线束张力；利用机械臂将一
把焊枪移动到焊接作业位置，所述控制装置根据焊枪的位置状态调整所述浮动滚轮位置以
调节所述线束张力，维持所述焊枪的姿态稳定；在所述一把焊枪执行焊接作业的同时，所述
机械臂将下一把焊枪移动到对应焊接作业位置进行焊接作业。

[0014] 进一步地，所述对待焊接的管子的管孔的位置进行定位的步骤，包括对所述管板进行标定的初步定位过程，和利用视觉识别装置对所述管孔进行扫描和识别的精确定位过
程。

附图说明

[0015] 图1为一实施例中核电管子‑管板焊枪平衡装置示意图；

[0016] 图2为一实施例中核电管子‑管板焊枪结构示意图；

[0017] 图3为一实施例中气体保护罩结构示意图；

[0018] 图4为一实施例中钨极固定块结构示意图。

[0019] 上述附图的目的在于对本发明作出详细说明以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。为了表达简洁，上述附图仅示意性地画出了与本发明
技术特征有关的结构，并未严格按照实际比例画出全部设备和所有细节。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施例结合附图对本发明作出进一步的详细说明。

[0021] 本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施
例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结
构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。

[0022] 本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如可以是活动连接，也可以是固定连接或成一体。对本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

[0023] 本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“高度”、“长度”、“宽度”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。

[0024] 本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。

[0025] 在民用核电核岛主设备蒸汽发生器研制过程中，需要对蒸汽发生器的上万个管子‑管板焊缝进行焊接，采用人工焊接的方式工作量大效率低，因此针对这一作业过程开发
了蒸汽发生器管子管板自动焊接装置。在进行管子‑管板焊缝焊接时，一只机械手同时控制
两把焊枪，机械手首先将一把焊枪移动至焊接位置，将焊枪的定位芯轴插入待焊接的管孔
中，待定位芯轴插入到位涨紧后，机械手放开该焊枪转而操作下一把焊枪，与此同时已经就
位的焊枪开始焊接作业。这一装置有效提高了核电管子‑管板的焊接效率，然而，当机械手
将焊枪插入待焊接的管孔并断开连接时，在自身及线束重力作用下焊枪位置容易发生偏
移，导致焊接钨极尖端的对准位置发生偏移，影响管子‑管板焊缝的焊接质量。

[0026] 为了解决上述问题，本发明一个方面的实施例提供了一种管子管板焊枪平衡装置，该装置如图1所示，包括第一固定滚轮3、第二固定滚轮4、第三固定滚轮5、丝杠8以及连接在丝杠8两端的浮动滚轮6和平衡吊7。其中第一固定滚轮3、第二固定滚轮4、第三固定滚
轮5固定安装在焊接作业区域上方的支架及机械臂固定立柱上，浮动滚轮6位于第二固定滚
轮4与第三固定滚轮5之间，平衡吊7固定安装于设备立柱10上，使得平衡吊7与丝杠8能够作
为调节装置带动浮动滚轮6进行上下移动。焊接设备的焊枪1设置在该平衡装置的一侧，控
制柜9设置在该平衡装置的另一侧；焊枪线束2由焊枪1末端延伸，依次跨过并搭接于第一固
定滚轮3、第二固定滚轮4之上，在第二固定滚轮4、第三固定滚轮5之间，焊枪线束2从浮动滚轮6下方穿过并与其保持搭接，在跨绕过第三固定滚轮5后连接至控制柜9；控制柜9对焊接
装置、机械手（未示出）及平衡装置进行总体控制。通过调节浮动滚轮6的位置，可以控制焊枪线束2的张紧程度，进而调节焊枪线束2施加给焊枪1的牵引力，在进行焊接时，当机械手
放开焊枪1，线束2的牵引力能够平衡焊枪的重力，从而使焊枪1的位置不发生偏移，避免钨
极尖端偏离焊接位置，从而保证焊接的质量。除平衡吊7与丝杠8外，在其他实施例中该装置
也可以采用其他驱动装置如伺服电机来对浮动滚轮6的位置进行调节。

[0027] 在优选实施例中，第一固定滚轮3设置在焊枪1执行焊接作业位置的上方，使焊枪1与第一固定滚轮3之间的线束张紧，以减少该段线束的松弛；第一固定滚轮3与第二固定滚
轮4高度相同，线束2在两者之间保持基本水平；第二固定滚轮4、浮动滚轮6、第三固定滚轮5之间的线束2配置为调节段，对此段线束进行控制以调节线束的整体张力。这种布置方式在
现场存在多把焊枪的情况下能够降低线束走向的复杂程度，便于检修。

[0028] 本发明另一个方面的实施例提供一种核电管子‑管板焊接装置，该装置如图1所示，采用上述任一实施例中的平衡装置，并包括至少一个机械臂（未示出），至少2把焊枪1和作为控制装置的控制柜9，每个机械臂至少控制2把焊枪1。控制柜9能够控制机械手、焊枪1，在进行焊接过程中通过调节浮动滚轮6的高度来维持焊枪姿态的平衡，保证管子‑管板焊缝
的焊接质量。

[0029] 在优选实施例中，焊枪1的结构如图2所示，包括芯轴12、气体保护罩14，结合图3、图4，钨极19安装在钨极固定块18上，钨极固定块18安装在气体保护罩14中心的圆孔内，芯
轴12由钨极固定块18上的通孔20穿出，焊枪线束2连接在焊枪1的末端。在一些实施例中，焊
枪线束2还可以设置在焊枪1的顶部，以更好地在焊接中提供牵引力。在优选实施例中芯轴
12的屈服强度不小于600MPa，芯轴12具有较高的刚度有助于焊枪位置的稳定。在进行焊接
时，机械手操作焊枪1将芯轴12插入待焊接的管孔中，由驱动装置驱动钨极固定块18带动钨
极19旋转一周完成焊接，在焊接过程中，如图3所示，除保护罩中心孔的氩气保护外，还有从气体保护罩14表面的气孔17中喷出的二路保护性气体对焊缝进行保护。在焊枪表面还固定
设置有辅助支杆15，辅助支杆具有伸缩功能，在进行焊接时辅助支杆15抵接于待焊接的管
板表面，以弥补焊枪1与板件之间的缝隙，来为焊枪1提供额外的支撑，以保持焊接过程中焊
枪1的稳定。在优选实施例中，焊枪1的芯轴12上还设置有涨紧块13，当芯轴12插入待焊接的
管孔中后涨紧块13沿芯轴12径向向外膨出涨紧，以增强焊接过程中焊枪的稳定性。

[0030] 在优选实施例中，钨极固定块18配置为快接组件，能够快速整体拆装，在钨极19发生烧损时能够快速进行更换作业。

[0031] 在优选实施例中，焊枪1与机械手之间的连接位置配置为快接头16，使机械手能够快速抓取和释放焊枪1，提高焊接装置整体的作业效率。

[0032] 利用上述实施例中的核电管子‑管板焊接装置，执行核电蒸汽发生器管子管板焊接的流程如下：

[0033] 首先，对待焊接的管板位置进行标定，获得各个管子的管孔的位置信息即初步定位，利用安装在机械臂上的视觉识别装置如激光传感器首先对待焊管孔进行扫描，获得待
焊管孔的准确位置信息，即精确定位，通过计算或测量的方式确定在各个管孔位置维持焊
枪1的姿态平衡所需要的线束2提供的张力，进而确定对应的浮动滚轮6的高度。接下来，机
械手抓取一把焊枪1，将其芯轴12插入到待焊接的管孔中，焊枪到位后控制柜控制平衡吊7
利用丝杆对浮动滚轮6进行升降，将焊枪线束2张紧至合适的程度，涨紧块13涨紧将焊枪1固
定。机械手放开焊枪1，抓取下一把焊枪进行操作。

[0034] 同时，本焊枪1开始焊接作业，除保护罩中心孔的氩气保护外，还有从气体保护罩14表面的气孔17中喷出的二路保护性气体对焊缝进行保护，钨极固定块18带动钨极19旋转
一周完成对管件与板件接口的焊接。

[0035] 焊接完成后机械手抓取焊枪1至下一个待焊接工位进行焊接作业，浮动滚轮6作出相应调整以继续维持焊枪的平衡。整个焊接过程持续约1min，机械手可以轮流操作多把焊
枪共同进行焊接作业，焊接效率高，焊接效果好。

[0036] 上述控制过程在优选实施例中通过控制柜9中设定的程序自动控制完成，在一些实施例中也可以人工控制逐步进行。

[0037] 上述实施例的目的在于结合附图对本发明作出进一步的详细说明，以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思。在本发明权利保护的范围内，对所涉及的零件结构及
方法步骤进行优化或等效替换，均落入本发明的保护范围。