钨极自动更换装置的制作方法

钨极自动更换装置、方法及热室内的自动焊接系统
技术领域
1.本发明涉及一种焊接钨极更换装置，具体而言，涉及一种钨极自动更换装置
、
方法及热室内的自动焊接系统
。


背景技术：

2.热室是专门用于处理放射性物质的特定包容设施，在热室中可进行核电站乏燃料的后处理
、
放射性废物的整备
、
放射性元件的检验
、
放射化学试验等
。
其中热室中需进行的一项重要工作是对包容放射性物质的容器进行焊接封装
。
该容器通常为不同规格的废物桶，采用的焊接方式通常为钨极氩弧焊
。
3.由于热室存在强放射性，长期位于热室内部的焊接机器人与其他工业领域的焊接机器人存在较大区别
。
由于人员无法频繁进入热室内对设备进行检查维修，而且设备在热室内本身会沾染放射性物质
。
因此在热室内的焊接机器人结构一般较为简单，自由度较少，焊枪附近不设置或设置较少的附属位移
、
定位
、
控制等设备，在满足功能性的前提下尽可能的减少焊接机器人机构的复杂性，且整体尺寸较小
。
4.钨极氩弧焊在焊接过程中钨极会产生损耗，极大影响焊接质量，需要及时更换钨极
。
热室中存在较强的放射性使得无法进行人工更换钨极，需要通过机械装置实现钨极的更换
。
该机械装置也需要满足结构简单，较少需要进行检查维修等条件
。
5.现有专利
cn211727851u
公开了一种高放环境下的钨极自动更换装置，其需要在主从机械手的协助下实现钨极的远程更换，该技术方案存在的问题如下：更换钨极需要使用机械手协助，不能实现完全自动，对机械手操作人员要求较高；在没有机械手的工况环境，无法实现钨极更换；装置的安装位置受限于机械手的位置，且自身携带新钨极储量少，不能支持焊接机器人进行长时间工作；更换钨极的效率较低等
。
6.现有专利
cn113751845u
提出了一种钨极自动更换装置
、
系统及方法，该技术方案需要焊枪频繁移动去对接钨极更换装置，焊枪的移动
、
定位等机构较为复杂，使得该技术方案不利于在热室内使用
。
7.鉴于以上技术问题，特推出本发明
。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于提供一种钨极自动更换装置
、
方法及热室内的自动焊接系统，用于解决现有技术缺乏一种用于热室内结构简易的
、
便于维修的
、
效率高的钨极自动更换装置
。
9.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出一种钨极自动更换装置，安装在焊枪的一侧，焊枪中具有钨极，焊枪设置在安装平台上，钨极自动更换装置包括运输组件和钨极仓组件，运输组件和钨极仓组件设置在安装平台上；
10.运输组件包括夹持部和位移部，夹持部和位移部连接，夹持部用于夹紧或松开钨极，位移部可带动夹持部相对于安装平台进行至少两个自由度的位移，以在焊枪和钨极仓
组件之间移动；
11.夹持部可将焊枪中的钨极取出，夹持部将钨极仓组件中的钨极取出并安装在焊枪中
。
12.进一步的，位移部相对于安装平台仅有两个自由度的位移
。
13.进一步的，位移部包括旋转轴，位移部可带动夹持部围绕旋转轴周向转动，位移部可带动夹持部沿着旋转轴的方向移动，钨极仓组件包括出料口，焊枪与旋转轴的距离
、
出料口与旋转轴的距离均等于夹持部的旋转半径
。
14.进一步的，位移部还包括摇臂，夹持部和旋转轴分别位于摇臂的两端，摇臂可围绕旋转轴转动
。
15.进一步的，位移部还包括滑台，滑台固定在安装平台上，滑台的方向沿着旋转轴的方向延伸，旋转轴可沿着滑台滑动
。
16.进一步的，位移部还包括摆动气缸，摆动气缸与旋转轴同轴，摆动气缸驱动摇臂转动，摆动气缸活动连接在滑台上，滑台为气动滑台，气动滑台驱动摆动气缸滑动
。
17.进一步的，摆动气缸两侧设置有机械限位，机械限位用于限制摇臂的转动角度，机械限位的位置可调节，以改变摇臂的转动角度
。
18.进一步的，夹持部包括中空部，中空部内具有内锥面，用于与钨极端部配合，夹持部的端部设置有外锥面，用于与出料口配合
。
19.进一步的，钨极的端部为锥形，锥形的角度范围在
12
°
~90
°
，运输组件包括多个可替换的夹持部，多个夹持部具有不同的内锥面角度，以分别与不同锥形角度的钨极配合
。
20.进一步的，出料口的内表面为锥面，锥面与外锥面的角度相同，使得夹持部的端部与出料口的内表面形成面接触
。
21.进一步的，夹持部包括多个夹爪，多个夹爪由夹紧气缸驱动
。
22.进一步的，钨极仓组件包括钨极仓和驱动部，钨极仓内容纳多个钨极，钨极仓包括第一开口和第二开口，第一开口和第二开口分别位于钨极仓两侧，第一开口与驱动部连接，第二开口与出料口连接
。
23.进一步的，驱动部包括针形气缸，钨极仓组件包括钨极仓滑槽，钨极仓滑槽固定在安装平台上，针形气缸固定在钨极仓滑槽上，钨极仓与钨极仓滑槽之间通过快拆结构连接
。
24.进一步的，钨极仓还包括弹性件和止落块，弹性件将钨极仓内的多个钨极挤压到一端，止落块设置于第二开口处
。
25.进一步的，钨极自动更换装置还包括旧钨极收集仓，旧钨极收集仓位于钨极仓组件的下方
。
26.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出一种钨极自动更换的方法，采用根据上述的钨极自动更换装置，包括如下步骤：
27.旧钨极拆卸步骤，夹持部转动到焊枪的位置，夹紧焊枪中的旧钨极，再沿旋转轴的方向移动将旧钨极取出；
28.新钨极取出步骤，夹持部转动到出料口的位置，夹持部与出料口配合以定位，夹持部夹紧钨极仓组件伸出的新钨极，再沿旋转轴的方向移动将新钨极取出；
29.新钨极安装步骤，夹持部夹持新钨极转动到焊枪的位置，再沿所述旋转轴的方向移动将新钨极插入到焊枪中
。
30.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出一种热室内的自动焊接系统，包括安装平台和安装在安装平台上的焊枪，还包括根据上述的钨极自动更换装置
。
31.应用本发明的以上技术方案，至少实现了如下有益效果：
32.1、
该钨极自动更换装置通过设置运输组件的位移部可带动夹持部进行两个自由度的位移，使得夹持部可夹持钨极在焊枪和钨极仓组件之间移动，该装置可以实现热室内焊枪钨极的自动更换，全程无需人员或其他设备的协助，自动化程度高，且在热室内无安装位置的限制
。
33.2、
该钨极自动更换装置通过设置摇臂
、
滑台
、
夹爪，以及分别通过气动滑台
、
摆动气缸
、
夹紧气缸驱动，选用的这些部件的结构均比较简单，且相比于电动部件来说稳定性较高，维修需求较少，不受放射性影响，特别适用于热室中长期使用
。
34.3、
该钨极自动更换装置通过设置夹持部具有内锥面和外锥面等结构，使得可以通过替换夹持部，分别与各种不同规格的钨极配合，该装置的通用性较强；夹持部与钨极仓组件的出料口配合，使得夹持部的定位更加精准，降低了安装精度要求
。
35.4、
该钨极自动更换装置整体结构精简，尺寸较小，钨极更换方法的步骤简约，动作简单，钨极仓中可容纳较多数量的钨极，使得该装置可以在热室内长期稳定使用，且更换钨极的效率较高
。
附图说明
36.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定
。
在附图中：
37.图1示出了一个实施例的钨极自动更换装置和焊枪组件示意图；
38.图2示出了一个实施例的运输组件示意图；
39.图3示出了一个实施例的夹持部与出料口配合剖面图；
40.图4示出了一个实施例的钨极仓组件局部剖视图；
41.图5示出了图4的左视图；
42.图6示出了一个实施例的焊枪组件示意图；
43.图7示出了一个实施例的热室内的自动焊接系统示意图；
44.图8示出了图7中的i位置放大示意图；
45.图9示出了使用钨极自动更换装置更换钨极流程图
。
46.其中，上述附图包括以下附图标记：
47.1、
焊枪组件；
11、
焊枪；
12、
焊枪夹持块；
13、
焊枪固定板；
48.2、
运输组件；
21、
滑台固定板；
22、
滑台；
23、
摆动气缸；
24、
摇臂；
25、
夹紧气缸；
49.26、
夹持部；
261、
夹爪；
262、
夹爪；
263、
中空部；
264、
内锥面；
265、
外锥面；
50.3、
钨极仓组件；
31、
连接板；
32、
钨极仓滑槽；
33、
针形气缸；
34、
出料口；
51.35、
钨极仓；
351、
盒体；
352、
弹性件；
353、
第一开口；
354、
第二开口；
355、
止落块；
52.4、
安装平台；
5、
旧钨极收集仓；
6、
钨极；
7、
焊接装置；
8、
运行支架；
9、
升降旋转平台
。
具体实施方式
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合
。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明
。
54.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围
。
术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位
、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
。
55.在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通
。
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义
。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上
。
56.实施例：
57.本发明提出一种钨极自动更换装置，如图1所示，该装置安装在焊枪
11
的一侧，在焊枪
11
中安装有钨极
6。
钨极自动更换装置用于更换该焊枪
11
中的钨极
6。
58.焊枪组件1设置在安装平台4上，如图6所示，焊枪组件1包括焊枪
11、
焊枪夹持块
12
和焊枪固定板
13
，焊枪固定板
13
与安装平台4固定连接，焊枪夹持块
12
与焊枪固定板
13
侧边连接，焊枪夹持块
12
可夹紧焊枪
11
，焊枪
11
可以夹紧也可以松开位于焊枪内的钨极
6。
优选地，焊枪
11
和钨极6的方向垂直于安装平台
4。
59.钨极自动更换装置包括运输组件2和钨极仓组件3，运输组件2和钨极仓组件3设置在安装平台4上
。
焊枪组件
1、
运输组件2和钨极仓组件3在安装平台上间隔设置
。
60.运输组件2包括夹持部
26
和位移部，夹持部
26
和位移部连接，夹持部
26
用于夹紧或松开钨极6，位移部可带动夹持部
26
相对于安装平台4进行至少两个自由度的位移，以使得夹持部
26
在焊枪
11
和钨极仓组件3之间移动
。
61.夹持部
26
可将焊枪
11
中的钨极6取出，且夹持部
26
可将钨极仓组件3中的钨极6取出并安装在焊枪
11
中
。
62.优选地，位移部相对于安装平台4仅具有两个自由度的位移
。
其中一个自由度为沿垂直于安装平台4方向的移动，使得夹持部
26
可以夹紧焊枪
11
或钨极仓组件3中的钨极后，沿此方向平移将钨极取出，并且在安装时可以将钨极移动推入焊枪中
。
63.位移部包括旋转轴，另一个自由度为：位移部可带动夹持部
26
围绕旋转轴周向转动
。
旋转轴的方向沿垂直于安装平台4方向，即位移部也可带动夹持部
26
沿着旋转轴的方向移动
。
64.如图1所示，钨极仓组件3包括出料口
34
，夹持部通过出料口
34
将钨极仓组件3中的钨极取出
。
焊枪
11
与旋转轴的距离
l1、
出料口
34
与旋转轴的距离
l2
均等于夹持部
26
的旋转半径
。
即
l1=l2。
65.位移部还包括摇臂
24
，夹持部
26
和旋转轴分别位于摇臂
24
的两端，摇臂
24
可围绕
旋转轴转动
。
即摇臂带动夹持部围绕旋转轴在焊枪
11
的位置和出料口
34
的位置之间来回旋转
。
66.在其他一些实施例中，另一个自由度也可以是位移部带动夹持部沿焊枪
11
至出料口
34
的直线方向位移，但是这种方案采用的滑台移动装置可靠性相比于摇臂较低
。
67.该钨极自动更换装置通过设置运输组件的位移部可带动夹持部进行两个自由度的位移，使得夹持部可夹持钨极在焊枪和钨极仓组件之间移动，该装置可以实现热室内焊枪钨极的自动更换，全程无需人员或其他设备的协助，自动化程度高，且在热室内无安装位置的限制
。
68.如图2所示，位移部还包括滑台
22
和滑台固定板
21
，滑台
22
通过滑台固定板
21
固定在安装平台4上，滑台
22
的方向沿着旋转轴的方向延伸，即旋转轴可沿着滑台
22
滑动
。
旋转轴外部可以套设一个轴承，该轴承作为滑台
22
的滑块，可以沿滑台上下滑动
。
69.优选地，位移部还包括摆动气缸
23
，摆动气缸
23
与旋转轴同轴，摆动气缸
23
驱动摇臂
24
转动，摆动气缸
23
活动连接在滑台
22
上，滑台
22
为气动滑台，气动滑台驱动摆动气缸
23
滑动
。
选用的这些部件的结构均比较简单，且相比于电动部件来说稳定性较高，维修需求较少，不受放射性影响，特别适用于热室中长期使用
。
70.在本技术中，对摇臂的旋转角度不做限制，即出料口
34
与焊枪
11
相对于旋转轴之间的夹角可以为任意角度
。
优选地，其夹角为
180
度，即如图1所示，焊枪
11、
旋转轴
、
出料口
34
在同一条直线上
。
在这种情况下，可以选用摇臂以摆动气缸为轴线在
180
°±5°
范围内摆动的一种气缸摇臂设备
。
71.优选地，摆动气缸
23
两侧设置有机械限位，机械限位用于限制摇臂
24
的转动角度，机械限位的位置可调节，以改变摇臂
24
的转动角度
。
通过机械限位调整摇臂的停止位置，进一步保障了摆动角度比较精确
。
72.如图3所示，夹持部
26
包括多个夹爪，本技术对夹爪数量不作限制，可能包括如图中的左夹爪
261
和右夹爪
262
，多个夹爪均由夹紧气缸
25
驱动，进行夹紧和松开钨极的操作
。
73.夹持部
26
包括中空部
263
，中空部
263
内具有内锥面
264
，用于与钨极6端部配合，中空部还包括一段筒状中空，与钨极的一段相配合
。
74.在夹持部
26
的端部还设置有外锥面
265
，用于与出料口
34
配合
。
外锥面
265
位于夹持部
26
的上方端部
。
75.在本技术中，钨极6的两个端部均为锥形，根据焊接工艺需要，锥形角度可调，锥形的角度范围在
12
°
~90
°
。
由此，运输组件2包括多个可替换的夹持部
26
，多个夹持部
26
具有不同的内锥面
264
角度，以分别与不同锥形角度的钨极6配合
。
76.优选地，钨极仓组件3的出料口
34
的内表面为锥面，该锥面与夹持部的外锥面
265
的锥度相同，使得夹持部
26
的端部与出料口
34
的内表面可以形成面接触
。
如图3所示，夹持部在夹爪打开的状态下，位置上升与出料口
34
的内表面配合，以定位夹持部，钨极从出料口伸出，钨极端部与内锥面
264
配合后，夹持部夹紧钨极
。
77.该钨极自动更换装置通过设置夹持部具有内锥面和外锥面等结构，使得可以通过替换夹持部，分别与各种不同规格的钨极配合，该装置的通用性较强；夹持部与钨极仓组件的出料口配合，使得夹持部的定位更加精准，降低了安装精度要求
。
78.如图4所示，钨极仓组件3包括钨极仓
35
和驱动部，钨极仓
35
设计为弹匣式结构，内
部容纳多个钨极6，钨极仓
35
包括第一开口
353
和第二开口
354
，第一开口
353
和第二开口
354
分别位于钨极仓
35
两侧，第一开口
353
与驱动部连接，第二开口
354
与出料口
34
连接
。
驱动部用于向内部的单个钨极提供驱动力，使其经过第二开口
354
，从出料口
34
排出
。
79.具体来说，如图5所示，钨极仓组件3还包括连接板
31、
钨极仓滑槽
32
，驱动部包括针形气缸
33
，钨极仓滑槽
32
通过连接板
31
固定在安装平台上，针形气缸
33
固定在钨极仓滑槽
32
上，结合图4所示，针形气缸
33
的一端与第一开口
353
联通
。
针形气缸能将钨极推出并控制钨极的行程
。
80.针形气缸和夹紧气缸选用气动部件，相比于电动部件来说稳定性较高，维修需求较少，不受放射性影响，特别适用于热室中长期使用
。
81.优选地，钨极仓
35
与钨极仓滑槽
32
之间通过快拆结构连接
。
钨极仓
35
可以通过插拔快速地固定在钨极仓滑槽
32
内，并从钨极仓滑槽
32
上取下
。
钨极仓
35
可快速更换，方便了热室内人员的操作，也方便额外设计自动更换钨极仓的设备
。
82.钨极仓
35
还包括弹性件
352
和止落块
355
，弹性件
352
将钨极仓
35
内的多个钨极6挤压到一端，以方便针形气缸将钨极逐个驱动出钨极仓
。
止落块
355
设置于第二开口
354
处，止落块
355
采用类似于弹簧驱动挡板的结构，在平时防止最右侧的钨极因自身重力掉落到钨极仓外，针形气缸驱动时，止落块移动为钨极让开通道
。
83.如图1所示，钨极自动更换装置还包括旧钨极收集仓5，优选地，旧钨极收集仓5位于钨极仓组件3的下方
。
夹持部夹着旧钨极转到旧钨极收集仓5上方时，松开夹爪使得旧钨极靠自身重力回收入旧钨极收集仓
5。
在本技术中，对旧钨极收集仓5的位置也可不作限定
。
旧钨极收集仓5的顶部距离出料口或安装平台的距离
l3
至少大于钨极的长度
。
84.本技术根据本实施例中记载的钨极自动更换装置，对应地提出一种钨极自动更换的方法，如图9所示，包括如下步骤：
85.旧钨极拆卸步骤
s1
，如图9中的前四个示意图所示，夹持部
26
转动到焊枪
11
的位置，夹紧焊枪
11
中的旧钨极，再沿旋转轴的方向移动将旧钨极取出
。
86.具体来说，第一个示意图为钨极自动更换装置处于初始状态，此时夹持部位于出料口的下方
。
第二个示意图中，气动滑台推动夹持部下降，摆动气缸摆动
180
度，使得夹持部转到焊枪下方
。
第三个示意图中，气动滑台推动夹持部位置上升至设定位置，夹持部处于松开状态，旧钨极插入到夹持部中
。
第四个示意图中，夹紧气缸驱动夹持部夹紧旧钨极，焊枪松开旧钨极，气动滑台推动夹持部下降至指定位置，使得旧钨极完全脱离焊枪
。
87.旧钨极回收步骤
s2
，如图9中的第五
、
第六个示意图所示，摆动气缸摆动
180
度，使得夹持部转到钨极仓组件的下方，也即旧钨极收集仓的上方，夹紧气缸使得夹持部松开旧钨极，旧钨极被自身重力自动掉落进入旧钨极收集仓中
。
88.新钨极取出步骤
s3
，如图9中的第七
、
第八个示意图所示，夹持部
26
转动到出料口
34
的位置，因在旧钨极回收步骤
s2
中已转到该位置，故此时不再转动
。
89.气动滑台使得夹持部
26
位置上升，夹持部与出料口
34
配合以通过锥度定位
。
针形气缸的活塞杆伸出，将新钨极推入夹持部的中空部一定距离后，夹持部
26
夹紧钨极仓组件3伸出的新钨极
。
气动滑台使得夹持部位置下降，将新钨极完全取出
。
90.新钨极安装步骤
s4
，如图9中的第九
、
第十个示意图所示，夹持部
26
夹持新钨极转动到焊枪
11
的位置，再沿旋转轴的方向移动将新钨极插入到焊枪
11
中
。
91.具体来说，摆动气缸摆动
180
度，夹持部位于焊枪的下方，气动滑台使得夹持部夹着新钨极位置上升，将新钨极插入到焊枪中，焊枪夹紧新钨极，夹持块松开新钨极
。
至此，实现了焊枪钨极的更换过程
。
92.最后，如图9中的第十一
、
第十二个示意图所示，气动滑台使得夹持部下降，摆动气缸摆动
180
度，气动滑台使得夹持部上升，钨极自动更换装置回到初始状态，等待下一次更换钨极的指令
。
93.该钨极自动更换装置整体结构精简，尺寸较小，钨极更换方法的步骤简约，动作简单，钨极仓中可容纳较多数量的钨极，使得该装置可以在热室内长期稳定使用，且更换钨极的效率较高
。
94.本技术提出的钨极自动更换装置主要适用于热室内部，由此，本技术还提出一种热室内的自动焊接系统，以阐述一个该钨极自动更换装置的典型使用场景
。
95.如图7和图8所示，热室内的自动焊接系统包括安装平台4和安装在安装平台4上的焊枪
11
，还包括根据本技术所述的钨极自动更换装置
。
96.在热室内整备放射性废物桶时，最后一步为桶盖与桶体的焊接，以保证放射性废物安全可靠的包容在桶内，以进行进一步的处理
。
97.如图7所示，自动焊接系统包括升降旋转平台
9、
焊接装置7和运行支架
8。
桶盖与桶体放置在升降旋转平台9上，焊接装置7固定在运行支架8上，焊接装置7可以沿运行支架8滑动
。
当需要焊接桶盖与桶体时，焊接装置7运动至桶盖与桶体上方，升降旋转平台9调节高度至预定位置后，焊枪组件1开始焊接，升降旋转平台9按预定程序旋转，即可完成桶盖与桶体的焊接
。
98.如图8所示，焊接装置7包括焊枪组件
1、
安装平台4和钨极自动更换装置
。
99.总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：
100.1、
该钨极自动更换装置通过设置运输组件的位移部可带动夹持部进行两个自由度的位移，使得夹持部可夹持钨极在焊枪和钨极仓组件之间移动，该装置可以实现热室内焊枪钨极的自动更换，全程无需人员或其他设备的协助，自动化程度高，且在热室内无安装位置的限制
。
101.2、
该钨极自动更换装置通过设置摇臂
、
滑台
、
夹爪，以及分别通过气动滑台
、
摆动气缸
、
夹紧气缸驱动，选用的这些部件的结构均比较简单，且相比于电动部件来说稳定性较高，维修需求较少，不受放射性影响，特别适用于热室中长期使用
。
102.3、
该钨极自动更换装置通过设置夹持部具有内锥面和外锥面等结构，使得可以通过替换夹持部，分别与各种不同规格的钨极配合，该装置的通用性较强；夹持部与钨极仓组件的出料口配合，使得夹持部的定位更加精准，降低了安装精度要求
。
103.4、
该钨极自动更换装置整体结构精简，尺寸较小，钨极更换方法的步骤简约，动作简单，钨极仓中可容纳较多数量的钨极，使得该装置可以在热室内长期稳定使用，且更换钨极的效率较高
。
104.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化
。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改
、
等同替换
、
改进等，均应包含在本发明的保护范围之内
。