專利名稱：接合管式加熱器部分的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接合管式加熱器的兩個(gè)不同部分。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于在沒有其它部件或者不需對(duì)加熱器部分的端部進(jìn)行特殊制備的情況下，將冷的銷部分(pin section)的一端與具有加熱元件線圈的部分的端部連接在一起的方法和裝置。
背景技術(shù)：
典型地，加熱器包括內(nèi)部金屬電阻線圈，被稱作加熱元件，絕緣填料包圍該線圈，而該絕緣填料被外部金屬護(hù)套包裹。這種加熱器在本領(lǐng)域是公知的。這些加熱器利用由圓形金屬管制成的護(hù)套構(gòu)建。有時(shí)被稱作“管式加熱器”，即使護(hù)套在制造之后被輥軋或者平整也是如此。
在許多應(yīng)用中，有必要提供具有至少一個(gè)可加熱(“可加熱”)部分和至少一個(gè)未被加熱(“冷”)部分的管式加熱器。該可加熱部分通常包括加熱元件線圈，該加熱元件線圈由電阻材料螺旋纏繞而成，并被諸如氧化鎂的絕緣填充材料包圍，該絕緣填充材料被外部金屬護(hù)套包圍。該冷部分通常具有電力銷(通常稱作“冷銷”)。該冷部分被絕緣填充材料包圍，而該絕緣填充材料被類似于在可加熱部分使用的金屬護(hù)套包圍。在制造過程中，冷銷與可加熱部分的加熱元件線圈連接。將電壓施加到冷銷上，該電壓將電流傳導(dǎo)到加熱元件線圈上以產(chǎn)生熱量。在其它應(yīng)用中，可能有必要將管式加熱器制成其功率密度沿著加熱器的長度變化。在加熱器組件中的許多變化需要對(duì)這些管式加熱器進(jìn)行特制和接合。
在美國專利No.5864941(“′941專利”)中公開了一種接合所述可加熱部分和冷部分的新型方式，該專利授權(quán)給Baichoo等人，轉(zhuǎn)讓給Watlow Electric Manufaturing Company”，其整個(gè)內(nèi)容在此引入作為參考。該′941專利教導(dǎo)了一種方法，通過首先以如下方式從可加熱部分的護(hù)套的端部暴露加熱元件線圈的實(shí)質(zhì)部分將可加熱部分的一端與冷部分的一端接合1)手工切除護(hù)套和絕緣填料的一部分，2)將帶有錐形端部的冷銷插入加熱元件線圈的暴露的端部，然后3)將所述兩個(gè)端部物理連接起來。最終，將絕緣填料圍繞冷銷和冷銷-加熱元件接合處布置，同時(shí)金屬套筒圍繞該絕緣填料布置。優(yōu)選地，各可加熱部分和冷部分的端部通過傳統(tǒng)的焊接工藝連接到金屬套筒上，然后整個(gè)組件被型鍛成統(tǒng)一的直徑。
′941專利代表了相對(duì)于現(xiàn)有方法，將管式加熱器的可加熱部分和冷部分接合在一起的更加改進(jìn)的方法。但是，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。例如，現(xiàn)有技術(shù)的接合操作需要手工切割加熱器部分以暴露加熱元件線圈，然后手工將冷銷焊接到加熱元件線圈上，對(duì)焊接部分進(jìn)行絕緣，將在絕緣端子上滑動(dòng)金屬管到可加熱部分的護(hù)套，之后型鍛該管子以完成連接。而且，′941專利的方法需要庫存多種不同的部件和材料，諸如金屬套管和絕緣填料。
因此，本領(lǐng)域出現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)方法和裝置的需要，即在沒有其它部件或者不需對(duì)加熱器部分的端部進(jìn)行特殊制備的情況下，將兩個(gè)管式加熱器部分的端部接合在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首要目的是提供一種在沒有附加部件或者對(duì)管式加熱器的冷部分和可加熱部分的端部進(jìn)行特殊手工制備的情況下將所述部分的相應(yīng)端部接合在一起的裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于將管式加熱器的冷部分和可加熱部分的相應(yīng)端部接合在一起的自動(dòng)裝置和方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種通過熔化冷銷的一部分并且將該部分物理結(jié)合到可加熱部分的端部上而將管式加熱器的冷部分的一端與可加熱部分接合在一起的裝置。
本發(fā)明的這些和其他目的在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，對(duì)該實(shí)施例利用示例而非限制性方式加以描述，這些實(shí)施例提供了將管式加熱器的冷部分和可加熱部分的相應(yīng)端部接合起來的方法和裝置。
總之，本發(fā)明通過提供將管式加熱器的可加熱部分接合到冷部分上的裝置，克服并且實(shí)質(zhì)上減少了在現(xiàn)有技術(shù)中的不足。管式加熱器的可加熱部分產(chǎn)生用于傳熱系統(tǒng)的熱能并且包括具有絕緣填料的外部護(hù)套，所述絕緣填料包圍基本沿著所述外部護(hù)套長度延伸的中心加熱元件線圈。當(dāng)正確裝配時(shí)，使加熱元件線圈產(chǎn)生熱量的電流經(jīng)過加熱元件線圈。管式加熱器的冷部分提供必要的電流給可加熱部分，并且包括帶有絕緣填料的外部護(hù)套，所述絕緣填料包圍基本沿著所述外部護(hù)套長度延伸的導(dǎo)電冷銷。在接合操作中，本發(fā)明的正確裝配后的管式加熱器將可加熱部分和冷部分結(jié)合在一起，從而電流從冷銷流到用于產(chǎn)生熱能的加熱元件線圈。
根據(jù)本發(fā)明用于接合管式加熱器的裝置包括限定一腔室的外殼。該腔室包括從所述外殼的一側(cè)延伸的平臺(tái)和輥組件，所述外殼具有沿著其中心形成的凹口部分，所述輥組件延伸穿過沿著所述外殼的相對(duì)一側(cè)形成的開口。所述外殼還限定出與腔室連通的第一和第二相對(duì)孔口。所述第一和第二孔口分別與凹口部分和輥組件對(duì)準(zhǔn)。輥組件和平臺(tái)包括分別與第一和第二孔口對(duì)準(zhǔn)的放置部分和準(zhǔn)備部分，所述放置部分和準(zhǔn)備部分在其上制備可加熱部分和冷部分并在接合操作中便于移動(dòng)這些部分。所述外殼還包括至少一個(gè)焊接末端，該焊接末端延伸到腔室中，并且適于熔化所述冷銷的暴露端部，然后在接合操作中將加熱元件與冷銷的鄰接端圓周焊接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的方法，使用者首先將可加熱部分放置在平臺(tái)的凹口部分上，將冷部分放置在輥組件的放置部分上。然后穿過第一和第二孔口將可加熱部分和冷部分引導(dǎo)到腔室中至預(yù)定深度。在進(jìn)入腔室之后，可加熱部分的暴露端部與位于所述外殼中的止動(dòng)件接觸，將焊接末端放置成與具有暴露冷銷的冷部分的端部緊密靠近。通過將高電壓施加在焊接末端與冷銷之間而激勵(lì)電弧的焊接末端使冷銷的暴露部分變成熔池。然后引導(dǎo)焊接末端不與冷銷接觸，使可加熱部分和冷部分的端部彼此物理接觸，從而隨著熔池圍繞線圈固化，冷銷的熔池與加熱元件線圈的暴露端部形成牢固焊接連接。然后使第二焊接末端緊密鄰近外部護(hù)套的端部，以在可加熱部分和冷部分借助于輥組件準(zhǔn)備部分圍繞其中心旋轉(zhuǎn)時(shí)形成沿著所述端部的接合處的圓周焊接接縫，從而在其間建立接合。
本發(fā)明的另外目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征將在下面的說明中闡明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀下述更詳細(xì)說明和附圖后將更明了這些目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征，貫穿全文，相同的元件用相同的附圖標(biāo)記指代。


圖1是側(cè)視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的管式加熱器的可加熱部分和冷部分；圖2是根據(jù)本發(fā)明沿著圖1中的線2-2截取的可加熱部分的端視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明沿著圖1中的線3-3截取的冷部分的端視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的透視圖；圖5是沿著根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的圖4中線5-5截取的橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的端視圖；圖7是沿著根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的圖4中線7-7截取的橫截面圖；圖8是沿著根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的圖4中線8-8截取的橫截面圖；圖9是沿著圖4中的線8-8截取的橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的接合操作順序；圖10是根據(jù)本發(fā)明連接的可加熱部分和冷部分的局部剖開的側(cè)視圖；圖10a是根據(jù)本發(fā)明從圖10放大的剖視圖；
圖11示出根據(jù)本發(fā)明接合操作中的另一順序；圖12是根據(jù)本發(fā)明通過圓周焊接連接的可加熱部分和冷部分的側(cè)視圖；圖13是沿著圖4中的線13-13截取的橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明輥組件的旋轉(zhuǎn)；圖14是透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明接合裝置的可替換實(shí)施例；圖15是沿著圖14中的線15-15截取的橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的接合裝置的可替換實(shí)施例；以及圖16是沿著圖14中的線16-16截取的橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明接合裝置的可替換實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，解釋根據(jù)本發(fā)明用于接合管式加熱器11的裝置的實(shí)施例，該裝置大體如圖4中的10所示。
參見圖1-4，管式加熱器11是提供熱源的傳統(tǒng)加熱裝置，包括可加熱部分20，該可加熱部分與冷部分22相連。可加熱部分20設(shè)置用于產(chǎn)生熱量的裝置并且包括具有絕緣填料86的長外部護(hù)套78，絕緣填料86包圍沿著可加熱部分20長度延伸的傳統(tǒng)加熱元件84，而冷部分22傳導(dǎo)用于給可加熱部分20提供電能的電流，并且包括類似形狀的外部護(hù)套88，該外部護(hù)套也具有絕緣填料86，冷銷94可連接到電源(未示出)。利用接合裝置10實(shí)現(xiàn)的接合不僅在加熱元件84與冷銷94之間提供焊接連接，而且沿著對(duì)應(yīng)可加熱部分20和冷部分22的外部護(hù)套端部的接合處提供圓周焊接接縫134(圖12)。
具體參見圖1和2，可加熱部分20的外部護(hù)套78可由合適的耐熱材料制成，包括但不局限于鐵、鐵合金、金屬或非金屬制成?？杉訜岵糠?0包括接合端80和相對(duì)端82，在兩個(gè)端部80、82之間帶有沿著縱向延伸的螺旋加熱元件84。雖然任何合適的絕緣材料都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍中，優(yōu)選地，由諸如氧化鎂的導(dǎo)熱材料制成的填料86包圍加熱元件84。為了制備用于接合的可加熱部分20，應(yīng)該切割接合端80使之齊平并與中心軸線76垂直。雖然不是必須的，但優(yōu)選地，使用者在遠(yuǎn)離可加熱部分20的方向上抓住并使螺旋加熱元件84的一段暴露，從而使加熱元件84從接合端80向外延伸大約1/16英寸，這將在下文中進(jìn)行詳細(xì)討論。
參見圖1、3和4，冷部分22的外部護(hù)套88具有接合端90和相對(duì)端92，在這兩個(gè)端部90、92之間有沿著縱向延伸的冷銷94。動(dòng)力適配器95連接到與所述相對(duì)端92相鄰的冷銷94，用來將銷94連接到電源(未示出)。填料86也在外部護(hù)套88和銷94之間包圍和固定冷銷94。優(yōu)選地，外部護(hù)套88的橫截面輪廓基本與可加熱部分20的外部護(hù)套78的橫截面輪廓在形狀和尺寸上相同。優(yōu)選地，在接合之前，接合端90被切齊并且垂直于中心軸線76。
參見圖4，接合裝置10包括用于將可加熱部分20和冷部分22的鄰接端連接到一起的外殼12，以及輥組件14和平臺(tái)35，該輥組件和平臺(tái)在兩步接合操作中提供準(zhǔn)備區(qū)(staging area)和用于正確定位可加熱部分20和冷部分22的裝置。外殼12由上表面34和下表面38、前表面42和后表面48、相對(duì)側(cè)表面50和56限定，這些表面整體限定出內(nèi)部腔室62。為了可以安全地觀察腔室62和接合操作，穿過前表面42形成的開口44被帶顏色的觀察板112覆蓋，該觀察板利用保持部件114固定。輥組件14為正確對(duì)準(zhǔn)和承載所述冷部分22來在致動(dòng)器24的作用下沿著中心軸線76(圖4、13)定向移動(dòng)提供了平穩(wěn)的平臺(tái)，所述致動(dòng)器24也被承載在輥組件14上，這將在下文更詳細(xì)討論。
輥組件14包括可沿著相應(yīng)中心主線68、74旋轉(zhuǎn)的第一和第二輥16、18。如圖4和9所示，第一和第二輥16、18限定出延伸通過腔室62的相應(yīng)第一端部64、70和第二端部66、72。輥組件14還限定出用于放置冷部分22的放置部分17和用于在為隨后接合操作的準(zhǔn)備中對(duì)可加熱部分20和冷部分22進(jìn)行制備的準(zhǔn)備部分15。優(yōu)選地，第一和第二輥16、18具有伸長的管狀結(jié)構(gòu)，能夠利用傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置75(圖7、8)圍繞它們各自的中心軸線68、74進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
參見圖7和8，驅(qū)動(dòng)裝置75包括但不局限于由電力、水力或者氣體動(dòng)力供給能量的馬達(dá)，該馬達(dá)向齒輪77提供圍繞中心軸線79的驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪63、65與齒輪77嚙合以給第一和第二輥16、18提供驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。齒輪63、65在減小直徑區(qū)域71、73上方滑動(dòng)并且摩擦接合減小直徑部分71、73。換句話說，驅(qū)動(dòng)裝置75驅(qū)動(dòng)齒輪77在繞軸線79的方向上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)齒輪77與齒輪63、65嚙合，在各相反的方向上驅(qū)動(dòng)第一輥16進(jìn)行圍繞軸線68的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、第二輥18進(jìn)行圍繞軸線74的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為了為TIG焊接機(jī)32提供間隙，同時(shí)保持第一和第二輥16、18緊密靠近，在第一和第二輥16、18中形成相應(yīng)的縱向?qū)?zhǔn)槽59、61。當(dāng)可加熱部分20和冷部分22被輥16、18可圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)地承載時(shí)，在輥16、18中布置槽59、61另外允許在該可加熱部分20和冷部分22之間形成圓周焊接接縫134，這將在下文詳細(xì)討論。
參見圖4和6-8，平臺(tái)35在與輥組件14相反的方向上從外殼12的表面50縱向延伸，并且包括沿其形成的縱向凹口部分37，用于與中心軸線76正確對(duì)準(zhǔn)地保持可加熱部分20。如圖6所示，可加熱部分20的外部護(hù)套78使得第一和第二切向接觸部39、41與凹口部分37接觸，從而可加熱部分20進(jìn)一步與中心軸線76正確保持對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)榘伎诓糠?7的側(cè)面被導(dǎo)圓以與輥組件14的半徑匹配，具有不同直徑的可加熱部分20也可保持與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)。而且在與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)，用于將接納可加熱部分20穿過的孔口54與腔室62連通。為了防止可加熱部分20過量插入腔室20，在止動(dòng)件26的柱塞116被引入腔室62中時(shí)，柱塞116與可加熱部分20接觸。用于防止可加熱部分20沿著中心軸線76進(jìn)一步縱向移動(dòng)的輥致動(dòng)器28包括垂直向下延伸進(jìn)入腔室62的致動(dòng)輥120。致動(dòng)輥120建立與可加熱部分20的切向可旋轉(zhuǎn)接觸。止動(dòng)件26和輥致動(dòng)器28利用來自氣動(dòng)源(未示出)的相應(yīng)氣動(dòng)接口118和122來提供柱塞116和輥120的驅(qū)動(dòng)控制。
參見圖4、9和13，冷部分22被沿著放置部分17放置在輥16、18之間，從而接合端90面對(duì)孔口60并且與可加熱部分20沿著中心軸線76軸向?qū)?zhǔn)。用于為冷部分22提供驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器24與冷部分22的相對(duì)端92接觸設(shè)置，用來沿著輥組件14驅(qū)動(dòng)冷部分22，使之進(jìn)入腔室62直至接合端90接觸可旋轉(zhuǎn)TIG焊接機(jī)30。如圖9所示，接合端90接觸環(huán)形隔離墊片126接觸，該隔離墊片126優(yōu)選地由陶瓷或其它耐火材料制成，該隔離墊片圍繞TIG焊接機(jī)30的焊接末端124，從而在接合端90和焊接末端124之間保持正確的間隔。在這一位置中，焊接末端124也與中心軸線76基本對(duì)準(zhǔn)。因?yàn)榧訜嵩?4和冷銷94每個(gè)分別在部分20和22中對(duì)中，因此加熱元件84和冷銷94沿著中心軸線76基本彼此對(duì)準(zhǔn)。
參見圖4和9，致動(dòng)器24包括具有接觸端98和遠(yuǎn)端100的圓柱形殼體106，將直接作用力110同時(shí)施加到冷部分22上，同時(shí)也將電流傳送給部分22。致動(dòng)器24還包括導(dǎo)電元件102，該導(dǎo)電元件沿縱向延伸通過殼體106，并且適于與位于遠(yuǎn)端100處的電力接口108連接。當(dāng)致動(dòng)器24接觸冷部分22時(shí)，將電流從電源(未示出)通過導(dǎo)電元件102傳導(dǎo)到冷部分22。導(dǎo)電元件102在殼體106中利用圍繞該導(dǎo)電元件102的絕緣材料104對(duì)中。在沿著輥組件14的放置部分17的輥16、18之間的位置上，導(dǎo)電元件102保持與中心軸線76基本對(duì)準(zhǔn)。如圖4所示，諸如氣動(dòng)或者水力源的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)產(chǎn)生用于沿著中心軸線76縱向驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器24的驅(qū)動(dòng)力110。由此，在使用者將冷部分22放置在位于殼體12和致動(dòng)器24之間的放置部分17上時(shí)，在接合操作過程中，致動(dòng)器24沿著中心軸線76朝向外殼12接觸和驅(qū)動(dòng)冷部分22。
參見圖9和11，TIG焊接機(jī)30優(yōu)選地為鎢極惰性氣體保護(hù)(TIG)焊接裝置，用于在接合操作中熔化冷銷94的暴露端。TIG焊接機(jī)30包括旋轉(zhuǎn)臂123，帶有在其自由端形成的焊接末端124。焊接末端124是傳統(tǒng)的鎢電極，該鎢電極提供了用于在加熱元件84和冷銷94的暴露端之間實(shí)現(xiàn)焊接連接的手段。如圖所示，環(huán)形間隔件126圍繞焊接末端130并且確保了焊接末端130與冷部分22的接合端90之間的正確間隔。旋轉(zhuǎn)臂123可圍繞樞轉(zhuǎn)軸線125旋轉(zhuǎn)以將焊接末端124轉(zhuǎn)入與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)，或者轉(zhuǎn)出不與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)焊接末端124與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)時(shí)，間隔件126用作對(duì)應(yīng)于冷部分22的接合端90的止動(dòng)件，該冷部分22已經(jīng)沿著中心軸線76被致動(dòng)器24導(dǎo)向，如上所述。惰性氣體源(未示出)經(jīng)由惰性氣體接口129將惰性氣體輸送給腔室62來改進(jìn)焊接質(zhì)量，該惰性氣體接口穿過在前表面42上形成的孔口115。
參見圖9、11-13，TIG焊接機(jī)32也是用于在可加熱部分20的接合端80與冷部分22的接合端90之間提供圓周焊接接縫134的TIG焊接裝置。TIG焊接機(jī)32包括具有焊接末端130的臂131，該臂131延伸穿過位于外殼12的下表面38中的孔口40，并且與腔室62聯(lián)系。為了適應(yīng)不同直徑的所述部分20、22，焊接機(jī)32可以垂直調(diào)整。焊接末端130接收沿著電力接口132傳導(dǎo)的電流，該電流由電源(未示出)提供，用來激勵(lì)電焊弧。在可加熱部分20的制備階段，接合端80與焊接末端130徑向?qū)?zhǔn)定位，因此焊接末端130與外部護(hù)套78相鄰定位。接合端80與焊接末端130之間的徑向?qū)?zhǔn)利用輥致動(dòng)器28的輥120保持。輥120借助于由驅(qū)動(dòng)裝置75驅(qū)動(dòng)的輥組件14使得可加熱部分20圍繞中心軸線76旋轉(zhuǎn)，同時(shí)不允許該可加熱部分沿著中心軸線76縱向平移，這樣保持了為沿著接合處136形成圓周焊接接縫134所需的軸向?qū)?zhǔn)，將在下文詳細(xì)描述。
參見圖4-13，現(xiàn)在將描述接合裝置10的接合操作。將冷部分22放置在輥組件14的放置部分17上，并由該放置部分可旋轉(zhuǎn)地承載該冷部分22，因此接合端90面對(duì)孔口60，外部護(hù)套88保持與第一輥16和第二輥18切向接觸，從而冷銷94基本與中心軸線76對(duì)準(zhǔn)。使用者沿著中心軸線76在朝向外殼12的方向上引導(dǎo)所述冷部分22，直至接合端90進(jìn)入腔室62并且與焊接機(jī)30的間隔件126接觸。致動(dòng)器24然后沿著中心軸線76在朝向冷部分22的方向上滑動(dòng)，直到導(dǎo)電元件102與第二端92相鄰定位。接著，使用者將可加熱部分20放置在平臺(tái)35的凹口部分37中，并且沿著中心軸線76朝向孔口54引導(dǎo)可加熱部分20，直至接合端80進(jìn)入腔室62并且外部護(hù)套78與止動(dòng)件26的柱塞116接觸。一旦接觸柱塞116，可加熱部分20的至少一部分被準(zhǔn)備部分15可繞中心軸線26旋轉(zhuǎn)地承載，該準(zhǔn)備部分用來在對(duì)后續(xù)可加熱部分20與冷部分22的接合操作的準(zhǔn)備過程中對(duì)可加熱部分20進(jìn)行制備。
優(yōu)選地，柱塞116與接合端80之間的接觸建立了電路(未示出)，該電路導(dǎo)致輥120從輥致動(dòng)器28開始向下延伸并且與外部護(hù)套78切向接觸，從而進(jìn)一步防止可加熱部分20沿著中心軸線76縱向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還允許其圍繞該軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)源沿著中心軸線76將驅(qū)動(dòng)力110施加到致動(dòng)器24上，從而導(dǎo)致導(dǎo)電元件102與冷銷94的動(dòng)力適配器95接觸。這一動(dòng)作迫使冷部分22沿著中心軸線76在朝向外殼12的腔室62的方向上移動(dòng)。致動(dòng)器24引導(dǎo)冷部分22進(jìn)入腔室62，從而接合端90從放置部分17進(jìn)入準(zhǔn)備部分15，直至接合端90與TIG焊接機(jī)30的間隔件126接觸。這一接觸使焊接末端124與冷銷94在接合端90緊密鄰近。一旦用于可加熱部分20和冷部分22的準(zhǔn)備階段已經(jīng)完成，惰性氣體源(未示出)經(jīng)由惰性氣體接口129向腔室62輸送惰性氣體。電源然后輸送電流，該電流沿著致動(dòng)器24的接口108傳輸通過導(dǎo)電元件102的接觸端98。一旦將電流傳輸通過冷銷94到達(dá)焊接末端124，電路完成，該電路然后將電流傳送通過TIG焊接機(jī)30的電氣接口，從而將高電壓施加到焊接末端126與冷銷94之間。一旦由于其間存在電壓，在焊接末端126與冷銷94之間形成電弧，則冷銷94沿著接合端90定位的暴露部分熔化，從而在其上形成熔池128。
一旦熔池128形成，則TIG焊接機(jī)30圍繞樞轉(zhuǎn)軸線125旋轉(zhuǎn)，直至提供足夠的間隙以允許冷部分22沿著穿過TIG焊接機(jī)30的中心軸線76進(jìn)一步縱向行進(jìn)。氣動(dòng)接口122然后將柱塞116移出冷部分22的路徑。一旦TIG焊接機(jī)30已經(jīng)旋轉(zhuǎn)離開，則將驅(qū)動(dòng)力110再次施加到致動(dòng)器24上以沿著中心軸線76引導(dǎo)冷部分22，直到接合端90與可加熱部分20的接合端80接觸。因?yàn)榭杉訜岵糠?0和冷部分22共享沿著輥組件14的共用軸線76，因此熔池128和加熱組件84相互直接接觸，在熔池128圍繞加熱元件84固化的同時(shí)在其間形成焊接連接。
當(dāng)這一焊接連接仍在形成時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)裝置75的齒輪77與第一輥16和第二輥18的齒輪63、65嚙合，因此輥組件14的第一輥16和第二輥18被驅(qū)動(dòng)以在相同的旋轉(zhuǎn)方向上圍繞各自的軸線68、74旋轉(zhuǎn)?？杉訜岵糠?0和冷部分22被輥組件14可旋轉(zhuǎn)地承載，因此這一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)向和諧轉(zhuǎn)動(dòng)的可加熱部分20和冷部分22施加圍繞軸線76的相反的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電力然后被施加到與形成在第一輥16和第二輥18上的槽59、61縱向?qū)?zhǔn)的TIG焊接機(jī)32的焊接末端130上。TIG焊接機(jī)32將高電壓施加到焊接末端130與所述部分20、22的外部護(hù)套78、88之間，該高電壓激勵(lì)焊弧。隨著可加熱部分20和冷部分22圍繞中心軸線76旋轉(zhuǎn)，在焊接末端130和所述部分20、22之間激勵(lì)的焊弧在相應(yīng)接合端80、90的外部護(hù)套78、88之間沿著接合處136形成圓周焊接接縫134。槽59、61在所形成的圓周焊接接縫134與第一輥16、第二輥18之間形成間隙。一旦完整的圓周焊接接縫134形成，輥120回縮，從致動(dòng)器24去除驅(qū)動(dòng)力110?，F(xiàn)在接合操作完成，并且可通過沿著中心軸線76在遠(yuǎn)離腔室62的方向上引導(dǎo)可加熱部分20的相對(duì)端82，直至冷部分22的相對(duì)端92完全穿過孔口54，來移除新接合的可加熱部分20和冷部分22。一旦移除接合后的所述部分20、22，則可重復(fù)操作。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然能利用任何焊接方法來實(shí)現(xiàn)所述焊接連接和圓周焊接接縫。另外，可以使用單個(gè)TIG焊接機(jī)或者多個(gè)TIG焊接機(jī)。而且，顯然除了氣動(dòng)之外，諸如液壓、電力或者機(jī)械裝置的多種驅(qū)動(dòng)或者致動(dòng)方法落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參見圖14，現(xiàn)在將描述本發(fā)明的替換實(shí)施例，該實(shí)施例以附圖標(biāo)記200指代。為了清楚起見，除非特殊指出，所有部件保持與優(yōu)選實(shí)施例10相同。替換實(shí)施例200和優(yōu)選實(shí)施例10之間的顯著差別在于缺少輥組件14。替代輥組件14，替換實(shí)施例200包括軸向與平臺(tái)35對(duì)準(zhǔn)的平臺(tái)214并且包括基本與凹口部分37相同的凹口部分237，從而可將可加熱部分20和冷部分22保持在軸向?qū)?zhǔn)。
參見圖15-16，替代實(shí)施例200和優(yōu)選實(shí)施例10的另一區(qū)別是用軌道焊接裝置240代替焊接裝置32。軌道焊接裝置240包括環(huán)形轉(zhuǎn)子244，該環(huán)形轉(zhuǎn)子將的焊接末端246固定在其中，用于沿著可加熱部分20和冷部分22的結(jié)合形成圓周焊縫。優(yōu)選的，焊接裝置240是TIG焊接機(jī)。如上所述，在熔池128已經(jīng)沿著接合端90形成則可加熱部分20和冷部分22物理接觸之后，形成圓周焊縫。轉(zhuǎn)子244被焊接頭242可旋轉(zhuǎn)的承載。為了解決可加熱部分20和冷部分22的不同直徑，焊接裝置240可包括對(duì)中裝置(未示出)以便相對(duì)于所述部分20、22將裝置240保持在對(duì)中位置。裝置240可在末端246在焊接頭242內(nèi)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著其縱軸引導(dǎo)焊接末端246，從而裝置240可在沒有對(duì)中裝置的情況下解決可加熱部分20和冷部分22的不同直徑。可選的，可使用針對(duì)所述部分20、22的每一直徑配置尺寸的獨(dú)一無二的焊接裝置240。
雖然在替代實(shí)施例200中，可加熱部分20和冷部分22不是沿著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而影響圓周焊縫的形成，但所述部分20、22沿著軸向利用輥致動(dòng)器28以與優(yōu)選實(shí)施例10中相同的方式固定。類似地，止動(dòng)件26也動(dòng)作以控制可加熱部分20的軸向位置，雖然由于焊接裝置240的位置，如在優(yōu)選實(shí)施例10中所述，止動(dòng)件26必須相對(duì)于中心軸線76被定位在傾角248處以提供足夠的間隙。
另外，本發(fā)明設(shè)想到，根據(jù)接合操作是否為自動(dòng)進(jìn)行的，可改變操作順序。在自動(dòng)操作中，冷部分22優(yōu)選地被首先安裝在如上所述的輥組件14上。一旦可加熱部分20的接合端80接觸柱塞116，則利用接合裝置10啟動(dòng)接合操作的電路完成。但是，在手動(dòng)操作中，準(zhǔn)備可加熱部分20和加熱部分22的順序不是嚴(yán)格的，只要已經(jīng)準(zhǔn)備好冷部分22并且可加熱部分20與柱塞116在腔室62內(nèi)接觸即可。還應(yīng)該明白，將惰性氣體引入外殼12中的時(shí)間不是嚴(yán)格的，只要在外殼12中存在惰性氣體來方便焊接即可。
雖然輥組件14的優(yōu)選實(shí)施例只從外殼12的一側(cè)延伸，但輥組件也能從外殼12的兩側(cè)延伸，從而有效替代平臺(tái)35。
而且，雖然優(yōu)選實(shí)施例示出可加熱部分20沿著平臺(tái)35進(jìn)入腔室62、冷部分沿著輥組件14進(jìn)入腔室62，但顯然這一布置可以相反。
從上述內(nèi)容應(yīng)該明白，雖然已經(jīng)圖示和說明了特定的實(shí)施例，但可在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下做出各種修改。因此，說明書不用來限制本發(fā)明，相反，本發(fā)明的保護(hù)范圍只由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于接合管式加熱器(11)的可加熱部分(20)和冷部分(22)的裝置(10)，所述可加熱部分(20)具有相對(duì)端部(80，82)，包括外部護(hù)套(78)和加熱元件(84)，所述加熱元件(84)位于所述外部護(hù)套(78)中，并且所述冷部分(22)具有相對(duì)端部(90，92)，包括外部護(hù)套(88)和冷銷(94)，所述裝置(10)包括限定腔室(62)的外殼(12)，所述外殼(12)進(jìn)一步限定與所述腔室(62)連通的相對(duì)孔口(54，60)；至少一個(gè)焊接末端(124，130)，延伸到所述腔室(62)中并且能夠熔化所述冷銷(94)，將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，90)焊接在一起；其中，所述可加熱部分(20)的一個(gè)端部(80)與所述冷部分(22)的一個(gè)端部(90)各被引導(dǎo)到相應(yīng)所述相對(duì)孔口(54，60)中的一個(gè)至預(yù)定深度，所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)被放置成與所述冷部分(22)的所述端部(90)的所述冷銷(94)緊密鄰近，在其上形成熔池，所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述端部(80，90)開始接觸，其中隨著所述熔池(128)固化，所述熔池(128)和所述加熱元件(84)在其間形成連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述可加熱部分(20)和冷部分(22)橫截面形狀為圓形。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述焊接末端(30)是鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述腔室(62)填充有惰性氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述加熱元件(84)和所述冷銷(94)基本在相應(yīng)的外部護(hù)套(78，88)中利用填料(86)對(duì)中。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置(10)，其中，所述填料(86)是氧化鎂。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，還包括一對(duì)與所述腔室(62)聯(lián)系并且與所述相對(duì)孔口(54，60)對(duì)準(zhǔn)的輥(16，18)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置(10)，其中，平臺(tái)(35)從所述外殼(12)開始與所述一對(duì)輥(16，18)對(duì)準(zhǔn)地延伸。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置(10)，其中，所述平臺(tái)(35)包括在其中形成用于與所述相對(duì)孔口(54，60)對(duì)準(zhǔn)的槽(59，61)。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置(10)，還包括設(shè)置在所述一對(duì)輥(16，18)上的致動(dòng)器(24)，用于沿著所述一對(duì)輥引導(dǎo)所述冷部分(22)。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)能沿著所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述端部(80，90)的接合處(136)形成焊接接縫，從而在其間建立接合。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述至少一個(gè)焊接末端(30)包括鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置(10)，其中，所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)包括軌道鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)。
14.一種利用接合裝置(10)接合管式加熱器(11)的方法，所述管式加熱器包括可加熱部分(20)和冷部分(22)，所述可加熱部分(20)和冷部分(22)各具有帶有相應(yīng)第一和第二端部(80，82，90，92)的外部護(hù)套(78，88)，所述可加熱部分具有加熱元件(84)，用于產(chǎn)生熱量，所述冷部分(22)具有冷銷(94)，用于傳導(dǎo)電流，所述接合裝置(10)包括限定腔室(62)的外殼(12)，所述外殼(12)進(jìn)一步限定與所述腔室(62)連通的相對(duì)孔口(54，60)；至少一個(gè)焊接末端(124，130)，延伸到所述腔室(62)中并且能夠熔化所述冷銷(94)，將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，90)焊接在一起，所述方法包括以下步驟a)穿過所述相對(duì)孔口將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述第一端部(80，90)朝向彼此引導(dǎo)至預(yù)定深度；b)將所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)放置成與所述冷銷(94)緊密靠近；c)利用所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)沿著所述冷部分(22)的所述第一端部(90)熔化所述冷銷(94)的一部分；d)將所述可加熱部分(20)與所述冷部分(22)的所述第一端部(80，90)壓在一起在其間形成接合處(136)；e)利用所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)沿著所述外部護(hù)套(78，88)的接合處(136)進(jìn)行焊接以在其間形成焊接接縫(134)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，利用鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)進(jìn)行所述步驟c)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，利用鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)進(jìn)行所述步驟e)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，在存在惰性氣體的情況下進(jìn)行所述步驟c)和e)。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，將所述加熱元件(84)沿著所述可加熱部分(20)的長度中心盤繞。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，利用軌道鎢極惰性氣體保護(hù)焊接機(jī)進(jìn)行所述步驟e)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使所述加熱元件(84)的一部分從所述第一端部(80)向外延伸。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述步驟d)中形成接合處(136)，使得所述加熱元件(84)與所述冷銷(94)的所述熔化部分(128)彼此接觸，從而隨著所述冷銷(94)固化，在所述加熱元件(84)與所述冷銷(94)之間形成連接。
22.一種用于接合管式加熱器(11)的可加熱部分(20)和冷部分(22)的裝置(10)，所述可加熱部分(20)具有相對(duì)端部(80，82)，包括外部護(hù)套(78)和加熱元件(84)，所述冷部分(22)具有相對(duì)端部(90，92)，包括外部護(hù)套(88)和冷銷(94)，所述裝置(10)包括包括限定腔室(62)的外殼(12)，所述外殼(12)進(jìn)一步限定與所述腔室(62)連通的相對(duì)孔口(54，60)，用于在所述相對(duì)孔口(54，60)中的一個(gè)內(nèi)接納所述可加熱部分(20)，在另一個(gè)所述孔口(54，60)內(nèi)接納所述冷部分(22)；輥組件(14)，具有第一和第二輥(16，18)，所述輥組件(14)還包括與所述外殼(12)連通的準(zhǔn)備部分(15)和從所述準(zhǔn)備部分(15)延伸出的放置部分(17)，所述第一和第二輥(16，18)與所述相對(duì)孔口(54，60)對(duì)準(zhǔn)；平臺(tái)(35)，從所述外殼(12)延伸出，所述平臺(tái)(35)具有在其中形成的槽(59，61)用來沿其承載所述可加熱部分(20)，所述槽與所述第一和第二輥(16，18)對(duì)準(zhǔn)；致動(dòng)器(24)，沿著所述放置部分(17)位于所述第一和第二輥(16，18)之間，用于沿其引導(dǎo)所述冷部分(22)；以及至少一個(gè)焊接末端(124，130)，延伸到所述腔室(62)中并且能夠熔化所述冷銷(94)，將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，90)連接在一起；其中，在所述可加熱部分(20)和所述冷部分(22)的相應(yīng)端部被放置到各個(gè)所述相對(duì)孔口(54，60)中時(shí)，所述致動(dòng)器(24)引導(dǎo)所述冷部分(22)，從而所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)被放置成與所述冷銷(94)緊密鄰近，在其上形成熔池(128)，所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述端部(80，90)開始彼此接觸，從而隨著所述熔池(128)固化，所述熔池(128)和所述加熱元件(84)在其間形成連接。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置(10)，其中，所述第一和第二輥(16，18)被迫旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而所述可加熱部分(20)和冷部分(22)沿著所述準(zhǔn)備部分(15)一致相反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置(10)，其中，所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)可沿著所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述端部(80，82，90，92)的接合處(136)形成焊接接縫(134)，從而在其間建立接合。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置(10)，其中，所述輥組件(14)延伸穿過所述外殼(12)。
26.如權(quán)利要求22所述的裝置(10)，其中，所述致動(dòng)器(24)驅(qū)動(dòng)所述冷部分(22)進(jìn)入所述相對(duì)孔口(54，60)中的一個(gè)至預(yù)定深度，從而所述冷部分(22)被所述準(zhǔn)備部分(15)可旋轉(zhuǎn)地承載。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置(10)，其中，在所述至少一個(gè)焊接末端(124，130)接觸所述冷銷(94)而在其上形成所述熔池(128)之后，所述致動(dòng)器(24)引導(dǎo)所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，82，90，92)彼此接觸。
28.一種用于接合管式加熱器(12)的可加熱部分(20)和冷部分(22)的裝置(10)，所述可加熱部分(20)包括外部護(hù)套(78)，該護(hù)套具有基本沿著所述護(hù)套(78)的長度在該護(hù)套中延伸的加熱元件(84)，所述冷部分(22)包括外部護(hù)套(88)，該外部護(hù)套具有基本沿著所述護(hù)套(88)的長度在該護(hù)套中延伸的冷銷(94)，所述裝置(10)包括包括限定腔室(62)的外殼(12)，所述外殼(12)進(jìn)一步限定與所述腔室(62)連通的相對(duì)孔口(54，60)，用于在所述相對(duì)孔口(54，60)中的一個(gè)內(nèi)接納所述可加熱部分(20)，在另一個(gè)所述孔口(54，60)內(nèi)接納所述冷部分(22)；平臺(tái)(35)，從所述外殼(12)延伸出，具有在其中形成的凹口(37)；第一和第二輥(16，18)，具有與所述外殼(12)連通的準(zhǔn)備部分(15)和以與所述平臺(tái)(35)相反方向從其延伸出的放置部分(17)，所述第一和第二輥(16，18)以及所述凹口(37)與所述相對(duì)孔口(54，60)對(duì)準(zhǔn)；致動(dòng)器(24)，沿著所述放置部分(17)定位；以及可旋轉(zhuǎn)焊接末端(130)以及固定焊接末端(124)，延伸到所述腔室(62)中，所述可旋轉(zhuǎn)焊接末端(130)能夠熔化所述冷銷(94)，所述固定焊接末端可將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部焊接在一起。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置(10)，其中，一旦所述可加熱部分(20)到達(dá)所述預(yù)定深度，所述致動(dòng)器(24)包括輥(120)，該輥(120)向下延伸到與所述可加熱部分(20)可旋轉(zhuǎn)切向接觸，從而約束所述可加熱部分沿著所述準(zhǔn)備部分(15)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置(10)，其中，當(dāng)所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的相應(yīng)端部(80，90)被放置在各個(gè)所述相對(duì)孔口(54，60)中時(shí)，所述致動(dòng)器(24)能引導(dǎo)所述冷部分(22)與所述可旋轉(zhuǎn)焊接末端(130)接觸而在該冷部分上形成熔池(128)，并且利用所述固定焊接末端(124)，在所述熔池(128)形成之后，所述致動(dòng)器(24)引導(dǎo)所述可加熱部分(20)和冷部分(22)接觸以使所述固定焊接末端(124)將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，90)焊接在一起。
31.如權(quán)利要求28所述的裝置(10)，其中，所述第一和第二輥(16，18)被迫旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而所述可加熱部分(20)和冷部分(22)沿著所述準(zhǔn)備部分(15)一致相反旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而所述固定焊接末端(124)沿著所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的所述端部(80，90)的接合處(136)形成焊接接縫(134)。
全文摘要
一種用于接合管式加熱器(12)的可加熱部分(20)和冷部分(22)的裝置(10)，所述可加熱部分(20)具有外部護(hù)套(78)，該護(hù)套中具有加熱元件(84)，所述冷部分(22)具有外部護(hù)套(88)，該護(hù)套中包括冷銷(94)。所述裝置(10)包括限定腔室(62)的外殼(12)，所述外殼(12)進(jìn)一步限定與所述腔室(62)連通的相對(duì)孔口。焊接末端(130)延伸到所述腔室(62)中并且能夠熔化所述冷銷(94)，在接合操作中將所述可加熱部分(20)和冷部分(22)的端部(80，90)焊接在一起。
文檔編號(hào)B23K9/167GK1658996SQ03813291
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月1日
發(fā)明者喬治·B·德洛奇 申請(qǐng)人:沃特洛電氣制造公司