CN109332850A - 一种全位置管-管相贯线自动焊接***及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全位置管‑管相贯线自动焊接***及焊接方法，属于焊接技术领域。它包括焊接电源；传动部件，其包括一个电机‑减速器、与减速器连接的齿轮及底盘，齿轮固定在底盘上，电机‑减速器与焊接电源电连接；旋转部件，其包括一转盘、横摆滑架、焊炬及与齿轮配合的齿圈，焊炬、齿圈固定在转盘上，横摆滑架横向固定在转盘上，转盘固定在的底盘上，电机‑减速器驱动转盘使焊炬旋转；夹持部件，其包括底座及夹头，两夹头对称设置且与底座转动连接，底座与底盘固定连接；送丝部件，其包括焊丝，焊丝与焊炬连接。该***结构简单，使用方便，通过控制焊接参数和焊接位置，实现对焊件圆度误差和坡口加工误差进行修正，保证焊缝的深度一致性，焊缝的质量高，保障管道的正常使用。

Description

一种全位置管-管相贯线自动焊接***及焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，更具体地说，涉及一种全位置管-管相贯线自动焊接***及焊接方法。
背景技术
相贯线焊缝在实际工业生产中是十分常见的典型焊缝形式，尤其在管道工程和大型压力容器生产过程中，焊接这种空间曲面焊缝劳动强度大且焊接质量不易保证，所以越来越多地采用焊接机器人来进行相贯线的焊接。两空心圆管垂直相贯组成的管-管相贯线，为典型的马鞍形空间曲线，空间曲线的机器人焊接包括平焊、立焊、仰焊等焊接过程，需采用全位置焊接的焊接方式，焊接过程中熔池受力如下图1所示，熔池在整个焊接过程中受到3种力：重力G、表面张力f和电弧吹力F，但在不同的焊接位置只有重力方向相同，其它2种力的方向始终在变化，所以全位置焊接过程中受力很复杂，在不同的位置需要分成若干个区间来设置不同的焊接参数，以满足焊接要求。
为了解决上述的技术问题，经检索，中国专利申请号201610723157.6，申请日为2016年8月25日，发明名称为：一种全位置焊接机，行走驱动单元基板通过导向轮组和行走齿轮侧挂在齿条导轨的一侧，第一直线运动单元的运动轴固定在基板上，第二直线运动单元的运动轴固定在第一直线运动单元的滑动部上，第一焊枪通过第一焊枪固定件固定在第二直线运动单元的滑动部上，第一直线运动单元的运动轴垂直于第二直线运动单元的运动轴，第一角摆轴驱动单元固定在第二直线运动单元的运动轴上，第一角摆轴驱动单元的输出轴与第一焊枪固定件连接，行走驱动单元的输出轴与行走齿轮的轮轴连接。该焊接机的结构较为复杂，制作困难；此外，由于形式各异的焊接件的尺寸不同，这类焊接机无法进行调节，因而适应性差，不能满足目前的焊接需求。
再如中国专利申请号201520760878.5，申请日为2015年9月29日，发明名称为：一种管道全位置自动焊接机，包括焊接管道，导向轨道，固定杆，导向轨道由2个半圆环组成，导向轨道的2个半圆环的接口处设置定位座和紧固件，导向轨道的底面设置固定座，导向轨道通过固定杆支撑在焊接管道的外圆表面，固定杆的下端连接导向轨道底面的固定座，固定杆的上端的水平面高于导向轨道的上平面，导向轨道上设置焊接小车。该焊接机通过导向轨道实现管道的全位置焊接，但是对于不同尺寸的管道，需要制作不同规格的导向轨道，一般情况，制作这类导向轨道的精度高，耐磨性好，导致生产增加，同时适应性差，不利于推广使用。
通过分析上述专利的全位置焊接机结构，由于结构本身的限制，在不同焊接位置的焊接参数和焊枪姿态不容易控制，同时圆管焊件的圆度误差和坡口加工误差使得难以实现焊枪对焊缝的自动精确跟踪，焊缝接头的深度不一致，最终造成焊缝的质量不一致，影响管道的正常使用。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有全位置焊接机对管-管相贯线焊缝无法做到一致性导致焊缝的质量不一致，从而影响正常使用的问题，本发明提供一种全位置管-管相贯线自动焊接***，结构简单，使用方便，通过控制焊接参数和焊接位置，实现对焊件圆度误差和坡口加工误差进行修正，保证焊缝的深度一致性，焊缝的质量高，保障管道的正常使用。
本发明还提供了一种全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，步骤衔接有序，通过对工艺参数的调整，使得焊接的表面光滑，焊接的质量高，可有有效的提高管道的使用寿命。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种全位置管-管相贯线自动焊接***，包括：
焊接电源，为焊接***提供动力来源；
传动部件，其包括一个电机-减速器、与减速器连接的齿轮及底盘，齿轮固定在底盘上，电机-减速器与焊接电源电连接；
旋转部件，其包括一转盘、横摆滑架、焊炬及与齿轮配合的齿圈，所述焊炬、齿圈固定在转盘上，横摆滑架横向固定在所述转盘上，转盘固定在所述的底盘上，电机-减速器驱动转盘使焊炬旋转；
夹持部件，其包括底座及夹头，两夹头对称设置且与底座转动连接，底座与底盘固定连接；
送丝部件，其包括焊丝，所述的焊丝与焊炬连接。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述传动部件还包括一手持把手，手持把手固定在电机的外壳上。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述旋转部件上设有进气管，进气管穿设于横摆滑架上，其一端连接至焊炬，进气管中的氩气为焊炬提供保护。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述的转盘呈开口状，且开口的宽度大于待焊接的管道的直径；所述横摆滑架的数量为三个，其中两个设置在转盘的开口两侧，另一个设置在左上角的转盘上，使得三个横摆滑架呈等腰三角形分布。焊接机可焊接碳钢、不锈钢等各种管/管对接，可选择采用填丝或自熔两种方式，可配一体式送丝机，自动调节弧长，并具有横摆功能。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述的夹头呈圆弧形，夹头所在的圆心与所述转盘的圆心同心分布，可焊管径(mm)，内夹钳：Φ38.1-Φ76mm(1 1/2″-3″)，外夹钳：Φ76-Φ130mm(3″-5″)。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述的进气管的另一端设有快接头。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述的底座上设有进气口，夹头通过进气口提供动力源，将管道夹持住。
于本发明的一种可能的实施方式中，所述的夹持部件还包括设置在底座上的手柄。
本发明还提供了一种上述的全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，包括以下具体步骤：
S101、焊前清理及要求：1)焊接碳钢管时，焊口处5-8mm要抛光除锈，露出金属原色；2)管子切口要平整、垂直，两根管对上后无间隙；3)用丙酮或酒精清洗工件表面油污；
S102、将夹头打开后跨设在待焊接的管道上，然后夹头在气压的作用下夹紧管道；
S103、进气管开始进气，进气量控制在5-8L/min，焊炬预热并送丝，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为1200-1800mm/min；
S104、电机-减速器工作，转动速度为0.11-2.2rpm，驱动转盘使焊炬旋转，对管道进行焊接。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，其通过夹持部件对管道进行定位，然后传动部件施加动力驱动旋转部件在管道的圆周方向转动，通过控制焊接参数和焊接位置，实现对焊件圆度误差和坡口加工误差进行修正，实现对管道的连接处的焊接，保证焊缝的深度一致性，焊缝的质量高，保障管道的正常使用，此外，该***能够做上下提升运动，补偿马鞍落差以实现焊炬沿焊缝做马鞍形轨迹运动；焊接时焊炬的摆动运动，以满足大坡口情况下焊缝的成形质量；
(2)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，电机的外壳上设有手持把手，方便该***的使用安装；
(3)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，其旋转部件上设有进气管，进气管穿设于横摆滑架上，其一端连接至焊炬，进气管中的氩气为焊炬提供保护，可以有效的提高焊缝的质量，保证焊缝的质量满足使用要求；
(4)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，其夹头呈圆弧形，夹头所在的圆心与转盘的圆心同心分布，使得管道夹持后的中心与转盘的圆心一致，转盘做圆周运动，焊接的偏差小，可以保证焊接的可靠性；
(5)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，其底座上设有进气口，夹头通过进气口提供动力源，其采用气动的方式将管道夹持住，夹持的力道大，不易产生晃动，保证焊接的质量；
(6)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***，其采用一体式送丝机对该***进行送丝，可以精准的控制送丝速度，送丝无缠绕，有利于焊缝成型，美观。
(7)本发明的全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，结构简单，易于制造。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为管-管相贯线焊接过程中熔池受力图；
图2为本发明全位置管-管相贯线自动焊接***的结构示意图；
图3为本发明全位置管-管相贯线自动焊接***的局部结构主视图；
图4为图3的侧视图；
图5为本发明旋转部件的结构示意图；
图6为本发明夹持部件的结构示意图；
图7为本发明传动部件的结构示意图；
图8为U型坡口焊接结构示意图；
图9为V型坡口焊接结构示意图。
图中标记说明：
100、焊接电源；
200、传动部件；210、电机-减速器；220、底盘；230、手持把手；240、齿轮；
300、旋转部件；310、转盘；320、横摆滑架；330、焊炬；340、齿圈；350、进气管；360、快接头；
400、夹持部件；410、底座；411、进气口；412、手柄；420、夹头；
500、送丝部件；510、焊丝。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
如图2-7所示的全位置管-管相贯线自动焊接***，包括：焊接电源100，为焊接***提供动力来源。
该焊接***周向固定在管道的外侧，实现圆周方向的焊接，需要以管道的中心为圆心做圆周运动，因此需要传动部件200为其提供动力来源。传动部件200包括一个电机-减速器210、与减速器连接的齿轮240及底盘220，齿轮240固定在底盘220上，电机-减速器210与焊接电源100电连接；传动部件200还包括一手持把手230，手持把手230固定在电机的外壳上，使用时，手持把手230将该***安装在管道上，使用方便快捷。
本实施例的旋转部件300，其包括一转盘310、横摆滑架320、焊炬330及与齿轮240配合的齿圈340，焊炬330、齿圈340固定在转盘310上，横摆滑架320横向固定在转盘310上，转盘310固定在底盘220上，电机-减速器210驱动转盘310使焊炬330旋转。旋转平稳耐用，齿圈轴承导向，阻力小、无间隙；带反馈的闭环控制，精度高。
该***使用的焊炬330为循环水冷式TIG焊炬，标配3.2mm的钨极，最大工作电流200A，暂载率高，可满足长时间工作，在焊接的时候焊点会出现氧化等现象，因此旋转部件300上设有进气管350，进气管350穿设于横摆滑架320上，其一端连接至焊炬330，进气管350中的氩气为焊炬330提供保护，进气管350的另一端设有快接头360，快接头360可以与氩气源快速连接接通，为焊炬330提供充足的氩气。
进一步的，本实施例的转盘310呈开口状，且开口的宽度大于待焊接的管道的直径；横摆滑架320的数量为三个，其中两个设置在转盘310的开口两侧，另一个设置在左上角的转盘310上，使得三个横摆滑架320呈等腰三角形分布。
进一步的，本实施例的夹持部件400，其包括底座410及夹头420，夹持部件400还包括设置在底座410上的手柄412，两夹头420对称设置且与底座410转动连接，底座410与底盘220固定连接；夹头420呈圆弧形，夹头420所在的圆心与转盘310的圆心同心分布，可焊管径(mm)，内夹钳：Φ38.1-Φ76mm(1 1/2″-3″)，外夹钳：Φ76-Φ130mm(3″-5″)。该***可对不同管径作任意调节，比较方便；圆弧的夹头设计，使夹头和管壁紧密贴合，保证了焊炬在焊接过程中和管道的同心度。
此外，底座410上设有进气口411，夹头420通过进气口411提供动力源，将管道夹持住。
进一步的，本实施例的送丝部件500，其包括焊丝510，焊丝510与焊炬330连接。焊接***可焊接碳钢、不锈钢等各种管/管对接，可选择采用填丝或自熔两种方式，可配一体式送丝机，自动调节弧长，并具有横摆功能。
实施例2
本实施例还提供了一种全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，包括以下具体步骤：
S101、焊前清理及要求：1)焊接碳钢管时，焊口处8mm要抛光除锈，露出金属原色；2)管子切口要平整、垂直，两根管对上后无间隙；3)用丙酮或酒精清洗工件表面油污；
S102、将夹头打开后跨设在待焊接的管道上，然后夹头在气压的作用下夹紧管道；
S103、进气管开始进气，进气量控制在6L/min，焊炬预热并送丝，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为1500mm/min；
S104、电机-减速器工作，转动速度为0.15rpm，驱动转盘使焊炬旋转，对管道进行焊接。
保护气体：1)无特殊要求时，推荐使用标准的99.99％的氩气；2)氩气流量无特殊工艺要求时控制在5-8L/min。
实施例3
本实施例还提供了一种全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，包括以下具体步骤：
S101、焊前清理及要求：1)焊接碳钢管时，焊口处5mm要抛光除锈，露出金属原色；2)管子切口要平整、垂直，两根管对上后无间隙；3)用丙酮或酒精清洗工件表面油污；
S102、将夹头打开后跨设在待焊接的管道上，然后夹头在气压的作用下夹紧管道；
S103、进气管开始进气，进气量控制在8L/min，焊炬预热并送丝，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为1800mm/min；
S104、电机-减速器工作，转动速度为2.2rpm，驱动转盘使焊炬旋转，对管道进行焊接。
实施例4
本实施例还提供了一种全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，包括以下具体步骤：
S101、焊前清理及要求：1)焊接碳钢管时，焊口处6mm要抛光除锈，露出金属原色；2)管子切口要平整、垂直，两根管对上后无间隙；3)用丙酮或酒精清洗工件表面油污；
S102、将夹头打开后跨设在待焊接的管道上，然后夹头在气压的作用下夹紧管道；
S103、进气管开始进气，进气量控制在7L/min，焊炬预热并送丝，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为1700mm/min；
S104、电机-减速器工作，转动速度为1.8rpm，驱动转盘使焊炬旋转，对管道进行焊接。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，包括：
焊接电源(100)，为焊接***提供动力来源；
传动部件(200)，其包括一个电机-减速器(210)、与减速器连接的齿轮(240)及底盘(220)，齿轮固定在底盘(220)上，电机-减速器(210)与焊接电源(100)电连接；
旋转部件(300)，其包括一转盘(310)、横摆滑架(320)、焊炬(330)及与齿轮(240)配合的齿圈(340)，所述焊炬(330)、齿圈(340)固定在转盘(310)上，横摆滑架(320)横向固定在所述转盘(310)上，转盘(310)固定在所述的底盘(220)上，电机-减速器(210)驱动转盘(310)使焊炬(330)旋转；
夹持部件(400)，其包括底座(410)及夹头(420)，两夹头(420)对称设置且与底座(410)转动连接，底座(410)与底盘(220)固定连接；
送丝部件(500)，其包括焊丝(510)，所述的焊丝(510)与焊炬(330)连接。
2.根据权利要求1所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述传动部件(200)还包括一手持把手(230)，手持把手(230)固定在电机的外壳上。
3.根据权利要求1或2所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述旋转部件(300)上设有进气管(350)，进气管(350)穿设于横摆滑架(320)上，其一端连接至焊炬(330)，进气管(350)中的氩气为焊炬(330)提供保护。
4.根据权利要求1或2所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述的转盘(310)呈开口状，且开口的宽度大于待焊接的管道的直径；所述横摆滑架(320)的数量为三个，其中两个设置在转盘(310)的开口两侧，另一个设置在左上角的转盘(310)上，使得三个横摆滑架(320)呈等腰三角形分布。
5.根据权利要求1或2所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述的夹头(420)呈圆弧形，夹头(420)所在的圆心与所述转盘(310)的圆心同心分布。
6.根据权利要求5所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述的进气管(350)的另一端设有快接头(360)。
7.根据权利要求6所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述的底座(410)上设有进气口(411)，夹头(420)通过进气口(411)提供动力源，将管道夹持住。
8.根据权利要求7所述的全位置管-管相贯线自动焊接***，其特征在于，所述的夹持部件(400)还包括设置在底座(410)上的手柄(412)。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的全位置管-管相贯线自动焊接***的焊接方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S101、焊前清理及要求：1)焊接碳钢管时，焊口处5-8mm要抛光除锈，露出金属原色；2)管子切口要平整、垂直，两根管对上后无间隙；3)用丙酮或酒精清洗工件表面油污；
S102、将夹头(420)打开后跨设在待焊接的管道上，然后夹头(420)在气压的作用下夹紧管道；
S103、进气管(350)开始进气，进气量控制在5-8L/min，焊炬(330)预热并送丝，焊丝(510)直径为1.0mm，送丝速度为1200-1800mm/min；
S104、电机-减速器(210)工作，转动速度为0.11-2.2rpm，驱动转盘(310)使焊炬(330)旋转，对管道进行焊接。
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