CN101637845B - 一种铝合金自动mig焊双体式行走设备及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金自动MIG焊双体式行走设备及其焊接方法，所述设备包括送丝机行走小车、焊枪行走小车和数字化半自动MIG焊机，送丝机行走小车设置于送丝小车轨道上，送丝机行走小车上承载送丝机；所述焊枪行走小车设置在焊枪小车轨道上，所述焊枪行走小车上固定设有摆动器，所述摆动器上固定有焊枪，焊枪通过焊枪缆线与送丝机相连，所述焊枪行走小车与送丝机之间连接有信号线；所述MIG焊机通过中继电缆与送丝机相连。本发明一方面可以满足手工半自动焊的生产需求，另一方面也能够满足平焊位置的全自动焊的要求，达到与全自动焊机焊接质量及焊接效率相当的水平，具有成本低，适合推广等优点。
Description
技术领域
本发明属于焊接工艺领域，更具体的说是涉及一种焊接方式上较为灵活，既可以满足手工半自动焊的生产需求，又能够满足平焊位置的全自动焊的要求，且可以对曲面铝合金试板进行有效焊接、节省投资的铝合金自动MIG焊双体式行走设备及其焊接方法。
背景技术
近些年来，随着信息技术的发展，各知名焊接设备生产企业先后开发出了多款数字化MIG焊机，如奥地利Fronius公司的TPS系列、芬兰Kemppi公司的Pro系列以及法国SAF公司的TRI系列等。这些焊机对铝及铝合金能实现非常好的焊接质量。但其产品多以半自动焊机的形式进行设计和销售。
目前，针对使用数字化MIG电源的铝合金自动焊工艺，各知名焊接设备生产企业多以焊接专机的形式为客户提供配套设备，其主要特点为将送丝机构、焊枪、摆动机构集成在行走机构上成为一体，通过管线束实现行走机构与数字化电源之间的信号连通，代表产品如瑞典ESAB公司的Miggytrac 3000型焊接成套设备、芬兰Kemppi公司的ProMig 520R MXE系列成套装置、韩国ROMEX技术公司的铝合金自动焊接成套装置等，但上述成套设备价格远比单台的半自动数字化MIG焊机昂贵。
全自动焊机功能强劲，对较长的规则焊缝能够高效高质量的完成焊接工作，但对于较短的不规则焊缝则力不从心，无法应对。并且，全自动焊机对焊接环境要求严格。另外，由于全自动焊机主要针对焊接较长的规则焊缝设计，所以需要较大场地，如应对狭窄空间焊接作业就无法施展，仍需使用手工焊或结合半自动焊。
相对于304L不锈钢、9％Ni钢等LNG液灌常用的材料，铝合金的焊缝质量保证难度更大。在大型铝质液罐制造中，对非平面铝合金材料的焊接需采用自动MIG焊，铝合金材质经过冷作硬化处理，强度高、容重轻，但它的线膨胀系数大，比钢材大一倍，因而建造过程中罐体极易产生变形。另外，由于焊缝较长，同样对焊接过程中变形控制增加了难度。
随着铝合金板厚度的增加，整体焊缝气孔生成量控制的难度亦增加。试板较厚时均需多层多道焊，很可能仅仅因为某一道气孔大幅超标就会导致全厚度的焊缝探伤不合格；试板较厚时小气孔叠合而在底片上显示为大气孔的概率也大大增加；另外等焊缝长上厚板的焊缝体积明显大于薄板，按ABS《船体焊缝无损检验规范》随板厚增加单位体积焊缝中容许的气孔量递减。
目前，船厂生产中大量使用的是半自动数字化焊机，如何利用现有设备实现与专业自动焊机同等的自动化焊接功能，对较厚的平面及曲面铝合金长板进行有效焊接、节省投资、提高生产效率，成为本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是对现有焊接设备进行改进，提供一种铝合金自动MIG焊双体式行走设备，采用该设备可以解决全自动焊机价格昂贵、功能单一、不易拆解的问题，以及铝合金空间曲面厚板在焊接过程中易变形以及焊缝质量难以保证的缺陷。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种铝合金自动MIG焊双体式行走设备，包括一台送丝机行走小车、一台焊枪行走小车和一台数字化半自动MIG焊机，其特征在于，所述送丝机行走小车设置于送丝小车轨道上，所述送丝机行走小车上承载送丝机；所述焊枪行走小车设置在焊枪小车轨道上，所述焊枪行走小车上固定设有摆动器，所述摆动器上固定有焊枪，焊枪通过焊枪缆线与送丝机相连，所述焊枪行走小车与送丝机之间连接有信号线；所述MIG焊机通过中继电缆与送丝机相连。
本发明解决的另一个技术问题是提供一种采用上述设备，针对铝合金板进行平对接的自动MIG焊的焊接方法，其包括以下步骤：
(一)当构件在胎架上安装稳固后，根据焊板形状及焊缝安装好焊枪小车轨道和送丝小车轨道轨道，并将焊枪行走小车及送丝机行走小车分别固定在相应轨道上，保证灵活行走；
(二)连接各设备缆线，检查连接情况；
(三)开启MIG焊机电源，观察面板指示，待显示正常后，预置各焊接工艺参数，准备完成；
(四)同时开启焊枪行走小车和送丝机行走小车，调节至焊接工艺要求的行走速度，使两车无相对速度；
(五)由主导焊工调节好焊枪的倾斜角度和摆动参数，控制起弧及熄弧操作，协助焊工操作焊机遥控器，调节电压电流，焊接过程中主导焊工可通过摆动器上的手工升降及平移旋钮对电弧的状态进行微调；
(六)焊接过程中需全程观察电弧并保持其处于稳定的状态。
与现有技术相比本发明有益效果在于：组装及拆解简便，功能全面，投资少，成本低廉。采用利用现有MIG半自动焊机的方法，配合满足上述条件的双体式行走设备，在达到全自动焊机功能的前提下，保质保量的完成铝合金厚板的焊接工作，尤其适用于利用数字化半自动MIG焊接电源实现铝合金在平焊位置的自动焊，并且在需要进行半自动焊接或手动焊接时能够灵活拆解，弥补全自动焊机功能单一，无法应对不规则焊缝及狭窄空间作业的缺陷，充分利用现有设备满足高级需求。
附图说明
图1是本发明铝合金自动MIG焊双体式行走设备示意简图；
图2是焊枪行走小车及轨道示意图；
图3是送丝机行走小车及轨道示意图；
图4是40mm板平对接坡口示意图；
图5是40mm板平对接焊缝焊道示意图；
图6是20mm板平对接坡口示意图；
图7是20mm板平对接焊缝焊道示意图；
具体实施方式
下面结合附图与实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明铝合金自动MIG焊双体式行走设备，包括一台送丝机行走小车21、一台焊枪行走小车11和一台数字化半自动MIG焊机1，所述送丝机行走小车21设置于送丝小车轨道22上，所述送丝机行走小车21上承载送丝机8；所述焊枪行走小车11设置在焊枪小车轨道12上，所述焊枪行走小车11上固定设有摆动器6，所述摆动器6上固定有焊枪7，所述焊枪为直柄机用焊枪7，必要时可操作摆动器6使焊枪7摆动，焊枪7通过焊枪缆线5与送丝机8相连，所述焊枪行走小车11与送丝机8之间连接有信号线9；所述MIG焊机1通过中继电缆2与送丝机8相连，所述焊枪小车轨道12与送丝小车轨道22间隔一定距离设置。两台小车均配有电源线，并可通过车身上操控面板操控其运作，在焊接时，小车需根据焊缝要求行进。为保证送丝稳定，在焊枪缆线5两固定端用硬质物包裹，增加对其的刚性保护，使其保持直立，硬质物可以是管套，也可以用胶带缠绕，目的在于使焊枪缆线两股顶端保持直立，防止缆线拖挂，避免妨碍行进，整套双体式行走设备配套运作。
更进一步，如图2所示，所述焊枪行走小车11包括焊枪行走车身13和小车滚轮15；所述小车滚轮15为内嵌式结构，其边缘开有凹槽，所述焊枪小车轨道12两侧端面卡在两小车滚轮15之间的凹槽内。所述焊枪小车轨道12为单轨柔性轨道，从而即可贴和于平面焊板亦可贴合于曲面焊板，只需满足轨道分别与焊缝及焊板垂直等距要求；所述焊枪小车轨道12通过支撑板16固定于待焊接板材4上。所述支撑板16焊接固定于待焊接板材4上，所述焊枪小车轨道12通过螺栓与支撑板16固定连接。所述支撑板16为支撑铝片。
更进一步，如图3所示，所述送丝机行走小车21包括送丝机行走车身23和行走轮24，所述送丝小车轨道22为等距双轨，双轨间通过横杆连接加固，所述行走轮24边缘有凹槽，与送丝小车轨道22接触，两行走轮24嵌于两侧送丝小车轨道22之间。送丝小车轨道22固定在平面10之上，平面10为固定面。
利用上述自动MIG焊双体式行走设备进行铝合金自动MIG焊的方法如下：
(一)、将铝合金板装配到胎架上，根据焊缝走向安装焊枪行走小车11和焊枪小车轨道12，安装过程中保持焊枪小轨道12与待焊接焊缝3等距，并且走向和高度一致；
(二)、送丝机行走小车21上承载送丝机8，在焊枪行走小车11前行过程中，送丝机行走小车21与其同向行进且保持两车相对静止，在铝合金板上与焊枪行走小车轨道12间隔一段距离，安装送丝机行走小车轨道22；将两台小车分别固定在其各自的轨道上，检查稳定性，并让小车在轨道上能够正常行进；
(三)、连接各设备缆线，检查连接情况；
(四)、启动焊机1电源，待电源机身操控面板显示各项指标正常，此时，开启焊枪行走小车11与送丝机行走小车21，通过焊枪行走小车11上的操控面板控制起弧与行进，在观察到稳定起弧后，类似的，操控送丝机行走小车21上的面板控制行进，保持与焊枪行走小车11同向同速。
(五)、由主导焊工调节好焊枪的倾斜角度和摆动参数，控制起弧及熄弧操作，协助焊工操作焊机遥控器，调节电压电流，焊接过程中主导焊工可通过摆动器6上的手工升降及平移旋钮对电弧的状态进行微调，另外，根据实际焊接情况，通过送丝机8上的焊机遥控器对焊接参数进行调节。
(六)、在正式焊接前，先对试板进行试焊，试板厚度及其他参数均与正式焊板相同，按照以上步骤对试板进行操作。焊接过程中需全程观察电弧并保持其处于稳定的状态。
其中，步骤(五)是由两名焊工操作，一名操作焊枪行走小车11，称为主导焊工，另一名操作送丝机行走小车21，称为协作焊工。主导焊工负责起弧熄弧，在焊接过程中主导焊工根据实际需要调节焊枪行走小车11操控面板，从而调整摆动器6摆动，并且指挥协作焊工通过焊机遥控器调节电流电压以稳定电弧。
在对铝合金厚板的焊接过程中，由于板厚较厚，焊接时需采用多层多道焊的方法对焊缝进行有效填充，主导焊工能够根据焊接情况，迅速自行通过调节摆动器6调节焊枪7角度及高度，指挥协助焊工调整焊机1的电流电压参数，保证焊接流畅，能有效控制气孔数量在单位体积内最少。
平对接焊缝因焊缝较长，为减小焊接应力，控制变形，两条焊缝正反面的第一道均采取分中分段退焊法——先完成中间1/3焊缝的焊接，然后再分别进行两端剩余焊缝的焊接。按照此法对铝合金板4进行焊接操作时，将自动MIG焊双体式行走设备按照需要焊接焊缝的位置进行操作，先将焊枪行走小车11移动至焊缝长度的1/3处向前焊接焊缝长度的1/3，再对两端剩余焊缝进行焊接，此法能够有效控制铝合金板的焊接变形。
滚轮24边缘有凹槽，与轨道25接触，嵌于双轨25之间。轨道25固定在平面10之上，平面10为固定面。
在完成自动焊功能的需求以后，可以将自动MIG焊双体式行走设备拆解，使用数字化半自动MIG焊机1、送丝机8以及鹅颈式弯柄焊头与焊枪缆线5构成的焊枪还原成为标准的半自动手工焊机，进行手工半自动焊接。送丝机8与数字化半自动MIG焊机1通过中继电缆2相连，焊枪缆线5连接至送丝机8。
实施例1：
使用铝合金自动MIG焊双体式行走设备的焊接方法，对板厚20mm，规格为20×800×5000mm的5083铝合金平整板进行焊接，焊接过程采用全程自动焊，焊丝选用ER5183铝焊丝，直径Φ1.6mm。
坡口的钝边厚度h为6mm，装配间隙p范围为0～2mm，坡口角度α为60度。接头坡口形式见图6所示。
轨道设置采用可贴合于板面的柔性轨道，且为平焊。
如图7所示，图中上表面为正面，下表面为反面。
具体的焊接技术参数如表1所示：
表120mm厚铝合金板自动MIG焊接过程工艺参数记录表
焊缝考察指标完全达标。
实施例2：
使用铝合金自动MIG焊双体式行走设备的焊接方法，对板厚40mm，规格为40×1300×9000mm的5083铝合金弧形板进行焊接，焊接过程采用全程自动焊，焊丝选用ER5183铝焊丝，直径Φ2.4mm。
坡口的钝边厚度h为6mm，装配间隙p范围为0～3mm，坡口角度α、β分别为80°、100°。接头和坡口形式见图4所示。
轨道设置采用可贴合于板面的柔性轨道，且为平焊。
如图5所示，图中上表面为凸面，下表面为凹面。
选取凸面进行焊接，焊枪沿焊缝前行，无摆动。
选取凹面进行焊接，焊枪垂直于焊缝方向摆动前行。
具体的焊接技术参数如表2所示：
表240mm厚铝合金板自动MIG焊接过程工艺参数记录表
焊缝考察指标完全达标。
与全自动焊机相比，本发明在焊接方式上较为灵活，一方面可以满足手工半自动焊的生产需求，另一方面也能够满足平焊位置的全自动焊的要求，达到与全自动焊机焊接质量及焊接效率相当的水平，并且成本低，适合推广。
Claims (8)
1.一种铝合金自动MIG焊双体式行走设备，包括一台送丝机行走小车(21)、一台焊枪行走小车(11)和一台数字化半自动MIG焊机(1)，其特征在于，所述送丝机行走小车(21)设置于送丝小车轨道(22)上，所述送丝机行走小车(21)上承载送丝机(8)；所述焊枪行走小车(11)设置在焊枪小车轨道(12)上，所述焊枪行走小车(11)上固定设有摆动器(6)，所述摆动器(6)上固定有焊枪(7)，焊枪(7)通过焊枪缆线(5)与送丝机(8)相连，所述焊枪行走小车(11)与送丝机(8)之间连接有信号线(9)；所述MIG焊机(1)通过中继电缆(2)与送丝机(8)相连，所述焊枪小车轨道(12)为柔性轨道，所述焊枪小车轨道(12)为单轨轨道，其通过支撑板(16)固定于待焊接板材(4)上。
2.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述焊枪小车轨道(12)与待焊接焊缝(3)走向和高度一致，且与待焊接焊缝(3)的间距等距。
3.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述焊枪小车轨道(12)与送丝小车轨道(22)间隔一定距离设置。
4.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述支撑板(16)焊接固定于待焊接板材(4)上，所述焊枪小车轨道(12)通过螺栓与支撑板(16)固定连接。
5.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述焊枪行走小车(11)包括焊枪行走车身(13)和小车滚轮(15)；所述小车滚轮(15)为内嵌式结构，其边缘开有凹槽(151)，所述焊枪小车轨道(12)两侧端面卡在两小车滚轮(15)之间的凹槽内。
6.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述送丝机行走小车(21)包括送丝机行走车身(23)和行走轮(24)，所述送丝小车轨道(22)为等距双轨，双轨间通过横杆连接加固，所述行走轮(24)边缘有凹槽，行走轮(24)与送丝小车轨道(22)接触，两行走轮(24)嵌于两侧送丝小车轨道(22)之间。
7.根据权利要求1所述的双体式行走设备，其特征在于，所述焊枪(7)为直柄机用焊枪。
8.一种采用权利要求1至7任一项所述的双体式行走设备进行MIG焊的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(一)当构件在胎架上安装稳固后，根据焊板形状及焊缝安装好焊枪小车轨道(12)和送丝小车轨道(22)轨道，并将焊枪行走小车(11)及送丝机行走小车(21)小车分别固定在相应轨道上，保证灵活行走；
(二)连接各设备缆线，检查连接情况；
(三)开启MIG焊机(1)电源，观察面板指示，待显示正常后，预置各焊接工艺参数，准备完成；
(四)同时开启焊枪行走小车(11)和送丝机行走小车(21)，调节至焊接工艺要求的行走速度，使两车无相对速度；
(五)由主导焊工调节好焊枪的倾斜角度和摆动参数，控制起弧及熄弧操作，协助焊工操作焊机遥控器，调节电压电流，焊接过程中主导焊工可通过摆动器(6)上的手工升降及平移旋钮对电弧的状态进行微调；
(六)焊接过程中需全程观察电弧并保持其处于稳定的状态。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |