CN103192153B - 火箭发动机喷管钎料带自动滚点焊接机及滚点焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及一种滚点焊接装置和滚点焊接工艺，具体地说是一种火箭发动机喷管钎料带自动滚点焊接机及滚点焊接工艺。
背景技术
[0002] 火箭发动机喷管母体与钎料箔带的焊接加工是一项复杂的工艺技术，国内通常采用人工单点焊接的工艺方法。其工艺过程是:先将0.15 - 0.2mm厚的钎料箔板通过滚剪机裁成1.5 — 20_宽的条状带，受钎料箔板长度所限，裁后的钎料带只能凌乱放置；而后将裁好的钎料带进行净化处理待用；焊接时，先把钎料带贴放在火箭发动机喷管上的焊接位置处，再手持点焊枪进行逐点焊接。
[0003] 这种焊接工艺存在的问题，一是当钎料带长度不够时，需要人工接长，并且焊后需要人工修剪和补焊；二是人工焊接的精准度较低，且钎料带是在自由态下施焊，故焊点之间易产生焊接变形，造成返工，在质量要求及其严格的情况下，完成一个工件的焊接通常需要2 一 3天的时间，耗时费力；三是由于火箭发动机喷管的规格从直径260mm到1500mm不等，种类繁多，加之每个火箭发动机喷管需焊接纵向和环向的钎料带的数量众多，生产效率很低。
发明内容
[0004] 本发明的目的之一就是提供一种火箭发动机喷管钎料带滚点焊专用自动滚点焊接机，以解决现有火箭发动机喷管钎料带都是通过人工焊接存在的工效低和耗时费力的问题。
[0005] 本发明的目的之二就是提供一种火箭发动机喷管钎料带滚点焊接工艺，以实现火箭发动机喷管钎料带的自动焊接。
[0006] 本发明的目的之一是这样实现的:一种火箭发动机喷管钎料带自动滚点焊接机，包括有:
[0007] 床身底座，
[0008] 设置在所述床身底座上的回转工作台，
[0009] 安装在所述回转工作台上、用于撑接喷管工件的涨紧胎具，
[0010] 安装在所述床身底座上的门型支架，
[0011] 分别安装在所述门型支架的两个立柱中的丝杠，
[0012] 驱动所述丝杠转动的伺服电机，
[0013] 分别通过所述丝杠带动升降的纵向滚点焊操作机械手和环向滚点焊操作机械手，
[0014] 分别安装在所述纵向滚点焊操作机械手和所述环向滚点焊操作机械手前端的钎料带滚点焊机头，
[0015] 安装在所述门型支架一个立柱上用于调整所述环向滚点焊操作机械手偏转方向的角度调整机构，
[0016] 分别安装在所述纵向滚点焊操作机械手和所述环向滚点焊操作机械手中部的钎料带定位导向缓冲机构，
[0017] 分别安装在所述纵向滚点焊操作机械手和所述环向滚点焊操作机械手后端的钎料带盘，以及
[0018] 控制所述纵向滚点焊操作机械手和所述环向滚点焊操作机械手动作的控制器。
[0019] 本发明中的所述钎料带滚点焊机头是在机架的前端分别接有激光检测头、导带嘴和剪切微距气缸，在所述剪切微距气缸的活塞杆上接有剪切机构，在所述导带嘴的前端接有导带舌板；在所述机架上设置有导带槽板，在所述导带槽板的上部设有压带轮机构以及控制所述压带轮机构动作的步进电机，在所述压带轮机构的上部设有送带离合气缸；在所述导带槽板的下部设有驱带轮和驱动齿轮；在所述机架的中部设有安装板，在所述安装板上固定有电极头导柱和电极头进给气缸，电极安装板固定在所述电极头导柱上；在所述电极安装板上安装有钎料带滚点焊电极。
[0020] 本发明中的所述钎料带滚点焊电极是在电极座的横向芯孔中穿接有电极轴，套接在所述电极轴上的轴承分别通过前端盖和后端盖封接在所述电极座上；在所述电极轴的前端接有电极盘，在所述电极轴的芯孔中穿接有铜水管，在所述电极轴的后端设有若干与芯孔相连通的导水环。
[0021] 本发明中的所述钎料带定位导向缓冲机构是在支座架上分别接有第一导带轮和定位导带轮，在所述支座架上铰接有缓冲臂，在所述缓冲臂上接有第二导带轮，在所述支座架与所述缓冲臂之间接有拉簧。
[0022] 本发明自动滚点焊接机可在喷管工件上实现纵向钎料带和环向钎料带滚点焊的全程机械化、自动化和智能化，焊接效率高，焊接质量好。在工作过程中，钎料带滚点焊机头上的钎料带滚点焊电极可随喷管工件的曲面变化，始终压紧钎料带，以准确定位、展平钎料带，被焊钎料带始终在滚动拉紧、压紧的状态下进行点焊，焊点质量好，焊后平滑美观，焊接热影响区域小，焊后不需要人工进行长度修剪和补焊。焊点间距可调，滚点焊速度可达3点/秒，焊接速度可达5米/秒以上。
[0023] 本发明自动滚点焊接机在焊接过程中没有噪声、弧光、飞溅和辐射等，可靠性高，操作简单，易于维护。在焊接最大火箭发动机喷管的过程中，焊接完成一个喷管上的536条纵向钎料带，仅需3.5个小时，比人工焊接提高工效5 — 6倍。本发明可适用于焊接直径在260 - 1500mm范围的火箭发动机喷管。
[0024] 本发明的目的之二是这样实现的:一种火箭发动机喷管钎料带滚点焊接工艺，包括以下步骤:
[0025] I)分别制备纵向滚点焊用的和环向滚点焊用的钎料带，并将制成的两种钎料带各自缠绕到一个钎料带盘上，再将两个钎料带盘对应安装到纵向滚点焊操作机械手上和环向滚点焊操作机械手上，钎料带从钎料带盘中拉出，沿导带槽板引至钎料带滚点焊机头前端的导带嘴；
[0026] 2)将涨紧胎具放入喷管工件中撑紧后，整体安装到回转工作台上，并对喷管工件相对床身底座进行定位和分度；
[0027] 3)利用自动滚点焊接机上的纵向滚点焊操作机械手和环向滚点焊操作机械手分别进行纵向钎料带滚点焊和环向钎料带滚点焊；
[0028] 所述纵向钎料带滚点焊包括以下步骤:
[0029] a、调整纵向滚点焊操作机械手降至喷管工件底部的起点位置，在激光检测头的测距和控制器的控制下，水平进给，使钎料带滚点焊机头与喷管工件保持20mm的间距，再利用激光检测头检测喷管工件上的纵向凸台，并微调回转工作台以对中；
[0030] b、控制钎料带滚点焊机头送出定长的钎料带,钎料带滚点焊电极通过气动进给，压紧钎料带后实施点焊；
[0031] C、焊好后，钎料带滚点焊电极气动回位，纵向滚点焊操作机械手垂直上升，钎料带滚点焊机头中的钎料带被拉出，钎料带滚点焊电极继续实施压紧和点焊操作；直到拉至设定的钎料带长度后，钎料带滚点焊机头中的剪切机构将钎料带剪断，钎料带滚点焊电极继续上行点焊，完成第一条纵向钎料带的焊接；
[0032] d、钎料带滚点焊电极气动回位，纵向滚点焊操作机械手退回初始位，控制回转工作台转过一个分度角度，激光检测头检测修正后，按上述步骤实施第二条纵向钎料带的焊接；
[0033] e、重复步骤d，直至回转工作台转过一周，即完成在喷管工件上的纵向钎料带的滚点焊接工作；
[0034] 所述环向钎料带滚点焊包括以下步骤:
[0035] f、调整环向滚点焊操作机械手到喷管工件的预焊位置，在激光检测头的测距和控制器的控制下，水平进给，使钎料带滚点焊机头与喷管工件保持20mm的间距，再利用激光检测头寻找喷管工件曲线的切平面，调整环向滚点焊操作机械手的倾斜角度，使之与所述切平面相垂直；
[0036] g、控制钎料带滚点焊机头送出定长的钎料带,钎料带滚点焊电极通过气动进给，压紧钎料带后，钎料带滚点焊机头中的剪切机构将钎料带剪断，控制回转工作台定角度步进式回转，钎料带滚点焊电极对环绕在工件上的钎料带实施双点焊，回转360°，完成第一条环向钎料带的焊接；
[0037] h、焊好后，钎料带滚点焊电极气动回位，环向滚点焊操作机械手升降到下一环焊位置，待钎料带滚点焊机头送出第二条定长的钎料带后，按上述步骤f〜g实施第二条环向钎料带的焊接；
[0038] 1、重复步骤h，直至喷管工件上的全部环向钎料带焊接完毕，即完成在喷管工件上的环向钎料带的滚点焊接工作。
[0039] 所述钎料带的制备方式是:将钎料板按设定宽度裁剪成若干钎料条，将钎料条依次在搭接处用点焊电极点焊连接成钎料带，去除钎料带上的焊接飞刺，再用校直机构进行校直、用校平机构进行校平后，放入清洗槽中清洗除尘，最后经干燥处理即成。
[0040] 其中，纵向钎料带滚点焊所用钎料带的宽度是1.5一3.0mm,环向钎料带滚点焊所用钎料带的宽度是10 — 20mm。
[0041] 本发明提供了一种火箭发动机喷管钎料带滚点焊的自动焊接工艺，可取代原有的人工焊接过程，实现焊接过程的机械化、自动化和智能化。焊接工作效率大为提高，操作省时省力。
附图说明
[0042] 图1是本发明自动滚点焊接机的结构示意图。
[0043] 图2是纵向滚点焊操作机械手的结构示意图。
[0044] 图3是环向滚点焊操作机械手的结构示意图。
[0045] 图4是钎料带滚点焊机头的结构示意图。
[0046] 图5是钎料带滚点焊电极的结构示意图。
[0047] 图6是钎料带定位导向缓冲机构的结构示意图。
[0048] 图中:1、床身底座，2、纵向滚点焊操作机械手，3、环向滚点焊操作机械手，4、门型支架，5、涨紧胎具，6、控制器，7、钎料带盘，8、钎料带定位导向缓冲机构，9、齿轮齿条驱动机构，10、钎料带滚点焊机头，11、角度调整机构，12、丝杠，13、伺服电机，14、回转工作台，15、激光检测头，16、导带嘴，17、剪切微距气缸，18、剪切机构，19、导带舌板，20、导带槽板，21、步进电机，22、送带离合气缸，23、驱带轮，24、驱动齿轮，25、电极安装板，26、电极头导柱，27、电极头进给气缸，28、安装板，29、钎料带滚点焊电极，30、压带轮机构，31、电极座，32、电极轴，33、轴承，34、前端盖，35、后端盖，36、电极盘，37、铜水管，38、导水环，39、第一导带轮，40、第二导带轮，41、定位导带轮，42、缓冲臂，43、拉簧。
具体实施方式
[0049] 实施例1
[0050] 如图1所示，本发明的火箭发动机喷管钎料带自动滚点焊接机，包括有床身底座
1、回转工作台14、涨紧胎具5、门型支架4、丝杠12、伺服电机13、纵向滚点焊操作机械手2、环向滚点焊操作机械手3、钎料带滚点焊机头10、角度调整机构11、钎料带定位导向缓冲机构8,钎料带盘7和控制器6等。
[0051] 在床身底座I 一端的台面上设置有回转工作台14，在另一端安装有门型支架4和外围防护栏。在回转工作台14上安装有用于撑接喷管工件的涨紧胎具5。在门型支架4的两个立柱中分别安装有丝杠12，在门型支架4的顶部设置有分别驱动两个丝杠转动的伺服电机13。在两个立柱上的丝杠12上，一个接有纵向滚点焊操作机械手2，另一个接有环向滚点焊操作机械手3，纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3分别通过丝杠12带动升降。
[0052] 如图2和图3所示，在纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3的前端分别安装有钎料带滚点焊机头10，在两机械手的中部分别安装有钎料带定位导向缓冲机构8和齿轮齿条驱动机构9，在两机械手的后端分别安装有钎料带盘7。齿轮齿条驱动机构9用于提供将钎料带从钎料带盘7中拉出的动力。图1中，在门型支架4右边的那个立柱上安装有角度调整机构11，用于调整环向滚点焊操作机械手3的偏转方向。在门型支架4上还安装有控制纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3动作的控制器6，控制器6与各传感部件和驱动部件电连接。
[0053] 钎料带滚点焊机头10的具体结构如图4所示，是在机架的前端分别接有激光检测头15、导带嘴16和剪切微距气缸17，在剪切微距气缸17的活塞杆上接有剪切机构18，在导带嘴16的前端接有导带舌板19。在机架上还设置有导带槽板20，在导带槽板20的上部设有压带轮机构30以及控制压带轮机构30动作的步进电机21，在压带轮机构30的上部设有送带离合气缸22。在导带槽板20的下部设有驱带轮23和驱动齿轮24。在机架的中部设有安装板28，在安装板28上固定有上下两个并行的电极头导柱26和电极头进给气缸27，电极安装板25固定在电极头导柱26上，由电极头导柱26带动伸缩。在电极安装板25上安装有钎料带滚点焊电极29。
[0054] 钎料带滚点焊电极29的具体结构如图5所示，是在电极座31的横向芯孔中穿接有电极轴32，套接在电极轴32上的轴承33分别通过前端盖34和后端盖35封接在电极座31上。在电极轴32的前端接有电极盘36，在电极轴32的芯孔中穿接有铜水管37，在电极轴32的后端设有若干与芯孔相连通的导水环38。
[0055] 钎料带定位导向缓冲机构8有3-4个，且均布在纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3上。钎料带定位导向缓冲机构8的具体结构如图6所示，是在支座架上分别接有第一导带轮39和定位导带轮41，在支座架上铰接有缓冲臂42，在缓冲臂42上接有第二导带轮40，在支座架与缓冲臂42之间接有拉簧43。
[0056] 图1中，控制器6通过吊杆设置在门型支架4上，用于控制回转工作台14、纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3的动作，在控制器6中还设置有故障检测、诊断、停机、声光报警以及断点复位等功能键。
[0057] 本发明自动滚点焊接机的工作过程结合实施例2的火箭发动机喷管钎料带滚点焊接工艺进行说明。
[0058] 实施例2
[0059] 本发明的火箭发动机喷管钎料带滚点焊接工艺，包括三大步骤:
[0060] 步骤一:分别制备纵向滚点焊用的和环向滚点焊用的钎料带，并将制成的两种钎料带各自缠绕到一个钎料带盘7上，再将两个钎料带盘7对应安装到纵向滚点焊操作机械手2上和环向滚点焊操作机械手3上，钎料带从钎料带盘7中拉出，沿导带槽板20引至钎料带滚点焊机头10前端的导带嘴16。
[0061] 钎料带的制备方式是:首先，将钎料板按设定宽度裁剪成若干钎料条。该过程可通过滚剪分条机进行裁剪。若需要不同规格的钎料带，则可通过更换相应规格的滚剪刀组件来实现最大限度地降低操作者更换调整难度。即通过调换滚剪刀付(上下滚剪刀组件轴)，变换分条宽度，满足1.5 - 20mm不同宽度的要求。被分剪钎料板材最大宽度为120mm。
[0062] 然后，将钎料条依次在搭接处用点焊电极点焊连接成钎料带，去除钎料带上的焊接飞刺，再用校直机构进行校直、用校平机构进行校平后，放入清洗槽中清洗除尘，最后经干燥处理即成。其中，纵向钎料带滚点焊所用钎料带的宽度是1.5 — 3.0_，环向钎料带滚点焊所用钎料带的宽度是10—20mm。
[0063] 该过程具体操作步骤是:将钎料条由定距送进驱动机构自动送进，该定距送进驱动机构在达到设定搭接长度时停止并气动抬离，接着气动点焊装置自动启动点焊，将钎料条焊接成钎料带。缠带驱动机构驱动钎料带前行，通过去刺装置去除焊接飞刺，并进入校平校直机构进行校平校直，然后钎料带通过除尘机构进行除尘，在缠带驱动机构的引导下进入超声波清洗槽，最后在热风烘干装置的强力热风通道被干燥，缠入标准料盘。上述过程和点焊参数均由微机点焊参数控制机构控制，具有人工脚踏自动控制脚踏开关一键式操作，自动定长搭接、点焊、去刺、校直、校平、去尘、超声波清洗、热风干燥和自动缠带功能，确保成盘后清洁封存。通过调整可调导带板可完成1.5mm、l.7mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、5mm、10mm、20mm不同宽度的钎料带搭接点焊全过程自动化。
[0064] 步骤二:将涨紧胎具5放入喷管工件中，通过旋转螺母将其撑紧，整体安装到回转工作台14上，并对喷管工件相对床身底座I进行定位和分度。
[0065] 步骤三:利用自动滚点焊接机上的纵向滚点焊操作机械手2和环向滚点焊操作机械手3分别进行纵向钎料带滚点焊和环向钎料带滚点焊。
[0066] 其中，纵向钎料带滚点焊的工艺过程是:
[0067] a、调整纵向滚点焊操作机械手2降至喷管工件底部的起点位置，在激光检测头15的测距和控制器6的控制下，水平进给，使钎料带滚点焊机头10与喷管工件保持20mm的间距，再利用激光检测头15检测喷管工件上的纵向凸台，并反馈给回转工作台14使其微调以对中；
[0068] b、控制钎料带滚点焊机头10通过导带嘴16在钎料带滚点焊电极29运行方向逆向自动送出定长的钎料带，钎料带滚点焊电极29通过气动进给，压紧钎料带后实施点焊。
[0069] C、焊好后，钎料带滚点焊电极29气动回位，纵向滚点焊操作机械手2垂直上升，使钎料带滚点焊10中的钎料带被拉出，钎料带滚点焊电极29继续实施压紧和点焊操作；直到拉至设定的钎料带长度后，钎料带滚点焊机头10中的剪切机构18将钎料带剪断，钎料带滚点焊电极29继续上行点焊，完成第一条纵向钎料带的焊接。
[0070] 在焊接过程中，通过激光检测头15检测检测纵向滚点焊操作机械手2与喷管间距离，使纵向滚点焊操作机械手2定距仿形喷管曲线。通过控制器6控制阻焊变压器通断时间，调整焊点间距，直到一条钎料带焊完，气动剪断钎料带。
[0071] d、钎料带滚点焊电极29气动回位，纵向滚点焊操作机械手2退回初始位，通过控制器6控制回转工作台14转过一个分度角度，激光检测头15检测修正后，按上述步骤实施第二条纵向钎料带的焊接。
[0072] e、重复步骤d，直至回转工作台14转过一周，即完成在喷管工件上的纵向钎料带的滚点焊接工作。
[0073] 环向钎料带滚点焊的工艺过程是:
[0074] f、调整环向滚点焊操作机械手3到喷管工件的预焊位置，在激光检测头15的测距和控制器6的控制下，水平进给，使钎料带滚点焊机头10与喷管工件保持20mm的间距，再利用激光检测头15寻找喷管工件曲线的切平面，调整环向滚点焊操作机械手3的倾斜角度，使之与切平面相垂直，以保证滚点焊电极能接触喷管进行施焊。
[0075] g、控制钎料带滚点焊机头10通过导带嘴16在滚点焊电极运行方向逆向定尺送出定长的钎料带，同时辅助气流送带并吹去喷管上灰尘。钎料带滚点焊电极29通过气动进给，压紧钎料带后，钎料带滚点焊机头10中的剪切机构18将钎料带剪断，控制回转工作台14定角度步进式回转，钎料带滚点焊电极29对环绕在工件上的钎料带实施双点焊，回转360°，完成第一条环向钎料带的焊接。
[0076] h、焊好后，钎料带滚点焊电极29气动回位，环向滚点焊操作机械手3升降到下一环焊位置，待钎料带滚点焊机头10送出第二条定长的钎料带后，按上述步骤实施第二条环向钎料带的焊接。
[0077] 1、重复步骤h，直至喷管工件上的全部环向钎料带焊接完毕，即完成在喷管工件上的环向钎料带的滚点焊接工作。
[0078] 当喷管的纵向或是横向焊接完毕后，人工按卸活按钮，回转工作台14中心孔内气缸将涨紧胎具5与喷管顶出，用叉车抬离运走，卸胎储存。
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