CN103722298A - 一种平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法 - Google Patents

Abstract

一种平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，该方法是：在焊枪前端一定距离处的待焊平板正面外侧放置的支座上安装二个圆形凸起滚轮；在待焊平板反面外侧放置的支座上安装二个圆形凹槽滚轮；在各支座的中心位置分别安装一个电磁铁，两电磁铁为异性电磁铁；接通电源，开始随焊焊接工作；在待焊平板的焊接完成后，切断电源即可。本发明能够使工件的夹紧和脱离自如，根部间隙定位间距准确、灵活，既能有效地限制焊接件的错边和角度偏差，使错边量与角度偏差达到最小，又能显著地提高接头根部间隙的定位精度，降低焊接变形与残余应力，使双面焊接工艺可无阻碍连续进行，工作效率高，而且采用滚动方式，摩擦力小，不会损伤结构件的正反表面。

Description

一种平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法

技术领域

本发明涉及一种平板双面焊工艺方法，特别是涉及一种在平板双面对接焊时能够限制接头根部间隙错边及角度偏差的随焊控制方法。

背景技术

双面对接焊是指从待焊件的正反两面，采用两把焊枪进行同时同方向焊接的一种工艺方法，它可以在保证焊接质量的情况下，提高焊接生产效率，并可减少打底清根工序，免除了清根时繁重的劳动并节省了焊接材料的消耗。不易出现气孔、夹渣等缺陷，而且双面焊后工件的角变形小、残余应力低。同时，由于平板对接焊中焊缝及近缝区会产生较大的内应力，其中横向的内应力及横向收缩，会导致焊接平板根部间距不断减小，最终间距消失，并可能导致待焊件发生交叠。这将使得焊缝金属填充不均匀而导致接头质量不良；纵向的拉伸内应力，超过平板结构的临界压稳应力时，会导致平板压屈失稳而发生翘曲变形，从而导致待焊缝两侧平板发生较大错边与角度偏差，而影响焊接质量，甚至导致焊接终止。如果待焊平板不采取适当的措施来限制焊缝根部间距的缩小，则无法保证双面对接焊接工艺的正常进行。为了实现铝合金、合金钢、钛合金等平板的双面对焊过程得以顺利进行，在双面对焊过程中必须使接头根部保持1～4mm的间隙；同样，在待焊焊缝方向上不采取适当的约束来限制待焊平板发生错边与角度偏差，则会因错边与角度偏差严重，甚至出现待对接焊件交叠而导致双面对接焊过程无法继续进行，不利于实现手工或自动化双面对接焊。双面焊与单面焊相比，特点是正反面两把焊枪同时施焊，不能使用传统的焊接夹具来限制错边和角度偏差。因此，如何保证平板双面对接焊接头根部间隙在焊接过程中始终保持不变及限制待焊焊缝附近平板发生较大的错边与角度偏差，已成为铝合金、钛合金等平板的手工或自动化双面对接焊的关键所在。目前，铝合金、钛合金、不锈钢等薄壁构件的双面对接焊，常采用双人手工或双机器人自动化的双面TIG填丝焊、双面MIG焊及等离子与TIG填丝焊等双面焊接工艺，可用于平板结构的双面横焊与立焊，传统采用的控制措施主要有如下几种：

（1）点接触定位：如图1所示，即接头根部间隙定位焊，事先在待焊平板对接接头根部位置，每隔30～100mm左右焊接若干个定位焊缝，然后再连接成整条焊缝。存在的问题是点焊间距过大时刚性不够，若间距较小时，则需点焊定位很多处；该方法的另一个缺点是不能够较好地控制错边与角度偏差的发生。

（2）面接触定位：如图2所示，即在待焊件的正反面焊接一些约束小板块，双面焊枪临近时，取下附近部位的约束块。该方法有时会破坏重要产品的表面，降低使用性能。同样，若约束板块间距较大时，不能很好保证工艺需求的根部间隙；若约束板块间距较小时，有时因焊接速度较快而来不及去除正反面的约束块。双面焊时，焊接件正反面会焊接很多这种约束板块，从而降低工作效率，甚至不能够实现连续性焊接。

（3）定位塞块：如图3所示，即在待焊件的正反面焊接一些与待焊材质相同的定位塞块，双面焊枪临近时，取下附近部位的定位塞块。该方法的优点是可保证对接接头根部间隙在焊接过程中始终保持在工艺要求的尺寸范围内。该方法与上面的面接触定位相似，有时因焊接速度较快而来不及去除该定位塞块。平板很长时，也会焊接大量这种定位塞块，从而降低工作效率，甚至不能够实现自动化焊接。另外，双面焊时，待焊平板会绕着定位塞块两侧的点固焊缝发生旋转，两侧待焊平板仍会产生错边与角度偏差。

（4）强约束夹具：如图4所示，即在待焊件焊缝两侧的正反面装卡宽度较大的刚性夹具，来限制待焊接件的错边与角度偏差，该方法的缺点是不能较好地保证焊接接头根部间隙需求尺寸。而且在工程结构实际的双面立焊、横焊焊接中，受结构自身特点限制，有时很难采用这种约束方式。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种能够确保接头根部间隙在焊接过程中始终保持不变，且能够有效地防止焊缝两侧的待焊平板在焊接过程中发生错边及角度偏差等问题的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特点包括如下步骤：

A、根据待焊平板的厚度、坡口形式及焊接接头根部间隙工艺要求的尺寸，在焊枪前端一定距离处设置二个根据待焊平板正面的坡口形式确定的前后间隔一定距离的圆形凸起滚轮，所述的二个圆形凸起滚轮安装在位于待焊平板正面一侧的支座A上，并保证各圆形凸起滚轮的接触受力位置始终与待焊平板的板面垂直，且所述的二个圆形凸起滚轮的圆形凸起部分的厚度要与待焊平板的接头根部间隙的宽度相同；

B、在待焊平板反面设置二个圆形凹槽滚轮，所述的二个圆形凹槽滚轮安装在支座B上，且所述的二个圆形凹槽滚轮的中心距与二个圆形凸起滚轮的中心距相等，各圆形凹槽滚轮的圆形部分B的直径与各圆形凸起滚轮的圆形部分A的直径相同，并保证各圆形凹槽滚轮的接触受力位置始终与待焊平板的板面垂直；

C 、在支座A的中心位置安装一个电磁铁A，并在支座B的中心位置安装一个电磁铁B，且所述的电磁铁A和电磁铁B为异性电磁铁；

D、将支座A和支座B通过二个定位销连接固定在一起，且各定位销分别穿过待焊平板的接头根部间隙；

E、接通电源，开始随焊焊接工作，此时两个电磁铁产生异性吸引力作用，并通过调整电磁力的大小，输出满足不同材料和板厚需要的电磁力，该电磁力通过支座A作用在待焊平板正面的二个圆形凸起滚轮上和通过支座B作用在待焊平板反面的二个圆形凹槽滚轮上，从而将发生错边和角度偏差的待焊平板局部压平，同时通过二个圆形凸起滚轮的圆形凸起部分使接头根部间隙在焊接过程中始终保持不变；

F、在待焊平板的焊接完成后，切断电源，结束随焊焊接工作。

其中，上述待焊平板的板厚为3～4mm时，工艺规定采用I形坡口，工艺规定参数为：接头根部间隙1～3mm，各圆形凸起滚轮的圆形凸起部分的截面均为I形结构，且圆形凸起部分由待焊平板的正面穿过接头根部间隙伸入待焊平板反面的圆形凹槽滚轮的凹槽内。

上述待焊平板的板厚＞4mm时,采用V形坡口，工艺规定参数为：根部间隙2～3mm、根部钝边高度为3～4mm，坡口角度为50⁰～70⁰，各圆形凸起滚轮的圆形凸起部分的截面均为倒Y形结构，且圆形凸起部分由待焊平板的正面穿过接头根部间隙伸入待焊平板反面的圆形凹槽滚轮的凹槽内。

上述各圆形凸起滚轮的圆形凸起部分的高度小于各圆形凹槽滚轮的凹槽的深度。

上述各圆形凸起滚轮的圆形凸起部分的厚度小于各圆形凹槽滚轮的凹槽的宽度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明所述的方法，能够使工件的夹紧和脱离自如，根部间隙定位间距准确、灵活，既能有效地限制焊接件的错边和角度偏差，使错边量与角度偏差达到最小，又能显著地提高接头根部间隙的定位精度，降低焊接变形与残余应力，使双面焊接工艺可无阻碍连续进行，工作效率高，而且采用滚动方式，摩擦力小，不会损伤结构件的正反表面，该方法有效地解决了双面焊接过程中焊接完成部分发生屈曲变形等而导致待焊接部分发生严重错边与角度偏差以及待焊平板接头根部间隙不断变小的问题，保证了双面手工或自动化焊接过程的顺利进行，该方法优于传统的点接触、双面接触拘束以及定位塞块的固定约束定位与限制错边方法，不需要定位塞块和双面接触小板块等的点固和去除操作，保证了双面自动化焊接过程的顺利进行，由于没有定位塞块及各段距离上的额外约束，焊缝在加热和冷却过程中可自由膨胀与收缩，进而消除了由定位塞块或各段距离的额外约束而导致的残余应力及变形，本发明可广泛应用于船体结构、高速列车等平板的双面手工或自动化焊接工艺中。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为现有平板双面焊接头根部间隙点接触定位焊示意图。

图2为现有平板双面焊接头根部间隙面接触定位焊示意图。

图3为现有平板双面焊接头根部间隙的塞块定位示意图。

图4为现有平板双面焊接头刚性夹具强约束示意图。

图5为本发明圆形凸起滚轮、圆形凹槽滚轮和待焊平板的装配结构示意图。

图6为本发明的整体结构示意图。

图7本发明圆形凸起滚轮方案1的剖面结构示意图。

图8本发明圆形凸起滚轮方案2的剖面结构示意图。

图9本发明圆形凹槽滚轮方案1的剖面结构示意图。

图10本发明圆形凹槽滚轮方案2的剖面结构示意图。

图11为本发明的I形坡口定位示意图。

图12为本发明的不带钝边V形坡口定位示意图。

图13为本发明的带钝边V形坡口定位示意图。

具体实施方式

如图5-图13所示，本发明所述的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，包括如下步骤：

首先，根据待焊平板8的厚度、坡口形式及焊接接头根部间隙工艺要求的尺寸，在焊枪1前端一定距离处设置二个根据待焊平板正面的坡口形式确定的前后间隔一定距离的圆形凸起滚轮2，各圆形凸起滚轮2的中心轴向设置有连接通孔，所述的二个圆形凸起滚轮2安装在位于待焊平板正面一侧的支座A4上，并保证各圆形凸起滚轮2的接触受力位置始终与待焊平板8的板面垂直，且所述的二个圆形凸起滚轮2的圆形凸起部分21的厚度要与待焊平板8的接头根部间隙的宽度相同；

然后，在待焊平板反面设置二个圆形凹槽滚轮3，各圆形凹槽滚轮3的中心轴向设置有连接通孔，所述的二个圆形凹槽滚轮3安装在支座B6上，且所述的二个圆形凹槽滚轮3的中心距与二个圆形凸起滚轮2的中心距相等，各圆形凹槽滚轮3的圆形部分B32的直径与各圆形凸起滚轮2的圆形部分A22的直径相同，并保证各圆形凹槽滚轮3的接触受力位置始终与待焊平板8的板面垂直；

然后，在支座A4的中心位置安装一个电磁铁A5，并在支座B6的中心位置安装一个电磁铁B7，且所述的电磁铁A5和电磁铁B7为异性电磁铁；

然后，将支座A4和支座B6通过二个定位销9连接固定在一起，且各定位销9分别穿过待焊平板8的接头根部间隙；

然后，接通电源，开始随焊焊接工作，此时两个电磁铁产生异性吸引力作用，并通过调整电磁力的大小，输出满足不同材料和板厚需要的电磁力，该电磁力通过支座A4作用在待焊平板正面的二个圆形凸起滚轮2上和通过支座B6作用在待焊平板反面的二个圆形凹槽滚轮3上，从而将发生错边和角度偏差的待焊平板局部压平，同时通过二个圆形凸起滚轮2的圆形凸起部分21使接头根部间隙在焊接过程中始终保持不变；

最后，在待焊平板8的焊接完成后，切断电源，结束随焊焊接工作。

本发明所述的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，是针对铝合金的平板双面TIG焊接工艺，采用双面TIG填丝焊工艺，在焊接过程中要求使得焊接接头根部保持2～3mm的间隙，错边量要小于1mm。实例板材坡口及根部间隙等尺寸见表1所示：

表1 实例板材坡口机根部间隙尺寸

坡口形式	厚度δ（mm）	夹角α（°）	根部间隙b（mm）	根部钝边高度h（mm）
					I形	δ≤4	——	2	——
双V形	4＜δ≤8	50～80	3	2～3

实施例一： 

本发明所述的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其中待焊平板8为铝合金平板，铝合金平板的厚度δ=4mm，按照表1中δ≤4mm，采用I形坡口焊接，如图11所示，接头根部间隙为2mm。

在铝合金平板上安装随焊定位控制整体装置10，其方法如下：

首先，制作随焊定位控制根部间隙及限制错边与角度偏差的两个圆形凸起滚轮2和两个圆形凹槽滚轮3。其中，各圆形凸起滚轮2的圆形凸起部分21的截面均为I形结构，凸起的高度为5mm（包括圆形顶部），超过板厚δ的1mm且插入反面的圆形凹槽滚轮3的凹槽31内，各圆形凹槽滚轮3的凹槽31的截面也为I形结构；

然后，将圆形凸起滚轮2和电磁铁A5安装在支座A4上，将圆形凹槽滚轮3和电磁铁B7安装在支座B6上，并分别放于铝合金平板的正反面，并安装好定位销9，保证位于铝合金平板正面的圆形凸起滚轮2与位于铝合金平板反面的圆形凹槽滚轮3作用线所构成的平面与铝合金平板的接触面垂直，两把焊枪1安装在各支座后方一定距离处。

随焊定位控制整体装置10安装完成后，采用机器人或机器手带动随焊定位控制装置行走，行走速度与焊接速度相同，从而保证随焊定位控制装置与双面的TIG焊枪（带填丝）间距相同，可保证待焊接头根部间隙为定值且错边量与角度偏差极小，进而顺利完成4mm铝合金平板的双面TIG填丝焊接工艺，包括横焊和立焊两种方式。

实施例二：

本发明所述的平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其中待焊平板8为铝合金平板，铝合金平板的厚度δ=5mm，按照表1中δ＞4mm，采用双面V形坡口焊接，如图13所示，坡口角度α为75°，根部钝边高为2mm，坡口间隙为3mm。

在铝合金平板上安装随焊定位控制整体装置10，其方法如下：

首先，制作随焊定位控制根部间隙及限制错边与角度偏差的两个圆形凸起滚轮2和两个圆形凹槽滚轮3。其中，各圆形凸起滚轮2的圆形凸起部分21的截面为均倒Y形结构（根据一侧V形坡口截面确定），凸起高度为6.5mm（包括圆形顶部），超过板厚δ的1.5mm且插入反面的圆形凹槽滚轮3的凹槽31内，各圆形凹槽滚轮3的凹槽31的截面也为Y形结构；

然后，将圆形凸起滚轮2和电磁铁A5安装在支座A4上，将圆形凹槽滚轮3和电磁铁B7安装在支座B6上，并分别放于铝合金平板的正反面，并安装好定位销9，保证位于铝合金平板正面的圆形凸起滚轮2与位于铝合金平板反面的圆形凹槽滚轮3作用线所构成的平面与铝合金平板的接触面垂直，两把焊枪1安装在各支座后方一定距离处。

随焊定位控制整体装置10安装完成后，采用机器人或机器手带动随焊定位控制装置行走，行走速度与焊接速度相同，从而保证随焊定位控制装置与双面的TIG焊枪（带填丝）间距相同，可保证待焊接头根部间隙为定值且错边量与角度偏差极小，进而顺利完成5mm铝合金平板的双面TIG填丝焊接工艺，包括横焊和立焊。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (5)

1.一种平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特征在于包括如下步骤：

A、根据待焊平板（8）的厚度、坡口形式及焊接接头根部间隙工艺要求的尺寸，在焊枪（1）前端一定距离处设置二个根据待焊平板正面的坡口形式确定的前后间隔一定距离的圆形凸起滚轮（2），所述的二个圆形凸起滚轮（2）安装在位于待焊平板正面一侧的支座A（4）上，并保证各圆形凸起滚轮（2）的接触受力位置始终与待焊平板（8）的板面垂直，且所述的二个圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）的厚度要与待焊平板（8）的接头根部间隙的宽度相同；

B、在待焊平板反面设置二个圆形凹槽滚轮（3），所述的二个圆形凹槽滚轮（3）安装在支座B（6）上，且所述的二个圆形凹槽滚轮（3）的中心距与二个圆形凸起滚轮（2）的中心距相等，各圆形凹槽滚轮（3）的圆形部分B（32）的直径与各圆形凸起滚轮（2）的圆形部分A（22）的直径相同，并保证各圆形凹槽滚轮（3）的接触受力位置始终与待焊平板（8）的板面垂直；

C、在支座A（4）的中心位置安装一个电磁铁A（5），并在支座B（6）的中心位置安装一个电磁铁B（7），且所述的电磁铁A（5）和电磁铁B（7）为异性电磁铁；

D、将支座A（4）和支座B（6）通过二个定位销（9）连接固定在一起，且各定位销（9）分别穿过待焊平板（8）的接头根部间隙；

E、接通电源，开始随焊焊接工作，此时两个电磁铁产生异性吸引力作用，并通过调整电磁力的大小，输出满足不同材料和板厚需要的电磁力，该电磁力通过支座A（4）作用在待焊平板正面的二个圆形凸起滚轮（2）上和通过支座B（6）作用在待焊平板反面的二个圆形凹槽滚轮（3）上，从而将发生错边和角度偏差的待焊平板局部压平，同时通过二个圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）使接头根部间隙在焊接过程中始终保持不变；

F、在待焊平板（8）的焊接完成后，切断电源，结束随焊焊接工作。

2.根据权利要求1所述平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特征在于上述待焊平板（8）的板厚为3～4mm时，工艺规定采用I形坡口，工艺规定参数为：接头根部间隙1～3mm，各圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）的截面均为I形结构，且圆形凸起部分（21）由待焊平板（8）的正面穿过接头根部间隙伸入待焊平板（8）反面的圆形凹槽滚轮（3）的凹槽（31）内。

3.根据权利要求1所述平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特征在于上述待焊平板（8）的板厚＞4mm时,采用V形坡口，工艺规定参数为：根部间隙2～3mm、根部钝边高度为3～4mm，坡口角度为50⁰～70⁰，各圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）的截面均为倒Y形结构，且圆形凸起部分（21）由待焊平板（8）的正面穿过接头根部间隙伸入待焊平板（8）反面的圆形凹槽滚轮（3）的凹槽（31）内。

4.根据权利要求1所述平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特征在于上述各圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）的高度小于各圆形凹槽滚轮（3）的凹槽（31）的深度。

5.根据权利要求1所述平板双面对接焊接头根部间隙的随焊控制方法，其特征在于上述各圆形凸起滚轮（2）的圆形凸起部分（21）的厚度小于各圆形凹槽滚轮（3）的凹槽（31）的宽度。

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