CN103846528B - 一种环形焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环形焊接方法，采用焊枪进行焊接，工件的焊缝为环形，其特征在于：焊接包括依次进行的起弧、正常焊接和收弧工作，起弧点到起弧终点之间的起弧段的焊接电流、收弧起点到收弧点之间的收弧段的焊接电流小于正常焊接的焊接电流，且从起弧点到收弧点焊缝旋转大于360°。本发明经过研究，通过改变焊接工艺参数，采取软起弧和软收弧，使环形焊缝的质量大大提高，保证了起弧与收弧的焊缝首尾搭接段的焊接密封性，杜绝了漏焊的问题，同时又防止了焊接时烧穿的现象发生，焊缝首尾搭接段平滑过渡。本发明尤其适用于高密封要求的筒体或管材的焊接。

Description

一种环形焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别是一种环形焊接的方法。
背景技术
在焊接领域中，金属焊接非常普遍。焊接工艺经过多年的发展，也基本发展成熟。例如压缩机储液器、空调消音器、中央空调用气液分离器、中央空调用油气分离器、灭火器、储气罐等产品，其壳体均通过焊接而成。又例如一些管材的接驳，包括同种金属管材的接驳或异种金属的接驳，都可通过焊接实现。
以压缩机储液器为例，其壳体一般采用铁质材料制作，一般有两种结构：（1）壳体分上半部和下半部两部分，其中一部分的焊接端的内径大于另一部分的外径，两部分套接，套接面之间有铜焊料，然后整体进行过炉焊。（2）壳体包括一中空的筒体及分别结合在筒体两端的上端盖和下端盖，三部分对应的焊接端也是套接，套接面之间有铜焊料，然后整体进行过炉焊。但是，这种焊接方式的工作成本高、工序复杂、效率很低，而且焊接强度一般。
为解决上述问题，中国专利申请201210589308.5，公开了一种压缩机及其制造方法和应用，其中储液器壳体包括一中空的筒体及分别结合在筒体两端的上端盖和下端盖，各组成部分间对接,对接端口通过闪光焊焊接。
但是，采用上述工艺又出现了其他问题：闪光焊需要夹紧壳体各部分来实施顶锻力并达到一定的顶锻速度，容易使表面出现夹紧伤；如果壳体采用上述第（2）种结构的话，由于闪光焊工艺的限制，焊接时部品将有分离、靠近的动作，无法实现三部件同时焊接，需要分两次进行焊接；由于各部分多次分离、接触、对中，使得焊接时对中性差；由于顶锻力使各部分焊接处熔融的铁向两边挤出，令壳体焊接处的内外表面均形成有凸起的异物；焊接功率要求较大，因此设备投资大；焊接强度较难控制，例如焊接时，各部分接近-分离，热量不稳定，焊接质量也不稳定，而且热应力大，冲击力大，易造成晶格断裂、产生热裂纹。
在中国专利申请201310484818.0中公开了一种壳体及其制造方法，通过氩弧焊、等离子焊、准离子焊、激光焊等对壳体进行焊接，其焊接质量改善，生产效率提高。由于焊缝是360°环形的，如果焊接从起弧点起算到收弧点刚好等于360°，接口处就很容易出现因不完全密封而漏气的现象。如果焊接从起弧点起算到收弧点大于360°能够解决上述问题，然而，因为采用传统的焊接工艺，从起弧点到收弧点均采用恒定的电流进行焊接，当工件转过360°，起弧点的位置再次经过焊枪后，焊枪对准的位置是已经完全焊接好的焊缝，此时较大的焊接电流会造成过烧，焊接处发黑，甚至会烧穿已经焊接好的焊缝。因此，目前对环形焊缝的焊接质量很难保证，造成产品合格率较低。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种环形焊接方法，其能保证焊接质量，提高产品合格率。
本发明的目的是这样实现的：一种环形焊接方法，采用焊枪进行焊接，工件的焊缝为环形，其特征在于：焊接包括依次进行的起弧、正常焊接和收弧工作，起弧点到起弧终点之间的起弧段的焊接电流、收弧起点到收弧点之间的收弧段的焊接电流小于正常焊接的焊接电流，且从起弧点到收弧点焊缝旋转大于360°。
焊接起弧段时，其焊接电流是一个固定值，或是从起弧点电流值逐渐变大至正常焊接的焊接电流值；焊接收弧段时，其焊接电流是一个固定值，或是从正常焊接的焊接电流值逐渐变小到收弧点电流值。
所述的固定值、起弧点电流值或收弧点电流值为正常焊接的焊接电流值的5-95%。
所述的起弧段焊缝弧长、收弧段焊缝弧长为5-20mm，起弧段焊缝弧长与收弧段焊缝弧长相等或不等。
焊接时，从起弧终点到收弧点焊缝旋转大于360°。
焊接时，在焊缝的外侧对已焊接的位置吹送可冷却该位置并防止其被氧化的保护气体。
焊接时，通过视觉跟踪机构识别及采集焊缝的相应位置的数据，并输出信号至焊枪焊接电源模块，焊枪焊接电源模块控制焊枪在不同工作阶段的焊接电流大小。
所述的视觉跟踪机构包括用于捕捉焊缝位置和焊枪的焊针位置的摄像机构，设于焊枪一侧，该侧是位于与焊接工件旋转方向相反方向的一侧。
所述的视觉跟踪机构在起弧前接收摄像机构的图像信息识别焊缝，并控制焊枪到达工作线位置，视觉跟踪机构输出信号至焊枪焊接电源模块，焊枪焊接电源模块控制控制焊枪进行起弧工作；在起弧后，视觉跟踪机构接收摄像机构的图像信息识别焊缝，并输出信号至焊枪的位置调节机构进行焊枪位置的调整，使焊枪始终与工件焊接部位保持一致性的相对位置，视觉跟踪机构实时判断工件与焊枪的相对位置或对焊接位置提前判断后延时对焊枪进行调整；视觉跟踪机构在识别到起弧点、起弧终点或收弧起点后输出信号至焊枪焊接电源模块进行收弧工作，并在焊枪收弧后控制焊枪回到准备位置工作。
所述的焊接采用氩弧焊、等离子焊、准离子焊或激光焊的自熔焊接方式，或氩弧填丝焊、等离子填丝焊、激光填丝焊的填丝焊方式，或二氧化碳气体保护焊、埋弧焊的熔化极焊接方式。
本发明经过研究，通过改变焊接工艺参数，采取软起弧和软收弧，使环形焊缝的质量大大提高，保证了起弧与收弧的焊缝首尾搭接段的焊接密封性，杜绝了漏焊的问题，同时又防止了焊接时过烧或烧穿的现象发生，焊缝首尾搭接段平滑过渡。本发明尤其适用于高密封要求的筒体或管材的焊接。
附图说明
图1是本发明的焊接曲线；
图2是本发明实施例1焊接后焊缝的示意图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是本发明实施例2的焊接后焊缝的剖面图；
图5是本发明的工艺控制流程框图；
图6是实现本发明方法的装置结构示意简图。
具体实施方式
本发明是一种环形焊接的方法，采用焊枪8进行焊接，焊接可采用但不限于氩弧焊、等离子焊、准离子焊或激光焊等的自熔焊接方式，或氩弧填丝焊、等离子填丝焊、激光填丝焊等的填丝焊方式，或二氧化碳气体保护焊、埋弧焊等的熔化极焊接方式。
如图1、2所示，工件的焊缝为环形，焊接包括依次进行的起弧、正常焊接和收弧工作，起弧,1到起弧终点2之间为起弧段5，起弧终点2到收弧起点3为正常焊接段6，收弧起点3到收弧点4之间为收弧段7。焊接时，起弧段5和收弧段7的焊接电流小于正常焊接段6的焊接电流，即焊接起弧段5和收弧段7时采取软起弧和软收弧，且从起弧点到收弧点焊缝旋转大于360°。较优选的，是焊接时从起弧终点到收弧点焊缝旋转大于360°。
焊接起弧段5时，其焊接电流是一个小于正常焊接段6焊接电流I2的固定值，或者，为了交接处更为平滑过渡，其焊接电流是从小于正常焊接段焊接电流I2的起弧点电流值I1逐渐变大至正常焊接段6焊接电流I2，优选的，上述固定值、起弧点电流值I1为正常焊接的焊接电流值I2的5-95%，更优选的，该固定值或起弧点电流值I1的大小为正常焊接的焊接电流值I2的10-80%。焊接收弧段7时，其焊接电流是一个小于正常焊接段6焊接电流I2的固定值，或者，为了焊缝首尾搭接段更为平滑过渡，其焊接电流是从正常焊接段6焊接电流I2逐渐变小到小于正常焊接段焊接电流I2的收弧点电流值I3，优选的，该固定值或收弧点电流值I3的大小为正常焊接的焊接电流值I2的5-95%，更优选的，固定值或收弧点电流值I3的大小为正常焊接的焊接电流值I2的10-80%。前述起弧段或收弧段焊接电流的变化是线性变化或阶梯变化均可，分别是缓升及缓降的特性。
焊接时，在焊缝的外侧对已焊接的位置吹送可冷却该位置并防止其被氧化的保护气体，把已焊接过的位置的温度降低，加大二次焊接段的温度差，这样就可以进一步保证不会过烧或烧穿了。
起弧段5和收弧段7不宜过长或过短，过长则令工作效率下降，过短则较难保证焊接质量，综合考虑到工作效率以及焊接质量两个因素，优选的，起弧段5焊缝弧长、收弧段7焊缝弧长为5-20mm，具体视乎工件的直径大小而进一步确定，工件直径小则设置较小弧长比较合适。起弧段2焊缝弧长与收弧段7焊缝弧长可以相等或不等。
焊接时，通过视觉跟踪机构识别及采集焊缝的相应位置的数据，并输出信号至焊枪焊接电源模块613，焊枪焊接电源模块613控制焊枪8在不同工作阶段的焊接电流大小。所述的视觉跟踪机构包括用于捕捉焊缝位置和焊枪8的焊针位置的摄像机构611，设于焊枪8一侧，该侧是位于与焊接工件11旋转方向相反方向的一侧。
如图5、图6所示，在起弧前，通过视觉跟踪机构识别焊缝及起弧点，并控制焊枪8到达工作线位置，视觉跟踪机构输出信号至焊枪焊接电源模块613，焊枪焊接电源模块613控制控制焊枪8进行起弧工作；在起弧后，视觉跟踪机构接收摄像机构611的图像信息识别焊缝，并输出信号至焊枪的位置调节机构62进行焊枪位置的调整，使焊枪8始终与工件焊接部位保持一致性的相对位置，视觉跟踪机构实时判断焊接工件11与焊枪8的相对位置或对焊接位置提前判断后延时对焊枪8进行调整；当焊接工件11旋转360°视觉跟踪机构再次识别到焊缝的起弧点1、起弧终点2或收弧起点3时，输出信号至焊枪焊接电源模块613进行收弧工作，控制焊枪8按收弧段7焊接电流进行焊接，并在焊枪8收弧后控制焊枪8回到准备位置工作。收弧工作的启动，可以根据预设的程序进行，例如预设识别到起弧点1时控制启动收弧，则此时起弧点1与收弧起点3重合；或者预设识别到起弧终点2时控制启动收弧，则此时起弧终点2与收弧起点3重合；或者可预设某个点为收弧起点3，当识别到该点时就控制启动收弧。
通过视觉跟踪机构，焊缝的某个点在焊接前先经过摄像机构611采集信号，在该点转至对准焊枪位置时，视觉控制模块612则刚好输出恰当的控制信号至下述焊枪调节机构62将焊枪调整至最佳位置，同时焊接电源模块613控制焊接电流的大小，严格控制整个焊接过程中的焊接电流大小。另外，还可设置弧压跟踪机构，根据焊枪和工件的距离改变导致的电弧的弧压改变而获取信号进行调整的，焊接电源模块613接收焊枪的弧压变化，再输出控制信号至焊枪调节机构62。
焊枪调节机构62，包括左右调节部件621和上下调节部件622。焊枪8固定安装焊枪调节机构62上，焊枪调节机构62与视觉跟踪机构数据连接，其中，根据视觉跟踪机构控制信号控制焊枪5左右移动，根据弧压跟踪机构控制信号控制焊枪8上下移动，对焊枪8位置进行微调，从而实现与焊缝的精确对位。本技术方案中，不需要焊接工件11具有比较明显的焊缝轮廓沟槽都可以实现精确对位，对于薄板或母材不开坡口的情况均可适用。
以下以对压缩机储液器壳体进行氩弧焊焊接为例，结合附图对本发明进行进一步阐释，但本发明并不限于此特定例子。
实施例1
工艺流程如图5所示，生产装置如图6所示。首先在将焊接工件11安装于焊机上，焊机的工装模块开始检测焊接工件11是否到位，夹持焊接工件11是否完成，开始驱动焊接工件11旋转，焊枪8开始下降对位。此时摄像机构611开始采集信号，通过视觉控制模块612开始识别焊缝及起弧点并控制焊枪8对准焊缝，焊接电源模块613则控制焊枪8的焊接电流，按图1的焊接曲线进行焊接。
焊接工件11缓慢转动，视觉跟踪系统捕捉到焊枪8与焊缝，并调整焊枪8相对位置完成对准后输出信号至焊接电源613起弧，如图2、3所示，起弧点1电流为I1，时间点为t1，焊接工件11旋转，经过一段时间到时间点t2，此时焊缝对准焊枪8的位置由起弧点1到达起弧终点2，该起弧段5的焊接电流是从I1逐渐线性变大至正常焊接段6焊接电流值I2的，其中I1大小约为I2的50%；
焊接工件11继续旋转，经过一段时间到时间点t3，此时焊缝对准焊枪8的位置由起弧终点2到达收弧起点3，该正常焊接段6采用能完全密封焊接该焊缝所必需的正常焊接电流进行焊接，在本实施例中，预设识别到起弧终点2时控制启动收弧，起弧终点2与收弧起点3重合，因此从外观上看，正常焊接段6基本覆盖了起弧段5；
当视觉控制模块612识别到起弧终点2(收弧起点3)，则焊接电源模块613控制焊接电流开始下降，经过一段时间到时间点t4，此时焊缝对准焊枪8的位置由收弧起点3到达收弧点4，该收弧段7的焊接电流从正常焊接段6焊接电流值I2逐渐线性变小到收弧点4电流I3，其中I3大小约为I2的50%，本实施例从外观上看，收弧段7部分覆盖正常焊接段6；
最后焊接完成，焊枪8停止工作，上升复位。
焊接时，在焊缝的外侧设有保护气体吹送装置9，在不影响焊枪火焰的前提下，对已焊接的位置吹送可冷却该位置并防止其被氧化的保护气体（例如氩气），把已焊接过的位置的温度降低，，加大二次焊接段（正常焊接段6覆盖起弧段5的位置以及收弧段7覆盖正常焊接段6的位置）的温度差，这样就可以进一步保证不会过烧或烧穿了。
实施例2
在本实施例中，如图4所示，焊接工件11缓慢转动，视觉跟踪系统捕捉到焊枪8与焊缝，并调整焊枪8相对位置完成对准后输出信号至焊接电源613起弧，起弧点1电流为I1，时间点为t1，焊接工件11旋转，经过一段时间到时间点t2，此时焊缝对准焊枪8的位置由起弧点1到达起弧终点2，该起弧段5的焊接电流是从I1逐渐线性变大至正常焊接段6焊接电流值I2的，其中I1大小约为I2的60%；
焊接工件11继续旋转，经过一段时间到时间点t3，此时焊缝对准焊枪8的位置由起弧终点2到达收弧起点3，该正常焊接段6采用能完全密封焊接该焊缝所必需的正常焊接电流进行焊接，在本实施例中，预设识别到起弧点1时控制启动收弧，起弧点1与收弧起点3重合；
当视觉控制模块612识别到起弧点1(收弧起点3)，则焊接电源模块613控制焊接电流开始下降，经过一段时间到时间点t4，此时焊缝对准焊枪8的位置由收弧起点3到达收弧点4，该收弧段7的焊接电流从正常焊接段6焊接电流值I2逐渐线性变小到收弧点4电流I3，其中I3大小约为I2的30%，从外观上看，收弧段7完全覆盖了起弧段5；
最后焊接完成，焊枪8停止工作，上升复位。
其他同实施例1。

Claims (9)

1.一种环形焊接方法，采用焊枪进行焊接，工件的焊缝为环形，其特征在于：焊接包括依次进行的起弧、正常焊接和收弧工作，起弧点到起弧终点之间的起弧段的焊接电流、收弧起点到收弧点之间的收弧段的焊接电流小于正常焊接的焊接电流，且从起弧点到收弧点焊缝旋转大于360°；焊接时，通过视觉跟踪机构识别及采集焊缝的相应位置的数据，并输出信号至焊枪焊接电源模块，焊枪焊接电源模块控制焊枪在不同工作阶段的焊接电流大小。
2.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：焊接起弧段时，其焊接电流是一个固定值，或是从起弧点电流值逐渐变大至正常焊接的焊接电流值；焊接收弧段时，其焊接电流是一个固定值，或是从正常焊接的焊接电流值逐渐变小到收弧点电流值。
3.根据权利要求2所述的一种环形焊接方法，其特征在于：所述的固定值、起弧点电流值或收弧点电流值为正常焊接的焊接电流值的5-95％。
4.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：所述的起弧段焊缝弧长、收弧段焊缝弧长为5-20mm，起弧段焊缝弧长与收弧段焊缝弧长相等或不等。
5.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：焊接时，从起弧终点到收弧点焊缝旋转大于360°。
6.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：焊接时，在焊缝的外侧对已焊接的位置吹送可冷却该位置并防止其被氧化的保护气体。
7.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：所述的视觉跟踪机构包括用于捕捉焊缝位置和焊枪的焊针位置的摄像机构，设于焊枪一侧，该侧是位于与焊接工件旋转方向相反方向的一侧。
8.根据权利要求7所述的一种环形焊接方法，其特征在于：所述的视觉跟踪机构在起弧前接收摄像机构的图像信息识别焊缝，并控制焊枪到达工作线位置，视觉跟踪机构输出信号至焊枪焊接电源模块，焊枪焊接电源模块控制焊枪进行起弧工作；在起弧后，视觉跟踪机构接收摄像机构的图像信息识别焊缝，并输出信号至焊枪的位置调节机构进行焊枪位置的调整，使焊枪始终与工件焊接部位保持一致性的相对位置，视觉跟踪机构实时判断工件与焊枪的相对位置或对焊接位置提前判断后延时对焊枪进行调整；视觉跟踪机构在识别到起弧点、起弧终点或收弧起点后输出信号至焊枪焊接电源模块进行收弧工作，并在焊枪收弧后控制焊枪回到准备位置工作。
9.根据权利要求1所述的一种环形焊接方法，其特征在于：所述的焊接采用氩弧焊、等离子焊、准离子焊或激光焊的自熔焊接方式，或氩弧填丝焊、等离子填丝焊、激光填丝焊的填丝焊方式，或二氧化碳气体保护焊、埋弧焊的熔化极焊接方式。
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