CN104117771A - 一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法 - Google Patents

一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法，它涉及一种焊接装置及方法，装置：合页轴的两端分别与侧支架铰接，两个压紧杆分别设置在前板和后板的上面，液压缸的上端与压紧杆固定连接，液压缸的下端与连接销铰接，丝杠的下端与步进电机连接，升降传动板与丝杠螺纹连接，升降传动板的两侧各铰接一个顶板支撑杆，一个顶板支撑杆的上端与前板铰接、另一个顶板支撑杆的上端与后板铰接，顶板角度传感器设置在合页式反变形顶板的下面，合页管的管壁上设有数个出气孔，合页管通过导气管与保护气瓶连通。方法：一、设定补偿角α数值；二、预置前板和后板的补偿角α；三、装卡两块待焊板材；四、对预置了补偿角α的待焊板材进行对接焊。本发明用于板材对接。

Description

一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种焊接装置及方法，具体涉及一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法。
背景技术
焊接在各行业应用比较广泛，但焊接后的产品变形一直没有好的装置与方法进行避免，焊接变形可导致产品尺寸精度的大幅度降低与偏差、性能降低、报废或失效。焊接变形主要分三个阶段发生：第一阶段发生在焊接进行时，此时板件之间受夹具夹紧固定后进行焊接连接，焊接应力和热膨胀为这阶段主要变形；第二阶段从焊接完成后开始，此时焊接件进入从高温至常温的冷却过程，冷收缩时焊接应力的释放为这阶段变形原因；第三阶段经历时间最长，在完全冷却后由于板件的接合方式不同，最终各异的结构将导致局部应力的残留。
图10所示为板材对接焊缝的角变形示意图，由该图可知，板材对接焊后具有明显的角变形β。为了尽量减小对接焊缝角变形的影响，一般采用焊后进行整形来调整相关变形尺寸，然而，焊后矫形不但需要消耗大量的人力和物力，而且，矫正的精度有限，加工效率较低，有时甚至会导致产品报废。因此，如何更简便有效地减小对接焊缝角变形变得较为迫切。
目前，针对不锈钢薄板的焊接角变形问题，中国专利号为200910153657.0、申请日为2009年10月26日的发明专利公开了一种可进行变形控制的不锈钢薄板焊接方法，该专利提出：在焊前，先用两根平行的扁钢将两组不锈钢薄板需要焊接的一侧分别垫起，两组不锈薄钢板分别以扁钢作为支点，将两组不锈薄钢板已加工完坡口的一端相对接，其另一端与工作台面接触，实现焊前反变形。该方法操作简便，并且能够在一定程度上减小不锈钢薄板的焊接角变形，但是，该方法无法实现对两组板材焊前反变形角度的连续精确调节，难以实现对板材和扁钢间相对位置的准确控制；并且，由于该方法并未设计焊缝背面气保护装置，因此，无法在焊接过程中实现对焊缝背面的气保护；此外，该方法采用中间放有重力块的压板对板材进行固定，无法实现对板材的快速装夹，加工效率底。
发明内容
本发明为解决现有焊前反变形方法，无法实现对反变形角度的精确控制以及在焊接过程中无法实现对焊缝背面的气保护的问题，而提出了一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法。
装置：一种能够减小对接焊缝角变形的装置包括底座、合页式顶板、步进电机、丝杠、升降传动板、控制箱、顶板角度传感器、固定板、前连接座、后连接座、保护气瓶、导气管、两个压紧杆、两个圆柱滑轨、两个顶板支撑杆、两个侧支架、四个液压缸和四个连接销，合页式顶板由前板、后板和合页管组成，前板和后板对称设置在合页管的前后侧，且前板和后板通过合页管铰接，两个侧支架分别设置在合页管的两端，且合页管与侧支架铰接，每个侧支架的下端固定在底座上，两个压紧杆分别设置在前板和后板的上面，每个压紧杆的一端对应连接一个液压缸，液压缸的上端与压紧杆固定连接，液压缸的下端与连接销铰接，连接销固定安装在侧支架上，步进电机设置在底座与合页式顶板之间，步进电机固定在底座上，两个圆柱滑轨对称设置在步进电机的两侧，每个圆柱滑轨的下端固定在底座上，每个圆柱滑轨上端固定在固定板上，丝杠的下端与步进电机连接，丝杠的上端通过轴承支撑在固定板中，升降传动板设置在固定板与步进电机之间，升降传动板与丝杠螺纹连接，升降传动板的两端分别套装在两个圆柱滑轨上，两个顶板支撑杆对称设置在丝杠的前后侧，前板下面的顶板支撑杆下端与升降传动板铰接，前板下面的顶板支撑杆上端与前连接座铰接，前连接座固定在前板的下面，后板下面的顶板支撑杆下端与升降传动板铰接，后板下面的顶板支撑杆上端与后连接座铰接，后连接座固定在后板的下面，控制箱通过数据线与步进电机连接，顶板角度传感器设置在合页式顶板的下面，且顶板角度传感器固定在侧支架上，合页管为空心管，合页管的管壁上设有数个出气孔，合页管的一端为封闭端，合页管的另一端通过导气管与保护气瓶连通，前板和后板的合页上设有与出气孔正对的通气孔。
方法：该方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、设定补偿角α数值：将预先设定的补偿角α数值输入顶板角度传感器中；
步骤二、预置前板和后板的补偿角α：利用控制箱、步进电机、传动丝杠、升降传动板、两侧顶板支撑杆、顶板角度传感器将前板和后板的补偿角α精确调节为设定的补偿角α数值，设定两倍的补偿角α的数值大小与对接接头的实际角变形β相等，变形方向相反；
步骤三、装卡两块待焊板材：利用压紧杆和液压缸将两块待焊板材分别压紧于前板和后板上，并确保待焊边沿相互对紧，两块待焊板材间的待焊位置线与合页管的轴线上、下重合；
步骤四、对预置了补偿角α的待焊板材进行对接焊：调整激光焊接头角度使激光束竖直打在待焊板材的待焊位置线上，安装并调整送丝管和保护气嘴角度，使其与激光束、待焊位置线位于同一平面上，最后对板材进行连续的激光焊接，焊接过程中需持续通入保护气。
本发明与现有方法相比具有以下有益效果：
一、在板材焊接之前，利用本发明能够减小对接焊缝角变形的装置对板材进行预置补偿角α，将板材17液压夹紧于合页式顶板上，利用丝杠和步进电机精确控制合页式反变形顶板的补偿角α，然后对板材进行对接焊。本发明的装置及方法与专利200910153657.0相比较，能够有效抑制板材对接焊缝的角变形，并能够实现对板材的快速装卡和对反变形角度的连续精确调节，可以实现对焊缝背面的气保护。
二、本发明对板材厚度(薄板、厚板)和所采用的焊接方法没有严格的限制，如激光焊、弧焊、厚板多层多道焊均可，普适性强。
三、本发明提出的预置补偿角度装置能够与所选择的焊接系统进行整合，装夹板材并预置补偿角度后即可进行焊接，与焊后矫形方法相比，能够明显提高生产效率并实现对焊后角变形的精确控制。
附图说明
图1是本发明一种能够减小对接焊缝角变形的装置的整体结构立体图；
图2是图1的侧仰视立体图；
图3是图1的K向视图；
图4是前板2-1或后板2-2的立体图；
图5是图4的I局部放大图；
图6是合页管2-3的立体图；
图7是具体实施方式七中步骤三将压紧杆3压紧在待焊板材17上的位置示意图；
图8是具体实施方式七中步骤四调整激光头角度使激光束竖直(或呈一定角度)打在待焊板材17的待焊位置线上示意图；
图9是具体实施方式七中步骤四安装并调整送丝管和保护气嘴角度，使其与激光束、待焊位置线位于同一平面上示意图；
图10是板材17对接焊缝的角变形β示意图(未焊前反变形)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式包括底座1、合页式顶板2、步进电机5、丝杠6、升降传动板8、控制箱10、顶板角度传感器11、固定板14、前连接座15、后连接座16、保护气瓶21、导气管22、两个压紧杆3、两个圆柱滑轨7、两个顶板支撑杆9、两个侧支架12、四个液压缸4和四个连接销13，合页式顶板2由前板2-1、后板2-2和合页管2-3组成，前板2-1和后板2-2对称设置在合页管2-3的前后侧，且前板2-1和后板2-2通过合页管2-3铰接，两个侧支架12分别设置在合页管2-3的两端，且合页管2-3与侧支架12铰接，每个侧支架12的下端固定在底座1上，两个压紧杆3分别设置在前板2-1和后板2-2的上面，每个压紧杆3的一端对应连接一个液压缸4，液压缸4的上端与压紧杆3固定连接，液压缸4的下端与连接销13铰接，连接销13固定安装在侧支架12上，步进电机5设置在底座1与合页式顶板2之间，步进电机5固定在底座1上，两个圆柱滑轨7对称设置在步进电机5的两侧，每个圆柱滑轨7的下端固定在底座1上，每个圆柱滑轨7的上端固定在固定板14上，丝杠6的下端与步进电机5连接，丝杠6的上端通过轴承支撑在固定板14中，升降传动板8设置在固定板14与步进电机5之间，升降传动板8与丝杠6螺纹连接，升降传动板8的两端分别套装在两个圆柱滑轨7上，两个顶板支撑杆9对称设置在丝杠6的前后侧，前板2-1下面的顶板支撑杆9下端与升降传动板8铰接，前板2-1下面的顶板支撑杆9上端与前连接座15铰接，前连接座15固定在前板2-1的下面，后板2-2下面的顶板支撑杆9下端与升降传动板8铰接，后板2-2下面的顶板支撑杆9上端与后连接座16铰接，后连接座16固定在后板2-2的下面，控制箱10通过数据线与步进电机5连接，顶板角度传感器11设置在合页式顶板2的下面，且顶板角度传感器11固定在侧支架12上，合页管2-3为空心管，合页管2-3的管壁上设有数个出气孔2-3-1，合页管2-3的一端为封闭端，合页管2-3的另一端通过导气管22与保护气瓶21连通，前板2-1和后板2-2的合页上设有与出气孔2-3-1正对的通气孔2-4。侧支架12与底座1制成一体。步进电机5、控制箱10和顶板角度传感器11均可直接购置成品。合页式顶板2采用合页连接方式，能够实现连续翻折变形。
具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的数个出气孔2-3-1沿同一水平线均布排列。这样设计使得出气流量更加均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3和图7说明本实施方式，本实施方式的所述两个压紧杆3与合页轴2-3平行设置。这样设计使得压紧前板2-1和后板2-2上的蒙皮17的力均衡。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图7说明本实施方式，本实施方式的压紧杆3为细长的棒状，其截面形状为等边三角形。等边三角形的截面设计目的是在保证压紧杆3刚度的情况下最大程度地为焊枪或激光焊接头预留出充分的运动空间并且能够对待焊板材17起到更有效稳定的夹持作用。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式的压紧杆3的材质为高强钢。高强钢不易发生弯曲变形。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同的是它还增加有网状加强筋19，前板2-1和后板2-2的下端面焊接有网状加强筋19。这样设计为增大合页式反变形顶板2的刚度，能在蒙皮17的液压装夹和随后的弯折反变形过程中有效抑制合页式反变形顶板2的受力变形，提高反变形的精度。其它步骤与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：结合图3、图7～图9说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、设定补偿角α数值：将预先设定的补偿角α数值输入顶板角度传感器11中；
步骤二、预置前板2-1和后板2-2的补偿角α：利用控制箱10、步进电机5、传动丝杠6、升降传动板8、两侧顶板支撑杆9、顶板角度传感器11将前板2-1和后板2-2的补偿角α精确调节为设定的补偿角α数值，设定两倍的补偿角α的数值大小与对接接头的实际角变形β相等(即2α＝β)，变形方向相反；
步骤三、装卡两块待焊板材17：利用压紧杆3和液压缸4将两块待焊板材17分别压紧于前板2-1和后板2-2上，并确保待焊边沿相互对紧，两块待焊板材17间的待焊位置线20与合页管2-3的轴线21上、下重合，见图7；
步骤四、对预置了补偿角α的待焊板材17进行对接焊(以激光焊接技术为例)：调整激光焊接头角度使激光束竖直(或呈一定角度)打在待焊板材17的待焊位置线上，安装并调整送丝管和保护气嘴角度，使其与激光束、待焊位置线位于同一平面上，最后对板材进行连续的激光焊接，焊接过程中需持续通入保护气，见图8和图9。
具体实施方式八：结合图7说明本实施方式，本实施方式是步骤三中压紧杆3至合页管2-3的距离S为5mm～30mm。在保证为随后激光焊接头留有足够运动空间的情况下，两根压紧杆3能够最大程度地靠近合页管2-3处。其它步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图7说明本实施方式，本实施方式是步骤三中压紧杆3至合页管2-3的距离S为20mm。在保证为随后激光焊接头留有足够运动空间的情况下，两根压紧杆3能够最大程度地靠近被弯折的位置(即合页轴2-3处)，改善蒙皮17弯折反变形的效果和精度。其它步骤与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式是步骤四中的保护气为氩气(Ar)或氦气(He)其它步骤与具体实施方式七或八相同。

Claims (10)

1.一种能够减小对接焊缝角变形的装置，所述装置包括底座(1)、合页式顶板(2)、步进电机(5)、丝杠(6)、升降传动板(8)、控制箱(10)、顶板角度传感器(11)、固定板(14)、前连接座(15)、后连接座(16)、保护气瓶(21)、导气管(22)、两个压紧杆(3)、两个圆柱滑轨(7)、两个顶板支撑杆(9)、两个侧支架(12)、四个液压缸(4)和四个连接销(13)，其特征在于：合页式顶板(2)由前板(2-1)、后板(2-2)和合页管(2-3)组成，前板(2-1)和后板(2-2)对称设置在合页管(2-3)的前后侧，且前板(2-1)和后板(2-2)通过合页管(2-3)铰接，两个侧支架(12)分别设置在合页管(2-3)的两端，且合页管(2-3)与侧支架(12)铰接，每个侧支架(12)的下端固定在底座(1)上，两个压紧杆(3)分别设置在前板(2-1)和后板(2-2)的上面，每个压紧杆(3)的一端对应连接一个液压缸(4)，液压缸(4)的上端与压紧杆(3)固定连接，液压缸(4)的下端与连接销(13)铰接，连接销(13)固定安装在侧支架(12)上，步进电机(5)设置在底座(1)与合页式顶板(2)之间，步进电机(5)固定在底座(1)上，两个圆柱滑轨(7)对称设置在步进电机(5)的两侧，每个圆柱滑轨(7)的下端固定在底座(1)上，每个圆柱滑轨(7)的上端固定在固定板(14)上，丝杠(6)的下端与步进电机(5)连接，丝杠(6)的上端通过轴承支撑在固定板(14)中，升降传动板(8)设置在固定板(14)与步进电机(5)之间，升降传动板(8)与丝杠(6)螺纹连接，升降传动板(8)的两端分别套装在两个圆柱滑轨(7)上，两个顶板支撑杆(9)对称设置在丝杠(6)的前后侧，前板(2-1)下面的顶板支撑杆(9)下端与升降传动板(8)铰接，前板(2-1)下面的顶板支撑杆(9)上端与前连接座(15)铰接，前连接座(15)固定在前板(2-1)的下面，后板(2-2)下面的顶板支撑杆(9)下端与升降传动板(8)铰接，后板(2-2)下面的顶板支撑杆(9)上端与后连接座(16)铰接，后连接座(16)固定在后板(2-2)的下面，控制箱(10)通过数据线与步进电机(5)连接，顶板角度传感器(11)设置在合页式顶板(2)的下面，且顶板角度传感器(11)固定在侧支架(12)上，合页管(2-3)为空心管，合页管(2-3)的管壁上设有数个出气孔(2-3-1)，合页管(2-3)的一端为封闭端，合页管(2-3)的另一端通过导气管(22)与保护气瓶(21)连通，前板(2-1)和后板(2-2)的合页上设有与出气孔(2-3-1)正对的通气孔(2-4)。
2.根据权利要求1所述一种能够减小对接焊缝角变形的装置，其特征在于：所述数个出气孔(2-3-1)沿同一水平线均布排列。
3.根据权利要求1或2所述一种能够减小对接焊缝角变形的装置，其特征在于：所述两个压紧杆(3)与合页管(2-3)平行设置。
4.根据权利要求3所述一种能够减小对接焊缝角变形的装置，其特征在于：所述压紧杆(3)为细长的棒状，其截面形状为等边三角形。
5.根据权利要求4所述一种能够减小对接焊缝角变形的装置，其特征在于：所述压紧杆(3)的材质为高强钢。
6.根据权利要求5所述一种能够减小对接焊缝角变形的装置，其特征在于：所述能够减小T型接头焊接角变形的焊前反变形装置还包括网状加强筋(19)，前板(2-1)和后板(2-2)的下端面焊接有网状加强筋(19)。
7.一种利用权利要求1所述装置实现一种能够减小对接焊缝角变形的的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、设定补偿角α数值：将预先设定的补偿角α数值输入顶板角度传感器(11)中；
步骤二、预置前板(2-1)和后板(2-2)的补偿角α：利用控制箱(10)、步进电机(5)、传动丝杠(6)、升降传动板(8)、两侧顶板支撑杆(9)、顶板角度传感器(11)将前板(2-1)和后板(2-2)的补偿角α精确调节为设定的补偿角α数值，设定两倍的补偿角α的数值大小与对接接头的实际角变形β相等，变形方向相反；
步骤三、装卡两块待焊板材(17)：利用压紧杆(3)和液压缸(4)将两块待焊板材(17)分别压紧于前板(2-1)和后板(2-2)上，并确保待焊边沿相互对紧，两块待焊板材(17)间的待焊位置线(20)与合页管(2-3)的轴线(21)上、下重合；
步骤四、对预置了补偿角α的待焊板材(17)进行对接焊：调整激光焊接头角度使激光束竖直打在待焊板材(17)的待焊位置线上，安装并调整送丝管和保护气嘴角度，使其与激光束、待焊位置线位于同一平面上，最后对板材进行连续的激光焊接，焊接过程中需持续通入保护气。
8.根据权利要求7所述一种能够减小对接焊缝角变形的的方法，其特征在于：所述步骤三中压紧杆(3)至合页管(2-3)的距离S为5mm～30mm。
9.根据权利要求8所述一种能够减小对接焊缝角变形的的方法，其特征在于：所述步骤三中压紧杆(3)至合页管(2-3)的距离S为20mm。
10.根据权利要求7或8所述一种能够减小对接焊缝角变形的的方法，其特征在于：所述步骤四中的保护气为氩气或氦气。
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