CN104942497B - 一种大型筒体的全位置高效焊接方法及其焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型筒体的全位置高效焊接方法及其焊接装置，包括筒体、凸台、定位卡盘、平车、平车轨道、立柱、纵向滑块、小十字滑架、焊枪角度调节器、焊枪组、纵向小车轨道、小车、横向滑块、小车焊枪、转接板、重心平衡调节器、焊接与控制系统，可实现大型筒体的环焊、立焊、仰焊、平焊。本发明可以对筒体的多道环焊焊缝同时进行焊接，使焊接省时、高效。本发明包含焊枪角度调节器，可以通过焊接与控制系统远程调整焊枪角度来适应不同位置的焊接，精确度高且操作方便。本发明还包含重心平衡调节器，能在横向滑块调整过程中自动实时调整重心保证调节过程中焊接结构的稳定性，调节迅速并且自动化程度高。

Description

一种大型筒体的全位置高效焊接方法及其焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接加工设备，具体涉及一种筒体的环焊、立焊、仰焊、平焊的高效焊接方法及其焊接装置。

背景技术

随着石油和矿产开采行业的不断发展，矿山机械重要组成部分的筒体的制造技术越来越重要，为了增加生产效率和提高质量，大型筒体的焊接迫切需要进行全位置焊接，现在大型筒体全位置焊接仍然面临一些问题。首先，操作者进行高空焊接设备调节时存在着的复杂性和危险性，而焊枪角度的调节就是其中最重要和频繁的调节，操作者为了调节焊枪角度爬高作业，不仅操作困难，同时容易出安全事故；其次，工厂的筒体由于需要的不同而经常制成不同的直径，而市面上的焊接装置虽然能够横向调节工作范围，但是由于调节后机构重心偏移，没有相应应对措施，很难保证硬件的稳定性，给焊接工作造成潜在危险。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种大型筒体的全位置高效焊接方法及其焊接装置。采用本发明的装置可以实现筒体的环焊、立焊、仰焊、平焊，特别是对筒体的多道环焊焊缝可以进行同时焊接，大大地提高了效率，并且采用了焊枪角度调节器和重心平衡调节器保证焊接的安全、稳定进行。

本发明为解决以上技术问题，采用以下技术方案：一种大型筒体的全位置高效焊接方法及其焊接装置，其特征在于：包括筒体、凸台、定位卡盘、平车、平车轨道、立柱、纵向滑块、小十字滑架、转接板、焊枪角度调节器、焊枪组、纵向小车轨道、小车、横向滑块、小车焊枪、重心平衡调节器、焊接与控制系统，其中，焊枪组由多把焊枪组成，焊接与控制系统包括焊缝跟踪系统、送丝机、焊机、总控制器，可以对焊枪组、小车焊枪，纵向滑块、小十字滑架、小车、焊枪角度调节器、重心平衡调节器、横向滑块、平车进行控制。

所述筒体通过定位卡盘定位在凸台的上面，平车安装在以圆筒轴心为中心的平车轨道上，立柱安装于平车上端，立柱上一侧安装有多个纵向滑块，纵向滑块依次与横向滑块、小十字滑架、焊枪组相连，焊枪组通过转接板与角度调节器相连，横向滑块下方安装重心平衡调节器；立柱另一侧安装一条纵向小车轨道，纵向小车轨道上配套安装着小车，小车依次连接着横向滑块、小十字滑架和小车焊枪，小车焊枪通过转接板与焊枪角度调节器相连，横向滑块下方安装重心平衡调节器；焊接前，焊枪组由纵向滑块和横向滑块进行姿态调节，小车焊枪由横向滑块和小车进行姿态调节；焊接时，焊枪组和小车焊枪受焊接与控制系统的焊缝跟踪系统控制，借助小十字滑架进行微调对中；平车在进行环焊、仰焊、平焊时在焊接与控制系统的控制下沿平车轨道运动；焊接与控制系统除了在焊接时对焊缝进行跟踪外，还对其他机构进行控制，起协调工作的作用。

所述焊枪角度调节器包括螺栓、旋钮、夹具、减速器、角度调节电机、光电限位模块、角度调节驱动模块、角度调节控制模块和角度调节组装盒；螺栓与夹具相连，螺栓上的旋钮控制夹具的夹紧程度，夹具另一端与减速器相连，减速器起到减速增大扭矩的作用，角度调节电机与减速器相连，提供调节的动力，角度调节电机末端与光电限位模块相连，光电限位模块可以把调整的角度值实时传输给角度调节控制模块，进而把信号传给焊接与控制系统，供操作者参考，同时通过程序控制焊枪角度调节器的限位角度为与水平面成正负45度的角度，当达到这两个角度时光电限位模块会给角度调节控制模块发送信号从而使焊枪角度调节器停止工作，使得下次调整只能向相反方向进行调整，光电限位模块旁边安装有角度调节驱动模块和角度调节控制模块，减速器、角度调节电机、光电限位模块、角度调节驱动模块和角度调节控制模块一起装在角度调节组装盒中。

所述重心平衡调节器包括平衡调节电机、联轴器、配重、燕尾槽滑台、平衡调节驱动模块、平衡调节控制模块、平衡调节组装盒；整套装置安装在平衡调节组装盒中，平衡调节组装盒内部的下方右端安置有平衡调节电机，平衡调节电机的输出端与联轴器相连，为后者的丝杠转动提供动力，联轴器的丝杠穿过中心攻丝的配重块，带动配重水平移动，配重的底部设有燕尾槽，通过下部的燕尾槽滑台可以方便的滑动，平衡调节组装盒内部的上方安装有平衡调节驱动模块和平衡调节控制模块，平衡调节控制模块对平衡调节驱动模块发出命令，从而驱动平衡调节电机工作。

所述平衡调节控制模块与横向滑块的控制部分(位于焊接与控制系统内)相连，当横向滑块运动，使得小车焊枪、焊枪组远离(或靠近)立柱，即重心远离(靠近)立柱方向时，平衡调节控制模块控制配重朝远离(或靠近)立柱方向运动，从而抵消横向滑块运动对重心的影响，配重的移动距离与横向滑块的移动距离的关系由以下公式得出：(G1+G)*L1＝(G2-G)*L2，G＝l*g，L2＝f(L1)，L＝f(L2),最后得到L＝f(l)，其中，G1：立柱旁焊枪组或小车焊枪一侧所受初始重力，G2：立柱旁重心平衡调节器一侧所受初始重力，G：横向滑块运动造成的两端所受重力的变化量，l:横向滑块运动距离，g:横向滑块单位长度近似重量，L1:小车焊枪、焊枪组一侧的重心离立柱的支点的距离，L2：重心平衡调节器一侧的重心离立柱支点的距离，L:配重移动距离；焊接与控制系统根据推导出的关系式L＝f(l)对平衡调节控制模块发出指令，进而使重心平衡调节器正常工作。

附图说明

图1为本发明的焊接装置的结构示意图；

图2为本发明的立柱上装置的结构示意图；

图3为本发明的焊枪角度调节器结构示意图；

图4为本发明的焊枪角度调节器结构分解图；

图5为本发明的重心平衡调节器结构示意图；

图6为本发明的重心平衡调节器结构分解图；

图7为本发明的重心平衡调节器原理框图。

图中，1—筒体，2-凸台，3-定位卡盘，4-平车轨道，5-平车，6-立柱，7-纵向滑块，8-小十字滑架，9-转接板，10-焊枪角度调节器，10.1-螺栓，10.2-旋钮，10.3-夹具，10.4-减速器，10.5-角度调节电机，10.6-光电限位模块，10.7-角度调节驱动模块，10.8-角度调节控制模块，10.9-角度调节组装盒，11-焊枪组，12-纵向小车轨道，13-小车，14-横向滑块，15-小车焊枪，16-重心平衡调节器，16.1-平衡调节电机，16.2-联轴器，16.3-配重，16.4-燕尾槽滑台，16.5-平衡调节驱动模块，16.6-平衡调节控制模块，16.7-平衡调节组装盒，17-焊接与控制系统。

具体实施方式

为了更好的表达整个发明的技术方案与有益效果，下面结合图示与实例作进一步的阐述：

如图1，一种大型筒体焊接的装置，所述筒体1通过定位卡盘3定位在凸台2的上面，平车5安装在以筒体1轴心为中心的平车轨道4上，立柱6安装于平车5上端，立柱6上一侧安装有多个纵向滑块7，每个纵向滑块7最终对应连接焊枪组11中的一把焊枪，立柱的另一侧安装着小车焊枪15等装置，此外，焊接与控制系统17位于平车轨道4旁。

如图2，纵向小车轨道12固定在立柱6上，小车13安装在纵向小车轨道12上并且可以顺着后者上下移动，小车13上安装横向滑块14，横向滑块14远离筒体1的一端下方安置重心平衡调节器16，横向滑块14的另一端与小十字滑架8相连，小十字滑架上安装小车焊枪15，直接与小车焊枪15相连的小十字滑架8部分上安装转接板9，焊枪角度调节器10固定在转接板9上，同时夹持小车焊枪15；立柱6背面的横向滑块14远离筒体1的一端的下方安装重心平衡调节器16，横向滑块14另一端与小十字滑架8相连，小十字滑架上安装焊枪组11，直接与焊枪组11相连的小十字滑架8部分上安装转接板9，焊枪角度调节器10固定在转接板9上，同时夹持焊枪组11。

如图3、4，所述的焊枪角度调节器10包括螺栓10.1，旋钮10.2，夹具10.3，减速器10.4，角度调节电机10.5，光电限位模块10.6，角度调节驱动模块10.7，角度调节控制模块10.8，角度调节组装盒10.9；螺栓10.1与夹具10.3相连，螺栓10.1上的旋钮10.2控制夹具10.3的夹紧程度，夹具10.3另一端与减速器10.4相连，减速器10.4起到减速增大扭矩的作用，角度调整电机10.5与减速器10.4相连，提供调节的动力，角度调节电机10.5末端与光电限位模块10.6相连，光电限位模块10.6可以把调整的角度值实时传输给角度调节控制模块10.8，进而把信号传给焊接与控制系统17，供操作者参考，同时通过程序设定焊枪角度调节器10的限位角度为与水平面成正负45度的角度，当达到这两个角度时光电限位模块10.6会给角度调节控制模块10.8发送信号从而使焊枪角度调节器10停止工作，同时程序控制使得下次调整只能向相反方向进行调整，光电限位模块10.6旁边安装有角度调节驱动模块10.7和角度调节控制模块10.8，减速器10.4、角度调节电机10.5、光电限位模块10.6、角度调节驱动模块10.7和角度调节控制模块10.8一起装在角度调节组装盒10.9中。

如图5、6，所述重心平衡调节器16包括平衡调节电机16.1，联轴器16.2，配重16.3，燕尾槽滑台16.4，平衡调节驱动模块16.5，平衡调节控制模块16.6，平衡调节组装盒16.7；整套装置安装在平衡调节组装盒16.7中，平衡调节组装盒16.7内部的下方右端安置有平衡调节电机16.1，平衡调节电机16.1的输出端与联轴器16.2相连，为后者的丝杠转动提供动力，联轴器16.2的丝杠穿过中心攻丝的配重16.3，带动配重16.3水平移动，配重16.3的底部设有燕尾槽，通过下部的燕尾槽滑台16.4可以方便的滑动，平衡调节组装盒16.7内部的上方安装有平衡调节驱动模块16.5和平衡调节控制模块16.6，平衡调节控制模块16.6对平衡调节驱动模块16.5发出命令，从而驱动平衡调节电机16.1工作；所述平衡调节控制模块16.6与横向滑块14的控制部分(位于焊接与控制系统17内)相连，当横向滑块14运动，使得小车焊枪15、焊枪组11远离(或靠近)立柱6，即重心远离(靠近)立柱6方向时，平衡调节控制模块16.6控制配重16.3朝远离(或靠近)立柱6方向运动，从而抵消横向滑块14运动对重心的影响，配重16.3的移动距离与横向滑块14的移动距离的关系由以下公式得出：(G1+G)*L1＝(G2-G)*L2，G＝l*g,L2＝f(L1)，L＝f(L2),最后得到L＝f(l)其中，G1：立柱6旁焊枪组11或小车焊枪15一侧所受初始重力，G2：立柱6旁重心平衡调节器16一侧所受初始重力，G：横向滑块14运动造成的两端重力的变化量，l:横向滑块14运动的距离，g:横向滑块14单位长度近似重量，L1:焊枪组11或小车焊枪15一侧的重心离立柱6的支点的距离，L2：重心平衡调节器16一侧的重心离立柱6支点的距离，L:配重16.3移动距离；焊接与控制系统17根据推导出的关系式L＝f(l)对平衡调节控制模块16.6发出指令，进而使重心平衡调节器16正常工作。

如图7，所述焊接与控制系统17控制横向滑块14运动的同时，焊接与控制系统17按照得出的距离转换公式L＝f(l)将相应的命令传达给平衡调节控制模块16.6，在重心平衡调节器16内部再依次经由平衡调节控制模块16.6、平衡调节驱动模块16.5，平衡调节电机16.1，联轴器16.2，配重16.3来进行重心调节，使重心平衡调节器16一侧重心发生偏移，而横向滑块14的运动也移动了焊枪组11或者小车焊枪15，完成姿态调整的同时也导致了这一侧的重心偏移，两侧的重心偏移相抵消，从而让焊接结构保持稳定。

下面结合附图说明本发明的动作过程：

环焊时，先通过纵向滑块7和横向滑块14将焊枪组11调整到适当位置，调节焊枪角度调节器10到合适角度，使得焊枪组11的多把焊枪对准各自的焊缝，一切准备完毕后，焊接与控制系统17控制平车5前进，即绕筒体1做旋转运动，同时控制焊枪组11开始焊接，这样，平车5带动焊枪组11对筒体进行环焊，焊接与控制系统17内的焊缝跟踪系统在焊接时实时工作，在线发出指令通过小十字滑架8使焊枪组11进行对中调节，平车5旋转一周焊枪组11也刚好焊完筒体1的多条焊缝。

立焊时，先通过横向滑块14和小车13将小车焊枪15调整到立柱6下端的适当位置，调节焊枪角度调节器10到合适角度，一切准备就绪后，焊接与控制系统17控制小车13向上行驶，同时控制小车焊枪15开始焊接，焊接与控制系统17内的焊缝跟踪系统在焊接时实时工作，在线发出指令通过小十字滑架8使焊枪组11进行对中调节，这样，当小车13运行到使得小车焊枪15到达筒体1顶部时，立焊工作也就完成了。

仰焊焊接顶板时，先通过横向滑块14和小车13将小车焊枪15调整到立柱6上端的适当位置，调节焊枪角度调节器10到合适角度，一切准备完毕后，焊接与控制系统17控制平车5前进，即绕筒体1做旋转运动，同时控制小车焊枪15开始焊接，这样，平车5带动小车焊枪15对筒体1进行仰焊，焊接与控制系统17内的焊缝跟踪系统在焊接时实时工作，在线发出指令通过小十字滑架8使小车焊枪15进行对中调节，平车5旋转一周小车焊枪15也刚好焊完顶板。

平焊焊接底板时，先通过横向滑块14和小车13将小车焊枪15调整到立柱6下端的适当位置，调节焊枪角度调节器10到合适角度，一切准备完毕后，焊接与控制系统17控制平车5前进，即绕筒体1做旋转运动，同时控制小车焊枪15开始焊接，这样，平车5带动小车焊枪15对筒体进行平焊，焊接与控制系统17内的焊缝跟踪系统在焊接时实时工作，在线发出指令通过小十字滑架8使小车焊枪15进行对中调节，平车5旋转一周小车焊枪15也刚好焊完顶板。

所述焊枪角度调整器10通过工作能保证焊枪在不同位置焊接时得到最佳焊枪姿态，从而使焊接正常进行，本发明中的焊枪角度调整器10通过焊接与控制系统17远程控制，方便快捷，减少了工人高空作业，保证了工人的安全。

所述重心平衡调节器16在横向滑块14运动时通过工作保证焊接结构稳定性，而且平衡调节控制模块16.6直接与横向滑块14和纵向滑块7横向部分的控制系统相连，后者工作时直接将指令发给平衡调节控制模块16.6，使得重心平衡调节器16实时工作，避免了延时问题，本发明的重心平衡调节器16安装方便，结构简单，反应灵敏，具有很好的适用性。

所述的横向滑块14由于调节范围大，可以满足一定范围内不同直径筒体1的焊接要求；纵向滑块7上通过自身的调节来适应不同间距焊缝的筒体1的环焊焊接要求。

Claims (3)

1.一种大型筒体的全位置高效焊接方法，可实现筒体的环焊、立焊、仰焊、平焊，其特征在于：包括筒体、凸台、定位卡盘、平车、平车轨道、立柱、纵向滑块、小十字滑架、转接板、焊枪角度调节器、焊枪组、纵向小车轨道、小车、横向滑块、小车焊枪、重心平衡调节器、焊接与控制系统；所述焊枪角度调节器包括螺栓、旋钮、夹具、减速器、角度调节电机、光电限位模块、角度调节驱动模块、角度调节控制模块和角度调节组装盒；螺栓与夹具一端相连，螺栓上的旋钮控制夹具的夹紧程度，夹具另一端与减速器相连，减速器起到减速增大扭矩的作用，角度调节电机与减速器相连，提供调节的动力，角度调节电机末端与光电限位模块相连，光电限位模块可以把调整的角度值实时传输给角度调节控制模块，进而把信号传给焊接与控制系统，供操作者参考，同时通过程序控制焊枪角度调节器的限位角度为与水平面成正负45度的角度，当达到这两个角度时光电限位模块会给角度调节控制模块发送信号从而使焊枪角度调节器停止工作，使得下次调整只能向相反方向进行调整，光电限位模块旁边安装有角度调节驱动模块和角度调节控制模块，减速器、角度调节电机、光电限位模块、角度调节驱动模块和角度调节控制模块一起装在角度调节组装盒中。

2.根据权利要求1所述的一种大型筒体的全位置高效焊接方法，其特征在于：所述重心平衡调节器包括平衡调节电机、联轴器、配重、燕尾槽滑台、平衡调节驱动模块、平衡调节控制模块、平衡调节组装盒；整套装置安装在平衡调节组装盒中，平衡调节组装盒内部的下方右端安置有平衡调节电机，平衡调节电机的输出端与联轴器相连，为后者的丝杠转动提供动力，联轴器的丝杠穿过中心攻丝的配重块，带动配重水平移动，配重的底部设有燕尾槽，通过下部的燕尾槽滑台可以方便的滑动，平衡调节组装盒内部的上方安装有平衡调节驱动模块和平衡调节控制模块，平衡调节控制模块对平衡调节驱动模块发出命令，从而驱动平衡调节电机工作。

3.根据权利要求2所述的一种大型筒体的全位置高效焊接方法，其特征在于：所述平衡调节控制模块与横向滑块的控制部分相连，当横向滑块运动，使得小车焊枪、焊枪组远离立柱，即重心远离立柱方向时，平衡调节控制模块控制配重朝远离立柱方向运动，从而抵消横向滑块运动对重心的影响，其中配重的移动距离与横向滑块的移动距离的关系由以下公式得出：（G1+G）*L1=（G2-G）*L2，G=l*g，L2=f(L1)，L=f(L2),最后得出L=f(l),其中，G1：立柱旁焊枪组或小车焊枪一侧所受初始重力，G2：立柱旁重心平衡调节器一侧所受初始重力，G：横向滑块运动造成的两端所受重力的变化量，l：横向滑块运动距离，g： 横向滑块单位长度近似重量，L1：小车焊枪、焊枪组一侧的重心离立柱的支点的距离，L2：重心平衡调节器一侧的重心离立柱支点的距离，L：配重移动距离；焊接与控制系统根据推导出的关系式L=f(l)对平衡调节控制模块发出指令，进而使重心平衡调节器正常工作。