CN109128825A - U形肋角焊缝组焊一体化设备及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组焊一体化设备及焊接方法，特别是一种U形肋角焊缝组焊一体化设备及其焊接方法。U形肋组立系统的内撑装置设置在U形肋内部，外压装置设置在U形肋外部；U形肋内侧角焊缝系统中的焊枪所在的支撑板上装有内撑装置，U形肋外表面上设置有外压装置，外压装置装在门形架上，门型架装在U形肋外侧角焊缝焊接系统上。将U形肋组立系统、U形肋内侧角焊缝焊接系统和U形肋外侧角焊缝焊接系统移动至桥面板单元端部，然后利用U形肋组立系统，将U形肋定位、压紧至桥面板上，接着调整内侧焊枪与外侧焊枪的角度；对U形肋内、外侧角焊缝同时或分开连续定位施焊。改善了U形肋内部的焊缝形状，避免应力集中，提高了角焊缝的强度，增加刚度。

Description

U形肋角焊缝组焊一体化设备及其焊接方法

技术领域

本发明涉及一种组焊一体化设备及焊接方法，特别是一种U形肋角焊缝组焊一体化设备及其焊接方法。

背景技术

正交异性钢桥面板主要由U形肋和桥面板构成，两者之间采用角焊缝连接，通常为坡口部分熔透角焊缝，采用CO₂气体保护焊外侧单面焊接，熔透深度要求达到U形肋厚度的80%。由于角焊缝焊根的应力集中、焊接缺陷等因素影响，导致U形肋角焊缝的抗疲劳性较差，因此，角焊缝处也是钢箱梁产生疲劳裂纹最多的部位。

近年来，人们从材料、结构、工艺等多个角度对U形肋角焊缝的疲劳性能进行研究，其中U形肋角焊缝熔透焊接就是一个重要方向，但由于U形肋较薄，U形肋内侧空间小，U形肋角焊缝对焊接工艺的稳定性要求高，实施困难。

现在应用较多的对U肋与面板之间的采用内焊的形式进行焊接，这种情况下，焊接后容易产生变形；如果是焊接完毕后再次进行外部焊接，通常情况下，需要转换工位，由于对此类工件的焊接工装设备比较大，所以造成成本居高不下，并且操作繁琐。

发明内容

本发明的目在于提供一种能够同时进行内、外焊或分开施焊的焊接设备及焊接方法。

本发明的焊接设备采用如下技术方案：

一种U形肋角焊缝组焊一体化设备，包括U形肋内、外侧角焊缝焊接系统，U形肋组立系统，U形肋面板打磨系统， U形肋组立系统包括内撑装置和外压装置，内撑装置设置在U形肋内部，外压装置设置在U形肋外部；U形肋内侧角焊缝系统中的焊枪所在的支撑板上装有内撑装置，U形肋外表面上设置有外压装置，外压装置装在门形架上，门型架装在U形肋外侧角焊缝焊接系统上，U形肋内侧角焊缝焊接系统与U形肋外侧角焊缝焊接系统分别置于导轨上。

采用上述技术方案的U形肋角焊缝组焊一体化设备与现有技术相比，无需对U形肋进行组装定位焊，能够高效实现U形肋角焊缝的熔透焊接，提高U形肋角焊缝的疲劳强度。

U形肋角焊缝组焊一体化设备的优选方案：

内撑装置中的焊接臂下部设置有无动力滚轮，无动力滚轮呈对称状设置为两个，每个无动力滚轮分别装在第一U型支座上，第一U型支座的一端连接安装轴，安装轴呈阶梯状结构，安装轴的细轴的一端套装有弹簧的一端，弹簧的另一端置于第一支座的通孔内，第一支座置于焊接臂上，第一支座的一侧设置有压力支座，压力支座上装有调节螺杆，调节螺杆与弹簧的另一端相对应。

内撑装置中的内撑轮呈对状设置为两个，每个内撑轮分别装在第二U型支座上，第二U型支座的一端连接安装轴，安装轴的另一端置于第二支座上的通孔内，第二支座上通孔的另一端装有液压缸的活塞杆。

门形架上设置有两组外压轮，第一组外压轮设置在与U形肋封闭端两个拐角相适应的位置，第二组外压轮设置在与U形肋两条边相适应的位置。

第一组外压轮通过第一滚轴与门形架上的第一滑槽滑动配合，第二组外压轮通过第二滚轴与支架连接，支架底部与门形架的内边框连接。

支架设置为两个，第一支架位于下方，第一支架的一端与第一滚轴连接，第一支架的另一端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接第一球头，第一球头置于门形架第二滑槽内；第二支架位于上方，第二支架的另一端与第二弹簧连接，第二弹簧的另一端连接第二球头，第二球头置于门形架第二滑槽内。

第二组外压轮上方通过第二液压缸与门形架铰接，第二组外压轮下方的第一支架的一端与第一滚轴连接，第一支架的另一端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接第一球头，第一球头置于门形架的第二滑槽内。

本发明的焊接方法，按如下步骤进行：

1）将桥面板放置到工件定位平台上进行打磨，打磨完成后将U形肋按组装定位线放置于桥面板上；

2）U形肋组立系统、U形肋内侧角焊缝焊接系统和U形肋外侧角焊缝焊接系统移动至桥面板单元端部，然后利用U形肋组立系统，将U形肋定位、压紧至桥面板上，接着调整内侧焊枪与外侧焊枪的角度；

3）对U形肋内、外侧角焊缝同时或分开连续定位施焊。

上述焊接方法与现有技术相比，本设备提供的控制方法，能够利用内侧角焊缝的焊接，改善了U形肋内部的焊缝焊接形状，避免焊根部位应力集中对U形肋疲劳性能的影响；增加了内侧角焊缝，提高了角焊缝的强度，增加刚度。外侧采用具有深熔功能的焊接电源，利用内侧角焊缝的封底作用，调整外侧角焊缝规范参数，加大熔透深度，避免只外侧焊接容易出现焊漏的现象，内外角焊缝同时施焊实现角焊缝熔透焊接，消除焊根应力集中。

焊接方法的优选方案是：步骤3）中对U形肋内、外侧角焊缝同时连续定位施焊的具体操作为：设置焊接参数后，启动U形肋内侧角焊缝焊接系统，内侧焊接一定距离后，启动U形肋外侧角焊缝焊接系统，内、外侧焊接速度相同。

步骤3）中对U形肋内、外侧角焊缝分开连续定位施焊的具体操作为：设置焊接参数后，启动U形肋内侧角焊缝焊接系统，内侧焊接完成后，启动U形肋外侧角焊缝焊接系统。

步骤3）中对U形肋内侧角焊缝焊接的同时启动视频监控系统。

附图说明

图1是桥面板和U形肋板单元结构图。

图2是焊接臂及焊接臂上的部件结构示意图。

图3是U形肋组立系统的外压装置示意图。

图4是内撑装置和外压装置相对位置的结构示意图。

图5是本发明的主视图。

图6是本发明的立体图。

图7是图6的A部放大图。

图8是U形肋外侧角焊缝焊接系统示意图。

图9是内撑轮与各部件连接结构图。

图10是U肋组立系统的剖视图。

图11是图10的A-A剖视图。

图12实施例2的结构示意图。

图13是U形肋内侧角焊缝焊接系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例述本发明：

实施例1：

一种U形肋角焊缝组焊一体化设备，参见附图1至附图11和13所示，图中：桥面板1，U形肋2，U肋组立系统3、无动力滚轮3011、内撑轮301、第一U型支座3021、第二U型支座302、安装轴303、弹簧304、第一支座3051、第二支座305、通孔306、压力支座307、调节螺杆308、液压缸309、门型架310、第一组外压轮311、第二组外压轮312、第一滚轴313、第一滚轮314、第一滑槽315、第一支架316、第一弹簧317、第一球头318、第二球头319、第二弹簧320、第二支架321、第二滑槽322、第二滚轴323。

U形肋内侧角焊缝焊接系统4，内侧焊枪401、送丝机402、焊接臂403、焊接龙门404、电气控制系统405、视频监控系统406、烟尘净化系统407、冷却水箱408、气保焊电源409、滚轮410、支撑架411、支座412。

U形肋外侧角焊缝焊接系统5，外侧焊枪501、外焊接龙门502、升降滑板503、气保焊机头504、外焊送丝机505、外焊气保焊电源506、外焊冷却水箱507、外焊烟尘净化系统508、外焊电气控制系统509、伺服电机510、丝杠母511、连接杆512、U形肋面板打磨系统6，打磨支架601、支座602、气缸603、连接装置604、打磨头结构605、工件定位平台7，导轨8。

本实施例中，参见附图1至附图10，由图2中可知，工件定位平台7、U形肋外侧角焊缝焊接系统5和U形肋内侧角焊缝焊接系统4顺次排列在导轨8的一侧，并且U形肋外侧角焊缝焊接系统5和U形肋内侧角焊缝焊接系统4共用同一个导轨8，这样节省空间并且安装维修方便。U形肋外侧角焊缝焊接系统5和U形肋内侧角焊缝焊接系统4分别能过电机驱动的齿轮与导轨上的齿条配合行走。

U形肋组立系统3的门形架310装在U形肋外侧角焊缝焊接系统5的外焊接龙门502上，能够随着U形肋外侧焊角焊缝系统5在导轨8上作直线运动。

U形肋组立系统3由内撑装置和外压装置组成，内撑装置设置在U形肋2的内部，外压装置设置在U形肋2的外部。

U形肋组立系统3主要由6套内撑装置和6套外压装置等组成，内撑装置包括内撑轮301，内撑轮301设置两组，分别安装于U形肋2内部左、右两侧，两组内撑轮301呈对称式布置，起到支撑定位U形肋2的作用；外压装置包括外压轮302，外压轮302设置两组，分别安装于U形肋2外部左、右两侧，两组外压轮302呈对称式布置，起到压紧定位U形肋2的作用；U形肋组立系统3在整个焊接过程连续对U形肋2进行内部支撑与外部压紧定位，同时U形肋组立系统3、U形肋内侧角焊缝焊接系统4与U形肋外侧角焊缝焊接系统5的配合作业，实现U形肋2的内、外侧角焊缝同时或分开连续定位施焊，无需对U形肋2进行组装定位焊。

U形肋内侧角焊缝系统4中的焊枪所在的焊接臂403上装有内撑装置，U形肋2外表面上设置有外压装置，外压装置装在门形架310上，门型架310装在U形肋外侧角焊缝焊接系统5上。门形架310可以通过升降机构装在U形肋外侧角焊缝焊接系统5的外焊接龙门502的前端框架上。

内撑装置的焊接臂403下部设置有无动力滚轮3011，无动力滚轮3011呈对称状设置为两个，每个无动力滚轮3011分别装在第一U型支座3021上，第一U型支座3021的一端连接安装轴303，安装轴303呈阶梯状结构，安装轴303的细轴的一端套装有弹簧304的一端，弹簧304的另一端置于第一支座3051的通孔306内，第一支座3051置于焊接臂403上，第一支座3051的一侧设置有压力支座307，压力支座307上装有调节螺杆308，调节螺杆308与弹簧304的另一端相对应。

内撑装置中的内撑轮301，参见附图3中右部分所示：呈对称状设置为两个，每个内撑轮301分别装在第二U型支座302上，第二U型支座302的一端连接安装轴303，安装轴的另一端置于支座305上的通孔306内，支座305上通孔306的另一端装有气缸309的活塞杆。内撑轮301的与无动力滚轮3011间隔安装在焊接臂403上，焊接臂403设置为六条。

门形架310上设置有两组外压轮，第一组外压轮311设置在与U形肋2封闭端两个拐角外部相适应的位置，第一组外压轮311如图所示，呈对称状设置为两个。第二组外压轮312设置在与U形肋2两条边相适应的位置，也是呈对称状设置为两个。

第一组外压轮311通过第一滚轴313与第一滚轮314连接，第一滚轮314的直径应该大于第一滑槽315最小宽度处的直径，第一滑槽的315结构与上部滑槽324相同，防止第一滚轮314在第一滑槽315内脱出。同样，与第一滚轮314对称设置的上部滚轮也不会在上部滑槽324内脱出，上部滑槽324的结构详见图11。

第一滑槽315在与门形架310上的第一滑槽315滑动配合，第二组外压轮312通过第二滚轴323与支架连接，支架底部与门形架301的内边框连接。

支架设置为两个：第一支架316位于下方，第一支架316与第一滚轴313连接，第一支架316的另一端与第一弹簧317连接，第一弹簧317的另一端连接第一球头318，第一球头318置于门形架301第二滑槽322内；球头结构的设置，利于在滑槽内滑动，球头结构应该根据实际需要大于滑槽的最小宽度，置于滑槽的最大宽度处，门形架310可以采用分体式结构，通过连接件连接，这样容易安装球头结构（第一球头318和第二球头结构319的直径应该大于第二滑槽322的最小宽度，防止在第二滑槽322滑动过程中的脱出；同时也防止第一滚轮314从第一滑槽315中脱出）；第二支架321位于上方，第二支架321的另一端与第二弹簧320连接，第二弹簧320的另一端连接第二球头319，第二球头319置于门形架310的第二滑槽322内。

第一弹簧317以及第二弹簧320所施加在U形肋2侧边的力，应该大于焊接时焊枪对其焊接时产生的变形力，足以抵抗U形肋2与桥面板1之间的变形量，也能够适应不同规格的U形肋2的结构。

U形肋面板打磨系统6置于U形肋外侧焊接系统中5中的外焊接龙门502上。打磨支架601与外焊接龙门502连接，打磨支架601上装有支座602，支座602与气缸603的一端连接（气缸603也可以采用液压缸或电动缸代替），气缸603下端通过连接装置604与打磨头结构605连接，打磨头结构605的底端与桥面板1相对应设置，本实施例中设置为6组打磨头结构605，打磨头结构605为钢丝刷式打磨头，用于清除桥面板上的底漆和/或浮锈等杂质。

U形肋组立系统3在整个焊接过程连续对U形肋2进行内部支撑与外部压紧定位，同时U形肋组立系统3、U形肋内侧角焊缝焊接系统4与U形肋外侧角焊缝焊接系统5的配合作业，实现U形肋2的内、外侧角焊缝同时或分开连续定位施焊，无需对U形肋2进行组装定位焊。

门型架2上的外压轮结构，利于在实际焊接过程中根据U形肋2尺寸以适应不同的规格尺寸要求。

U形肋内侧角焊缝焊接系统4由内侧焊枪401、送丝机402、焊接臂403、焊接龙门404、电气控制系统405、视频监控系统406、烟尘净化系统407、冷却水箱408、气保焊电源409、滚轮410、支撑架411、支座412和支撑板413等组成；可以实现最多12把气体保护焊式内侧焊枪401同时对6根U形肋2内部双侧的角焊缝进行平位气保焊焊接。焊接龙门402通过电机驱动的齿轮安装在导轨8上，导轨8上设置有与齿轮相匹配的齿条，并可沿导轨8电动行走。

气保焊电源409、冷却水箱408、烟尘净化系统407和视频监控系统406分别放置在焊接龙门402上；焊接臂403为刚性杆件，一端与焊接龙门402连接，另一端与内侧焊枪401连接。焊接龙门404通过焊接臂403驱动内侧焊枪401伸入U形肋2内部，采用焊缝机械跟踪装置，实施U形肋2内侧角焊缝的焊接。U形肋内侧角焊缝焊接系统4的焊接臂403下部设置多组无动力滚轮，焊接臂403伸入到U形肋2内部后，滚轮在桥面板1上滚动。

U形肋外侧角焊缝焊接系统5由外侧焊枪501、外焊接龙门502、升降滑板503、气保焊机头504、外焊送丝机505、外焊气保焊电源506、外焊冷却水箱507、外焊烟尘净化系统508、外焊电气控制系统509、伺服电机510、丝杠母511和连接杆512等组成。可以实现最多12把气体保护焊式外侧焊枪501同时对6根U形肋2外部双侧的角焊缝进行平位气保焊焊接。

外焊接龙门502通过电机及齿轮与导轨8上的齿条相配合，并可沿导轨8电动行走，外焊气保焊电源506、冷却水箱507和烟尘净化系统508分别放置在焊接龙门502上。焊接臂为刚性杆件，一端与焊接龙门502连接，另一端与气保焊机头504连接。焊接龙门502通过焊接臂驱动气保焊机头504对准U形肋2外侧焊缝位置，采用焊缝跟踪装置，实施U形肋2外侧角焊缝的焊接。

本实施例与现有技术相比，本发明集U形肋面板打磨、U形肋连续组立、U形肋内侧角焊缝焊接和U形肋外侧角焊缝焊接等四个功能于一体，无需对U形肋进行组装定位焊, 可高效实现U形肋角焊缝的熔透焊接，提高U形肋角焊缝的疲劳强度，具有良好的经济效益。

本实施例的焊接方法，按如下步骤进行：

1）将桥面板1放置到工件定位平台7上进行打磨，打磨完成后将U形肋2按组装定位线放置于桥面板1上。

2）U形肋组立系统3、U形肋内侧角焊缝焊接系统4和U形肋外侧角焊缝焊接系统5移动至桥面板2单元端部，然后利用U形肋组立系统3，将U形肋2定位、压紧至桥面板1上，此时U形肋内侧角焊缝焊接系统4中的焊接臂403已伸入到U形肋2内侧，然后通过液压缸驱动U形肋组立系统3中的内撑轮301和外压轮302对U形肋2进行内部定位与外部压紧，接着调整外侧焊枪501的角度，将外侧焊枪501对准U形肋2外侧角焊缝坡口根部；调整内侧焊枪401的角度，将内侧焊枪401对准U形肋2内侧角焊缝位置；接着调整内侧焊枪401与外侧焊枪501的角度。

3）U形肋组立系统3将U形肋2的位置固定并将其与桥面板1压紧后，具备两种工作方式：①设置焊接规范参数，先启动U形肋内侧角焊缝焊接系统4，内侧焊接一定距离后（例如：大约50毫米的距离），启动U形肋外侧角焊缝焊接系统5，内、外侧焊接速度保持一致，U肋内侧角焊缝焊接系统和U肋外侧角焊缝焊接系统协同工作，实现U肋的内、外侧角焊缝同时连续定位施焊；其中内侧角焊缝的焊枪须领先外侧角焊缝的焊枪，两焊枪必须一前一后，且焊接速度相同；②设置焊接规范参数，先启动U形肋内侧角焊缝焊接系统4，内侧焊接完成后，启动U形肋外侧角焊缝焊接系统5对U形肋外侧角焊缝实施焊接。而在整个焊接过程中，通过烟尘净化系统408和烟尘净化系统508进行焊接烟尘的回收。

4）在内侧角焊缝焊接过程中，启动视频监控系统406进行内侧焊缝外观质量的录像与影像存储。

本设备提供的控制方法，可以利用内侧角焊缝的焊接，改善了U形肋内部的焊缝焊接形状，避免焊根部位应力集中对U形肋疲劳性能的影响；增加了内侧角焊缝，提高了角焊缝的强度，增加刚度。外侧采用具有深熔功能的焊接电源，利用内侧角焊缝的封底作用，调整外侧角焊缝规范参数，加大熔透深度，避免只外侧焊接容易出现焊漏的现象，内外角焊缝同时施焊实现角焊缝熔透焊接，消除焊根应力集中。

实施例2：

与实施例1的不同之处，参见附图12所示的结构，第二组外压轮312上方通过第二液压缸326与门形架310铰接，第二组外压轮312下方的第一支架316的一端与第一滚轴313连接，第一支架316的另一端与第一弹簧317连接，第一弹簧317的另一端连接第一球头318，第一球头318置于门形架310的第二滑槽322内。

第二液压缸326以及第一弹簧317所施加在U形肋2侧边的力，应该大于焊接时焊枪对其焊接时产生的变形力，足以抵抗U形肋2与桥面板1之间的变形量，也能够适应不同规格的U形肋2的结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种U形肋角焊缝组焊一体化设备，包括U形肋内、外侧角焊缝焊接系统，U形肋组立系统，U形肋面板打磨系统，其特征在于：U形肋组立系统包括内撑装置和外压装置，内撑装置设置在U形肋内部，外压装置设置在U形肋外部；U形肋内侧角焊缝系统中的焊枪所在的支撑板上装有内撑装置，U形肋外表面上设置有外压装置，外压装置装在门形架上，门型架装在U形肋外侧角焊缝焊接系统上，U形肋内侧角焊缝焊接系统与U形肋外侧角焊缝焊接系统分别置于导轨上。

2.根据权利要求1所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：内撑装置中的焊接臂下部设置有无动力滚轮，无动力滚轮呈对称状设置为两个，每个无动力滚轮分别装在U型支座上，U型支座的一端连接安装轴，安装轴呈阶梯状结构，安装轴的细轴的一端套装有弹簧的一端，弹簧的另一端置于第一支座的通孔内，第一支座置于焊接臂上，第一支座的一侧设置有压力支座，压力支座上装有调节螺杆，调节螺杆与弹簧的另一端相对应。

3.根据权利要求1所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：内撑装置中的内撑轮呈对状设置为两个，每个内撑轮分别装在U型支座上，U型支座的一端连接安装轴，安装轴的另一端置于第二支座上的通孔内，第二支座上通孔的另一端装有液压缸的活塞杆。

4.根据权利要求1所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：门形架上设置有两组外压轮，第一组外压轮设置在与U形肋封闭端两个拐角相适应的位置，第二组外压轮设置在与U形肋两条边相适应的位置。

5.根据权利要求4所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：第一组外压轮通过第一滚轴与门形架上的第一滑槽滑动配合，第二组外压轮通过第二滚轴与支架连接，支架底部与门形架的内边框连接。

6.根据权利要求5所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：支架设置为两个，第一支架位于下方，第一支架的一端与第一滚轴连接，第一支架的另一端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接第一球头，第一球头置于门形架第二滑槽内；第二支架位于上方，第二支架的另一端与第二弹簧连接，第二弹簧的另一端连接第二球头，第二球头置于门形架第二滑槽内。

7.根据权利要求4所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备，其特征在于：第二组外压轮上方通过第二液压缸与门形架铰接，第二组外压轮下方的第一支架的一端与第一滚轴连接，第一支架的另一端与第一弹簧连接，第一弹簧的另一端连接第一球头，第一球头置于门形架的第二滑槽内。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备的焊接方法，按如下步骤进行：

1）将桥面板放置到工件定位平台上进行打磨，打磨完成后将U形肋按组装定位线放置于桥面板上；

2）U形肋组立系统、U形肋内侧角焊缝焊接系统和U形肋外侧角焊缝焊接系统移动至桥面板单元端部，然后利用U形肋组立系统，将U形肋定位、压紧至桥面板上，接着调整内侧焊枪与外侧焊枪的角度；

3）对U形肋内、外侧角焊缝同时或分开连续定位施焊。

9.根据权利要求8所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备的焊接方法，其特征在于：步骤3）中对U形肋内、外侧角焊缝同时连续定位施焊的具体操作为：设置焊接参数后，启动U形肋内侧角焊缝焊接系统，内侧焊接一定距离后，启动U形肋外侧角焊缝焊接系统，内、外侧焊接速度相同。

10.根据权利要求8所述的U形肋角焊缝组焊一体化设备的焊接方法，其特征在于：步骤3）中对U形肋内、外侧角焊缝分开连续定位施焊的具体操作为：设置焊接参数后，启动U形肋内侧角焊缝焊接系统，内侧焊接完成后，启动U形肋外侧角焊缝焊接系统。