CN110076428B - 一种自适应焊接方法及装置、焊接成品、车体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体保护焊接方法技术领域，尤其涉及一种自适应焊接方法及装置、焊接成品、车体。本发明所述的自适应焊接方法包括：预先检测焊件的坡口状态；根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接。该方法能实现焊接时对坡口状态的在线预测，并根据预测结果调整双丝焊接机构的各项焊接参数，从而解决现有技术中存在间隙位置焊漏和余高不足、组装定位焊缝位置的背面根部未熔和正面余高过高的情况，从而严重影响焊接质量的缺陷。

Description

一种自适应焊接方法及装置、焊接成品、车体

技术领域

本发明涉及气体保护焊接方法技术领域，尤其涉及一种自适应焊接方法及装置、焊接成品、车体。

背景技术

熔化极气体保护焊是利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，电弧熔化焊丝和母材形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用。熔化极气体保护焊接具有通用性强，经济性好等突出优势，在焊接行业被广泛采用。

在大型焊接结构构件焊接过程中，由于间隙变化和组装定位焊缝的存在，如果采用固定不变的焊接工艺参数，存在间隙位置焊漏和余高不足、组装定位焊缝位置背面根部未熔和正面余高过高的情况，严重影响焊接质量。

针对焊接坡口间隙过大的问题时，可以通过提高零件加工、部件装配精度、增加装配手段来解决。但随之将会带来成本增加、生产效率下降等新问题。

针对组装定位焊缝局部焊接不良的问题时，可通过减小组装定位焊缝数量、减小组装定位焊缝的焊接厚度等途径解决。但随之将面临设备需配合改造、工人素质有待提高、生产效率受限等问题难以克服，且会带来因组装不良引发的质量风险，甚至通过以上途径都难以满足要求，则组装定位焊缝的存在会难以避免。

综上可知，目前亟待开发一种新型焊接方法能够解决上述问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种自适应焊接方法及装置、焊接成品、车体，用以解决现有技术中存在的间隙位置焊漏和余高不足、组装定位焊缝位置的背面根部未熔和正面余高过高的情况，从而严重影响焊接质量的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应焊接方法，包括：

检测焊件的坡口状态；

根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接。

在部分实施例中，所述检测焊件坡口的状态，进一步包括：

以所述双丝焊接机构的双焊丝指向位置为焊接的当前时点，扫描下一时点的所述坡口状态。

在部分实施例中，所述根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，进一步包括：

根据所述坡口的状态，确定所述坡口的类型，所述坡口的类型包括正常坡口、间隙坡口和带有定位焊缝的坡口；

根据所述坡口的类型，分别改变所述双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，所述双焊丝的当前工作参数包括行进速度和焊接电流。

在部分实施例中，所述根据所述坡口的类型，分别改变所述双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，所述双焊丝的当前工作参数包括行进速度和焊接电流，进一步包括：

所述坡口的类型为正常坡口时，驱动所述双丝焊接机构的前焊丝和后焊丝作同步直线行进，其中，所述前焊丝和后焊丝的当前行进速度为基本行进速度，所述前焊丝的当前电流为第一基准电流，所述后焊丝的当前电流为第二基准电流；

所述坡口的类型为间隙坡口时，驱动所述双丝焊接机构的前后双焊丝在作同步行进时横向摆动，并设定所述前焊丝的当前焊接电流低于所述第一基准电流，且所述后焊丝的当前焊接电流高于所述第二基准电流；

所述坡口的类型为带有定位焊缝的坡口时，设定所述双丝焊接机构的当前行进速度低于所述基本行进速度，并将设定所述前焊丝的当前焊接电流高于所述第一基准电流，且所述后焊丝的当前焊接电流低于所述第二基准电流。

在部分实施例中，所述正常坡口的宽度范围为0≤H≤2mm；所述间隙坡口的宽度范围为H＞2mm；所述正常坡口的深度大于所述带有定位焊缝的坡口的深度；其中，所述坡口的宽度为H。

本发明还提供了一种自适应焊接装置，包括：

双丝焊接机构，设置在焊件坡口处；

检测机构，位于所述双丝焊接机构的前方，用于检测焊件的坡口状态；

控制机构，分别与所述双丝焊接机构和检测机构连接，用于根据所述坡口状态，分别调整所述双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，并驱动所述双丝焊接机构对所述坡口进行自适应焊接。

在部分实施例中，还包括：

行进机构，与所述双丝焊接机构连接，用于驱动所述双丝焊接机构按调整后的行进路线移动。

在部分实施例中，所述双丝焊接机构包括并列的前焊丝和后焊丝，所述前焊丝和后焊丝分别具有各自的所述行进路线和当前工作参数。

本发明还提供了一种焊接成品，包括对接的两块焊件，两块所述焊件的对接处形成待焊坡口，利用如上所述的自适应焊接方法在所述坡口处形成焊缝。

本发明还提供了一种车体，包括如上所述的焊接成品。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的自适应焊接方法包括：预先检测焊件的坡口状态；根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接。该方法能实现焊接时对坡口状态的在线预测，并根据预测结果在线调整双丝焊接机构的各项焊接参数，从而解决现有技术中存在间隙位置焊漏和余高不足、组装定位焊缝位置的背面根部未熔和正面余高过高的情况，从而严重影响焊接质量的缺陷。该方法在焊件对接时存在间隙过大、坡口内带有组装定位焊缝的现实工程条件下，针对坡口的各类状况作适应性调整，从而提高大型构件的工程适应能力，降低组装难度，并能实现安全高效的自动化焊接，且焊件的焊接质量得到了明显提升，经本方法焊接而成的焊接成品具有成形良好、美观的焊缝。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的自适应焊接方法及装置的焊接状态图；

图2为本发明实施例的焊接成品的焊缝正面示意图；

图3为本发明实施例的焊接成品的焊缝背面示意图；

图4为本发明实施例的焊接成品的焊缝截面示意图(一)；

图5为本发明实施例的焊接成品的焊缝截面示意图(二)。

其中，1、前焊丝；2、后焊丝；3、双丝焊接机构；4、检测机构；5、熔池；6、焊缝；7、扫描线；8、间隙坡口；9、带有定位焊缝的坡口；10、焊件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例

本实施例提供了一种自适应焊接方法，该方法适用于利用气体保护焊对焊件10进行焊接。该方法特别适用于对接的焊件10之间存在坡口间隙过大、坡口内带有组装定位焊缝9的现实工程条件下，在一条坡口上同时具有多类复杂状况的适应性焊接。

如图1所示，该方法包括：

S1、检测焊件10的坡口状态；

S2、根据坡口状态，分别调整双丝焊接机构3的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对坡口进行自适应焊接。

该方法能实现焊接时对坡口状态的在线预测，即在焊接的同时对下一时点的坡口进行状态扫描，并根据预测结果在线调整双丝焊接机构3的各项焊接参数，本实施例所述的焊接参数包括双丝焊接机构的行进路线和当前工作参数，从而解决熔化极气体保护自动焊接过程中，由于焊件10对接的坡口间隙变化和坡口内带有组装定位焊缝9等情况，使得焊接过程容易存在焊漏、余高不足和熔透不良的缺陷。采用该方法进行焊接能够有效提高大型构件的工程焊接适应能力，降低焊件10的组装难度，并能实现安全高效的自动化焊接，且焊件10的焊接质量得到了明显提升，经本方法焊接而成的焊接成品具有成形良好、美观的焊缝6。

在部分实施例中，上述的S1进一步包括：

S11、以双丝焊接机构3的双焊丝指向位置为焊接的当前时点N1，扫描下一时点N2的坡口状态。

换言之，本方法利用双丝焊接机构3在当前时点N1的坡口位置进行焊接，同时，以图1中箭头所示的焊接方向为前方，对位于当前时点N1前方的下一时点N2的坡口位置进行预扫描，从而获取下一时点N2的坡口状态，以便于在双丝焊接机构3完成当前时点N1的坡口焊接以后，移动至下一时点N2的坡口焊接时，能够根据下一时点N2的坡口状态在线实时调整焊接参数，从而实现对下一时点N2的适应性焊接。

以此类推，当双丝焊接机构3的当前焊接位置为当前时点Nn时，同时对下一时点N(n+1)的坡口进行扫描预测。以此实现对坡口的在线自适应焊接。上述的各时点中，n取非负整数。

可理解的是，本发明的所有实施例中，均以图1所示的双丝焊接机构3的前后两个焊丝同时作用于坡口处形成的熔池5的几何中心处作为当前时点的坡口位置；均以图1所示的检测机构4的扫描线7与坡口的交点位置为所述下一时点的坡口位置。

可理解的是，预先扫描而得的坡口状态包括但不限于坡口的间隙宽度、以及不同组装间隙、不同焊道形态条件下的高度和长度数据。

在部分实施例中，上述的S2进一步包括：

S21、根据坡口的状态，确定坡口的类型，坡口的类型包括但不限于正常坡口、间隙坡口8和带有定位焊缝的坡口9；

S22、根据坡口的类型，分别改变双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对坡口进行自适应焊接，双焊丝的当前工作参数包括但不限于行进速度V和焊接电流A。

可理解的是，为了合理判定坡口的类型，上述的S21中，正常坡口的宽度范围为0≤H≤2mm，间隙坡口8的宽度范围为H＞2mm，正常坡口的深度大于带有定位焊缝的坡口9的深度，其中，坡口8的宽度为H。

在部分实施例中，上述的S22进一步包括：

当坡口的类型为正常坡口时，驱动双丝焊接机构3的前焊丝1和后焊丝2作同步直线行进。其中，以前焊丝1和后焊丝2的当前行进速度为基本行进速度，以前焊丝1的当前电流为第一基准电流，以后焊丝2的当前电流为第二基准电流。即将坡口为正常坡口时的各项焊接参数作为焊接的基准参数，当坡口状态产生变化时，焊接参数依据上述的基准参数进行适应性变化。

当坡口的类型为间隙坡口8时，驱动双丝焊接机构3的前后双焊丝在作同步行进时横向摆动，并设定前焊丝1的当前焊接电流低于第一基准电流，且后焊丝2的当前焊接电流高于第二基准电流。

可理解的是，在焊件10上建立直角坐标系，以坡口长度方向为X轴，以坡口宽度方向为Y轴，以坡口深度方向为Z轴，则坡口为间隙坡口8时，上述的前焊丝1和后焊丝2同步沿X轴行进，并且在行进时同步的沿Y轴摆动，且摆动的频率和摆幅一致，同时减小前丝焊接电流，增大后丝焊接电流，从而将过宽的坡口均匀填满，并能使形成的焊缝6满足熔透要求并保证焊缝6余高合适。

当坡口的类型为带有定位焊缝的坡口9时，设定双丝焊接机构3的当前行进速度低于基本行进速度，并将设定前焊丝1的当前焊接电流高于第一基准电流，且后焊丝2的当前焊接电流低于第二基准电流。

可理解的是，带有定位焊缝的坡口9是指在坡口处存在有已在先完成的焊道，该焊道是通过组装定位焊(又称为点固焊)焊接形成的局部焊缝9。当检测到带有定位焊缝的坡口9时，上述的前焊丝1和后焊丝2作同步直线行进，在行进时降低双丝焊接机构3的行进速度，并增加前焊丝1的焊接电流，同时降低后焊丝2的焊接电流，从而加强前焊丝1的焊接强度，并相应的降低后焊丝2的焊接强度，从而既能保证坡口位置的可靠熔透，又能合理控制焊缝6余高。

基于上述的自适应焊接方法，本发明实施例提供了一种自适应焊接装置。该装置包括双丝焊接机构3、检测机构4和控制机构。该装置中，双丝焊接机构3设置在焊件10坡口处，作为对坡口实施熔化极双焊丝气体保护焊的实施机构；检测机构4位于双丝焊接机构3的前方，用于检测焊件10的坡口状态，以便于将坡口状态数据信息及时反馈到控制机构中；控制机构分别与双丝焊接机构3和检测机构4连接，用于根据获取的坡口状态，并分别调整双丝焊接机构3的双焊丝的行进路线和当前工作参数，并驱动双丝焊接机构3对坡口进行自适应焊接。

可理解的是，本实施例的控制机构为了能够对获取的坡口状态进行分析，优选在控制机构的内部装载有计算模块，该计算模块可以对扫描的坡口状态数据信息进行分析计算，根据计算结果建立坡口的当前时点Nn和下一时点N(n+1)的坡口预测模型。当双丝焊接机构3行进至一个时点Nn时，控制机构即可预测到下一时点N(n+1)的坡口预测模型，则当双丝焊接机构3行进至一个时点N(n+1)，即可根据预先得出的该时点N(n+1)的坡口预测模型改变行进路线和/或调整当前工作参数，从而完成适应性焊接。

可理解的是，双丝焊接机构3包括并列的前焊丝1和后焊丝2，前焊丝1和后焊丝2分别具有各自的行进路线和当前工作参数。优选的，前焊丝1和后焊丝2前后并列于坡口处，并且竖直的指向坡口。在焊接时，前焊丝1和后焊丝2同时受热熔融在坡口内，以在坡口处形成匙孔，且在前焊丝1和后焊丝2行进轨迹的后方形成焊缝6。

为了便于精准控制双丝焊接机构3的行进路线，本实施例的装置还包括行进机构。行进机构分别与双丝焊接机构3和控制机构连接，用于驱动双丝焊接机构3按调整后的行进路线移动。控制机构根据坡口预测模型对应调整行走机构的输出参数，从而利用行走机构规划并驱动双丝焊接机构3的行进路线。

在一个优选实施例中，行进机构包括行进驱动结构和摆动驱动结构。一方面，行进驱动结构设有直线导轨和可控滑块，双丝焊接机构3安装在滑块上，滑块可滑动的装配于导轨内，并且与控制机构连接，在控制机构的控制下，滑块带动双丝焊接机构3沿导轨方向滑动，以驱动双丝焊接机构3作直线行进运动。另一方面，摆动驱动结构为安装在滑块上的摆动杆和电动马达，电动马达通过摆动杆连接双丝焊接机构3，电动马达驱动双丝焊接机构3的双焊丝在行进过程中能同步的按照一定摆动频率和摆幅进行周期摆动。

基于本实施例所述的自适应焊接方法，本实施例还提出了一种焊接成品。如图1所示，该焊接成品包括对接的两块焊件10，两块焊件10的对接处形成待焊坡口，利用如上所述的自适应焊接方法在坡口处形成焊缝6。该焊接成品的焊缝6正面成型均匀、一致，焊缝6背面熔透良好。

基于如上所述的焊接成品，本实施例进一步提出了一种车体。该车体包括如上所述的焊接成品。采用该焊接成品的车体具有很好的焊接强度，且焊缝6美观，成型均匀，使得车体具有很好的力学性能和焊接强度。

实验例

基于上述实施例所述的自适应焊接方法及装置，在此提供一套实验例以对该自适应焊接方法及装置的各项参数及焊接效果进行详细说明。

本实验例采用如上述的实施例所述的自适应焊接装置进行焊接。其中，双丝焊接机构3提供的双丝焊接电弧均为熔化极双丝气体保护焊电弧，以此对焊件10的坡口实施单面焊双面成形的焊接工艺。

本实验例的焊接参数为：两块对接焊件10分别为材质为Q345钢的焊板，两块焊板的板厚均为4mm；对接的坡口采用V型对接，坡口处设有钝边，钝边是焊件10开坡口时沿焊件10厚度方向未开坡口的端面部分。钝边厚为0.5mm，V型坡口的夹角角度为70°。

本实施例的坡口中，正常坡口的间隙宽度为1mm，间隙坡口8的间隙宽度为3mm，点固焊道的高度为2.5mm。

本实施例的焊接工艺参数如下述的表1～表3所示。其中，干伸长为伸出导电嘴的焊丝长度。

表1正常坡口的部分焊接参数表

表2间隙坡口8的部分焊接参数表

表3带有定位焊缝的坡口9的部分焊接参数表

图2和图3分别为焊接成品的焊缝6正面及背面的成型状态图。图4和图5分别为焊接成品的焊缝6的截面的金相图。

在图中焊缝的左端为对正常坡口焊接形成的焊缝6，焊缝的中间为对带有定位焊缝的坡口9焊接形成的焊缝，焊缝的右端为对间隙坡口8焊接形成的焊缝。根据图2～图5所示，采用本实验例所述的自适应焊接方法对焊件10进行焊接而成的焊接成品中，焊缝在间隙不同或坡口内存在定位焊缝9的不良条件下，其焊接完工形成的焊缝正面成型均匀、一致，焊缝背面熔透良好，焊缝截面成型均匀。

综上所述，本实施例的自适应焊接方法包括：检测焊件10的坡口状态；根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构3的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接。该方法能实现焊接时对坡口状态的在线预测，并根据预测结果在线调整双丝焊接机构3的各项焊接参数，从而解决现有技术中存在间隙位置焊漏和余高不足、组装定位焊缝9位置的背面根部未熔和正面余高过高的情况，从而严重影响焊接质量的缺陷。该方法在焊件10对接时存在间隙过大、坡口内带有组装定位焊缝9的现实工程条件下，针对坡口的各类状况作适应性调整，从而提高大型构件的工程适应能力，降低组装难度，并能实现安全高效的自动化焊接，且焊件10的焊接质量得到了明显提升，经本方法焊接而成的焊接成品具有成形良好、美观的焊缝6。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种自适应焊接方法，其特征在于，包括：

检测焊件的坡口状态；

根据所述坡口状态，确定所述坡口的类型，并根据所述坡口的类型，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接；

所述根据所述坡口状态，分别调整双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，进一步包括：

根据所述坡口的状态，确定所述坡口的类型，所述坡口的类型包括正常坡口、间隙坡口和带有定位焊缝的坡口；

根据所述坡口的类型，分别改变所述双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，所述双焊丝的当前工作参数包括行进速度和焊接电流；

其中，所述根据所述坡口的类型，分别改变所述双焊丝的行进路线和当前工作参数，以对所述坡口进行自适应焊接，所述双焊丝的当前工作参数包括行进速度和焊接电流，进一步包括：

所述坡口的类型为正常坡口时，驱动所述双丝焊接机构的前焊丝和后焊丝作同步直线行进，其中，所述前焊丝和后焊丝的当前行进速度为基本行进速度，所述前焊丝的当前电流为第一基准电流，所述后焊丝的当前电流为第二基准电流；

所述坡口的类型为间隙坡口时，驱动所述双丝焊接机构的前后双焊丝在作同步行进时横向摆动，并设定所述前焊丝的当前焊接电流低于所述第一基准电流，且所述后焊丝的当前焊接电流高于所述第二基准电流；

所述坡口的类型为带有定位焊缝的坡口时，设定所述双丝焊接机构的当前行进速度低于所述基本行进速度，并将设定所述前焊丝的当前焊接电流高于所述第一基准电流，且所述后焊丝的当前焊接电流低于所述第二基准电流；

所述正常坡口的宽度范围为0≤H≤2mm；

所述间隙坡口的宽度范围为H＞2mm；

所述正常坡口的深度大于所述带有定位焊缝的坡口的深度；

其中，所述坡口的宽度为H。

2.根据权利要求1所述的自适应焊接方法，其特征在于，所述检测焊件的坡口状态，进一步包括：

以所述双丝焊接机构的双焊丝指向位置为焊接的当前时点，扫描下一时点的所述坡口状态。

3.一种自适应焊接装置，其特征在于，用于执行如权利要求1或2所述的自适应焊接方法；所述自适应焊接装置包括：

双丝焊接机构，设置在焊件坡口处；

检测机构，位于所述双丝焊接机构的前方，用于检测焊件的坡口状态；

控制机构，分别与所述双丝焊接机构和检测机构连接，用于根据所述坡口状态，确定所述坡口的类型，并根据所述坡口的类型，分别调整所述双丝焊接机构的双焊丝的行进路线和当前工作参数，并驱动所述双丝焊接机构对所述坡口进行自适应焊接。

4.根据权利要求3所述的自适应焊接装置，其特征在于，还包括：

行进机构，与所述双丝焊接机构连接，用于驱动所述双丝焊接机构按调整后的行进路线移动。

5.根据权利要求3或4所述的自适应焊接装置，其特征在于，所述双丝焊接机构包括并列的前焊丝和后焊丝，所述前焊丝和后焊丝分别具有各自的所述行进路线和当前工作参数。

6.一种焊接成品，包括对接的两块焊件，其特征在于，两块所述焊件的对接处形成待焊坡口，利用如权利要求1或2所述的自适应焊接方法在所述坡口处形成焊缝。

7.一种车体，其特征在于，包括如权利要求6所述的焊接成品。

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