CN110653451A - 用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置及方法，包括底板、底座、H型水平横梁、两个翻转体、两根挡板支架、防弧光挡板和焊接机器人；其中底座和焊接机器人分别安装在底板上面，H型水平横梁的中心通过伺服电机水平旋转机构与底座连接且作水平旋转，四角端部处固定有伺服电机垂直旋转机构，翻转体的两端分别与H型水平横梁同一侧两角端部的伺服电机垂直旋转机构连接，并且受其驱动作垂直旋转，翻转体上设有中空夹具，防弧光挡板通过挡板支架垂直地固定在H型水平横梁的中间，焊接机器人固定在H型水平横梁一侧的底板上；H型水平横梁在人员与焊接机器人之间旋转，实现人工操作与自动焊接工位的切换。本发明改善了作业条件，降低了劳动强度，提高了焊接质量。

Description

用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及船用低速柴油机的制造，具体涉及一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置及方法，属于柴油机制造技术领域。

背景技术

在船用低速柴油机管件的制作中，各个管系统的管子都需要进行组对焊接，按组对的先后顺序，支管与法兰是先进行组对焊接的，支管法兰焊接完成后，作为一个整体部件再与其它管路进行组对。支管法兰与其它管子组对焊接的特殊性在于，支管法兰组对后在结构形式上比较简单，各种规格工件的结构相似，而且没有类似其他管路的复杂走向，因而可以进行批量性的生产制作。

支管法兰目前采用的焊接方式是，操作工人将点焊好的支管和法兰装夹在一个中空的变位机上，先对法兰的非密封面进行焊接，焊接时支管法兰随着变位机转动，操作者手工固定点手工摆焊进行焊接，非密封面焊接完成后，卸下工件，将工件翻面后再装夹，装夹完成后再进行法兰的密封面焊接，焊接过程都是由操作者手工完成。

上述目前使用的支管法兰焊接方式存在着一些弊端。在支管法兰焊接过程中，要求焊接作业人员有较高的专业技能，对氩弧焊与气保焊都必须会操作；另一方面，管子焊接过程中，高温电弧光所产生的紫外线(UVR)和红外线(IFR)对人眼及皮肤能够造成严重损伤，此外焊接时，焊条中的焊芯、药皮和金属母材在电弧高温下要经历熔化、蒸发、氧化、凝集的过程，其中会产生大量金属氧化物及其他物质的烟尘，长期吸入可能引起作业人员的尘肺；再者，焊接操作人员还可能由于本身工作状态不好而造成焊接质量不稳定。

发明内容

本发明是为了克服现有的支管法兰焊接作业方式的不足，提供一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置及方法，降低对操作人员焊接技能的要求，稳定并提高支管法兰的焊缝质量，改善操作人员的作业条件，降低焊接作业的劳动强度。

基于上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，用于管径为的支管与法兰的自动焊接作业，其特征在于，所述自动焊接装置包括：

底板，位于最下部，是整个装置的基础；

底座，下部固定在所述底板的上面，上部设有伺服电机水平旋转机构，该伺服电机水平旋转机构能够在水平面上作旋转运动，其旋转中心轴沿垂直方向布置；

H型水平横梁，为一水平H型构件，中心与所述底座固定连接，受所述底座上伺服电机水平旋转机构的驱动，在-180°～180°的范围内作水平旋转，该H型水平横梁四角的端部处各固定有一伺服电机垂直旋转机构，该伺服电机垂直旋转机构能够在垂直面上作旋转运动，旋转中心轴沿水平方向布置；

两个翻转体，分别连接于所述H型水平横梁的两侧部且位置对称布置，每一翻转体上设有两个中空夹具，所述翻转体的两端分别与所述H型水平横梁同一侧两角端部的伺服电机垂直旋转机构连接，该伺服电机垂直旋转机构驱动所述翻转体在0～360°的范围内作垂直旋转；

两根挡板支架，垂直地固定在所述H型水平横梁的中间梁的两端；

防弧光挡板，固定安装在所述两根挡板支架之间；

焊接机器人，固定在所述底板的上面，位于所述H型水平横梁的一侧。

作为进一步改进，所述的伺服电机水平旋转机构的旋转范围为-180°～180°，所述伺服电机垂直旋转机构的旋转范围为0°～360°。

作为进一步改进，所述的底座的中心设有中心座，该中心座与所述伺服电机水平旋转机构固定连接，该伺服电机水平旋转机构与所述H型水平横梁的中心固定连接。

作为进一步改进，所述的挡板支架上开设有纵向的凹槽，所述防弧光挡板的两侧边插入该凹槽中。

作为进一步改进，所述的防弧光挡板为透明的防弧光挡板。

作为进一步改进，所述的焊接机器人为6轴独立多关节型专业弧焊机器人，作业半径≥1.4m。

作为进一步改进，所述的焊接机器人的硬件控制系统以及所述伺服电机水平旋转机构与伺服电机垂直旋转机构的协调联动控制系统，集成于同一个控制柜内。

本发明的另一技术方案为：

一种通过上述自动焊接装置实现的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接方法，其具体步骤为：

1)将两个点焊好的支管法兰工件分别装夹在H型水平横梁一侧的翻转体上的两个中空夹具上；

2)根据支管法兰工件的规格调用对应的焊接机器人的控制程序；

3)装有支管法兰工件的翻转体通过底座上的伺服电机水平旋转机构旋转至焊接机器人所在的一侧；

4)将安装有支管法兰工件的翻转体通过伺服电机垂直旋转机构翻转到45°位置；

5)焊接机器人启动并移动到焊接位置，对支管法兰工件的正面进行焊接，焊接时支管法兰工件随翻转体转动，焊枪进行摆动焊接，与此同时，人工将另两个点焊好的待焊支管法兰工件装夹在H型水平横梁另一侧的翻转体上的两个中空夹具中；

6)两个支管法兰工件正面焊接完成后，翻转体翻转到225°位置，对该支管法兰工件的反面进行焊接；

7)两个支管法兰工件正反面焊接完成后，H型水平横梁水平旋转180°，将安装有已完成焊接的支管法兰工件的翻转体转至操作人员一侧；

8)人工拆下完成焊接的支管法兰工件，换上点焊好的支管法兰工件，与此同时，焊接机器人对另一侧翻转体上的待焊支管法兰工件进行焊接。

与目前的支管法兰焊接方式相比，本发明达到了以下效果：

1.对操作人员焊接技能要求不高。本发明实现了支管法兰的自动焊接，操作人员只需要根据法兰规格，通过焊接机器人上的操作面板选取对应的焊接程序，就能完成支管法兰的焊接，而不必具有很高的焊接技能。

2.焊缝质量稳定。支管法兰由焊接机器人进行自动焊接，焊接电流、电压、摆焊幅度和频率以及焊接速度全部通过程序控制，焊接机器人的焊接电流、电压以及保护气体等焊接工艺参数的选择，是通过反复试验后确定的；与手工焊接操作相比，焊接机器人在焊接过程中，不会因为人员工作状态不佳而造成焊接质量不稳定，不仅焊接成型良好，而且基本杜绝了焊接飞溅，达到了焊接质量稳定的效果。此外，翻转范围在0°～360°的翻转体能够将工件停留在最合适的焊接位置，从而保证了焊接质量。

3.改善了操作工人的作业条件和劳动强度。焊接机器人焊接时安装在H型水平横梁中间的防弧光挡板起到了与操作人员隔离的作用，大大降低了高温、电弧光、烟尘等对操作人员的健康危害，改善了操作工人的作业环境；此外本发明的焊接作业由焊接机器人完成，无需工人手工直接操作，操作工人只需装夹工件，因此降低了操作工人的劳动强度。可以遮挡焊接弧光，使另一侧拆装工件的操作人员不受弧光影响。

4.提高了工作效率。H型水平横梁两侧的翻转体分别能够同时装夹两个工件，当一侧的焊接机器人进行焊接作业的同时，另一侧的操作人员可以进行工件的拆装，从而作业效率得到了提高；此外工件只需一次性装夹就能完成全部焊接工序，与手工焊接相比，节省了一次装夹时间。

附图说明

图1是本发明的结构简图。

图2是底座的示意图。

图3是H型水平横梁的示意图。

图4是翻转体的示意图。

图5是挡板支架的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都应属于本发明申请要求保护的范围。

请参阅图1，图1是一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，可用于管径为的支管与法兰的自动焊接作业。所述自动焊接装置包括底板1、底座2、H型水平横梁3、两个翻转体4、两根挡板支架5、防弧光挡板6和焊接机器人8。

所述底板1位于最下部，是整个装置的基础。

所述底座2和焊接机器人8分别固定安装在所述底板1上面的两侧。

请参阅图2，所述底座2下部固定在所述底板1上，上部设有伺服电机水平旋转机构21，该伺服电机水平旋转机构21的旋转中心轴沿垂直方向布置，所述伺服电机水平旋转机构21能够在水平面上作旋转运动，旋转范围为-180°～180°。

请参阅图3，所述H型水平横梁3为一水平H型构件，其中心设有中心座31，该中心座31与所述底座2上部的伺服电机水平旋转机构21固定连接，从而所述H型水平横梁3能够受该伺服电机水平旋转机构21的驱动，在-180°～180°的范围内作水平旋转；所述H型水平横梁3四角的端部处各固定有一伺服电机垂直旋转机构32，该伺服电机垂直旋转机构32的旋转中心轴沿水平方向布置，所述伺服电机垂直旋转机构32能够在垂直面上作旋转运动，翻转范围为0°～360°。

请参阅图4，所述两个翻转体4为梁式构件，分别连接于所述H型水平横梁3的两侧部，而且位置对称布置；每一翻转体4的两端分别与所述H型水平横梁3同一侧两角端部的伺服电机垂直旋转机构32连接，该伺服电机垂直旋转机构32驱动所述翻转体4在0～360°的范围内作垂直旋转，每一所述翻转体4上设有两个中空夹具41，用于装夹支管法兰工件7。

请参阅图5，所述挡板支架5垂直地固定在所述H型水平横梁3的中间梁的两端，用于安装所述防弧光挡板6；该挡板支架5上沿纵向开设有凹槽51。

请参阅图1，所述防弧光挡板6为透明的防弧光挡板，通过所述凹槽51固定安装在两根所述挡板支架5之间，用于遮挡电弧光和飞渣，同时便于操作者在焊接过程中观察焊接机器人8的动作。

所述焊接机器人8位于所述H型水平横梁3的一侧，为6轴独立多关节型专业弧焊机器人，作业半径≥1.4m。所述焊接机器人8的硬件控制系统以及所述伺服电机水平旋转机构21与伺服电机垂直旋转机构32的协调联动控制系统，集成于同一个控制柜。

本发明的工作原理如下：

请参阅图1，H型水平横梁3为对称形状，随着固定在底座2上的伺服电机水平旋转机构21作水平旋转；当一侧的焊接机器人8进行焊接作业的同时，另一侧的操作人员可以进行支管法兰工件7的拆装。安装在H型水平横梁3中间的防弧光挡板6可以遮挡焊接弧光，使另一侧拆装工件的操作人员不受弧光影响。翻转体4随着H型水平横梁3端部的伺服电机垂直旋转机构32在0°～360°的范围内翻转，从而可以翻转并停留到最佳的焊接位置，配合焊接机器人8进行支管法兰工件7的角焊缝焊接。翻转体4中空处设有工件装夹具，一个翻转体4能够通过中空夹具41同时装夹两个支管法兰工件7，从而提高了作业效率，夹住支管法兰工件7后，通过翻转体4的翻转，支管法兰工件7只需一次装夹，就可完成支管法兰工件7正反两面的焊接工作。

通过上述自动焊接装置实现的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接方法的具体步骤为，参阅图1：

1)将两个点焊好的支管法兰工件7分别装夹在H型水平横梁3一侧翻转体4上的两个中空夹具41上。

2)根据支管法兰工件7的规格调用对应的焊接机器人8的控制程序。

3)装有支管法兰工件7的翻转体4通过底座2上的伺服电机水平旋转机构21旋转至焊接机器人8所在的一侧。

4)将安装有支管法兰工件7的翻转体4通过伺服电机垂直旋转机构32翻转到45°位置。

5)焊接机器人8启动并移动到焊接位置，对支管法兰工件7的正面进行焊接，焊接时支管法兰工件7随翻转体4转动，焊枪进行摆动焊接；与此同时，人工将另两个点焊好的待焊支管法兰工件7装夹在另一侧翻转体4上的两个中空夹具41中。

6)两个支管法兰工件7正面焊接完成后，翻转体4翻转到225°位置，对该支管法兰工件7的反面进行焊接。

7)两个支管法兰工件7正反面焊接完成后，H型水平横梁3水平旋转180°，将安装有已完成焊接的支管法兰工件7的翻转体4转至操作人员一侧。

8)人工拆下完成焊接的支管法兰工件7，换上点焊好的支管法兰工件7，与此同时，焊接机器人8对另一侧翻转体4上的待焊支管法兰工件7进行焊接。

本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他对本发明显而易见的变换和替代方案。

Claims (8)

1.一种用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，用于管径为的支管与法兰的自动焊接作业，其特征在于，所述自动焊接装置包括：

底板，位于最下部，是整个装置的基础；

底座，下部固定在所述底板的上面，上部设有伺服电机水平旋转机构，该伺服电机水平旋转机构能够在水平面上作旋转运动，其旋转中心轴沿垂直方向布置；

H型水平横梁，为一水平H型构件，中心与所述底座固定连接，受所述底座上伺服电机水平旋转机构的驱动，在-180°～180°的范围内作水平旋转，该H型水平横梁四角的端部处各固定有一伺服电机垂直旋转机构，该伺服电机垂直旋转机构能够在垂直面上作旋转运动，旋转中心轴沿水平方向布置；

两个翻转体，分别连接于所述H型水平横梁的两侧部且位置对称布置，每一翻转体上设有两个中空夹具，所述翻转体的两端分别与所述H型水平横梁同一侧两角端部的伺服电机垂直旋转机构连接，该伺服电机垂直旋转机构驱动所述翻转体在0～360°的范围内作垂直旋转；

两根挡板支架，垂直地固定在所述H型水平横梁的中间梁的两端；

防弧光挡板，固定安装在所述两根挡板支架之间；

焊接机器人，固定在所述底板的上面，位于所述H型水平横梁的一侧。

2.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的伺服电机水平旋转机构的旋转范围为-180°～180°，所述伺服电机垂直旋转机构的旋转范围为0°～360°。

3.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的底座的中心设有中心座，该中心座与所述伺服电机水平旋转机构固定连接，该伺服电机水平旋转机构与所述H型水平横梁的中心固定连接。

4.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的挡板支架上开设有纵向的凹槽，所述防弧光挡板的两侧边插入该凹槽中。

5.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的防弧光挡板为透明的防弧光挡板。

6.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的焊接机器人为6轴独立多关节型专业弧焊机器人，作业半径≥1.4m。

7.如权利要求1所述的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接装置，其特征在于，所述的焊接机器人的硬件控制系统以及所述伺服电机水平旋转机构与伺服电机垂直旋转机构的协调联动控制系统，集成于同一个控制柜内。

8.一种通过权利要求1所述自动焊接装置实现的用于船用低速柴油机支管法兰的自动焊接方法，其特征在于，所述自动焊接方法的具体步骤为：

1)将两个点焊好的支管法兰工件分别装夹在H型水平横梁一侧的翻转体上的两个中空夹具上；

2)根据支管法兰工件的规格调用对应的焊接机器人的控制程序；

3)装有支管法兰工件的翻转体通过底座上的伺服电机水平旋转机构旋转至焊接机器人所在的一侧；

4)将安装有支管法兰工件的翻转体通过伺服电机垂直旋转机构翻转到45°位置；

5)焊接机器人启动并移动到焊接位置，对支管法兰工件的正面进行焊接，焊接时支管法兰工件随翻转体转动，焊枪进行摆动焊接，与此同时，人工将另两个点焊好的待焊支管法兰工件装夹在H型水平横梁另一侧的翻转体上的两个中空夹具中；

6)两个支管法兰工件正面焊接完成后，翻转体翻转到225°位置，对该支管法兰工件的反面进行焊接；

7)两个支管法兰工件正反面焊接完成后，H型水平横梁水平旋转180°，将安装有已完成焊接的支管法兰工件的翻转体转至操作人员一侧；

8)人工拆下完成焊接的支管法兰工件，换上点焊好的支管法兰工件，与此同时，焊接机器人对另一侧翻转体上的待焊支管法兰工件进行焊接。

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