CN110681951A - 一种船体曲面板自动焊接方法及焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶制造技术领域，具体公开了一种船体曲面板自动焊接方法及焊接装置。该船体曲面板自动焊接方法包括执行焊接程序，执行所述焊接程序包括如下步骤：执行打底焊；执行填充焊和盖面焊中的至少一个；每个所述焊接程序至少进行一层焊，且在执行每层焊前通过视觉跟踪系统识别坡口的待焊层的深度和待焊层的宽度，并根据所述深度和所述宽度选取焊接工艺参数；焊枪机构与所述视觉跟踪系统电连接，且所述焊枪机构通过所述视觉跟踪系统调节运动轨迹。避免了人工操作焊枪机构，焊接过程中不需要断弧，提高了焊缝的性能和质量。本发明提供的船体曲面板自动焊接方法能够提高焊缝的性能和质量，避免焊道偏移及避免焊接过程中出现的累积偏差。

Description

一种船体曲面板自动焊接方法及焊接装置

技术领域

本发明涉及船舶制造技术领域，尤其涉及一种船体曲面板自动焊接方法及焊接装置。

背景技术

目前船舶制造行业和钢结构行业存在一些曲面板结构，比如船舶的船艏和船艉区域外板，这些曲面板的线型不规则，目前曲面板一般采用二氧化碳气体保护半自动焊或采用有轨自动焊机焊接。

船体曲面板的半自动焊接方法存在的主要问题如下：由于坡口存在线型，操作难度较大，需要熟练的技能工人进行操作焊枪，操作过程中由于人员因素，每隔约600mm左右需要断弧，操作人员移动身位调整后再引弧。这些引熄弧位置根据现场探伤结果发现，所有打底的引熄弧位置均存在焊接缺陷，焊后必须碳刨清除。而如参数调节、干伸长控制、摆动需要人工判断和自主处理，因人而异，在细节的判断上会存在偏差，最终影响焊缝的性能和质量。

有轨自动焊接的轨道分两种，一种为刚性轨道，但是刚性轨道并不符合不规则的曲面板的焊接。另一种轨道具有一定的柔性，但是由于轨道本身存在一定的面积，稳定性也较差，不能完全贴合曲面板。轨道存在偏差，导致焊道偏移。

另外，现行焊接方案为采取焊前检测坡口，然后直接导入全套程序的方式，曲面板的焊接容易出现累计偏差。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种船体曲面板自动焊接方法，以提高焊缝的性能和质量，避免焊道偏移及避免焊接过程中出现的累积偏差。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种船体曲面板自动焊接方法，包括执行焊接程序，执行所述焊接程序包括如下步骤：

执行打底焊；

执行填充焊和盖面焊中的至少一个；

每个所述焊接程序至少进行一层焊，且在执行每层焊前通过视觉跟踪系统识别坡口的待焊层的深度和待焊层的宽度，并根据所述深度和所述宽度选取焊接工艺参数；焊枪机构与所述视觉跟踪系统电连接，且所述焊枪机构通过所述视觉跟踪系统调节运动轨迹。

作为优选，在所述执行焊接程序之前还包括：

将待焊接件放置到位；

在所述待焊接件的所述坡口边缘画线。

作为优选，所述打底焊包括：

所述视觉跟踪系统检测所述坡口的待焊层的所述宽度，并根据所述宽度，控制所述焊枪机构在焊接过程中是否摆动；若所述宽度大于第一预设宽度W1，则所述焊枪机构在执行所述打底焊的过程中摆动，若所述宽度不大于第一预设宽度W1，则所述焊枪机构在执行所述打底焊的过程中不摆动。

作为优选，在所述打底焊的过程中所述焊枪机构以第一摆动幅度F1摆动，所述第一摆动幅度F1为W-H1，其中，W为所述坡口的待焊层的宽度，H1为常数，且W大于H1。

作为优选，在执行所述打底焊之后还包括：

每层焊前所述视觉跟踪系统检测所述坡口的待焊层的所述深度，并判断所述深度是否大于预设深度D1，若不小于所述预设深度D1，则执行所述填充焊；若小于所述预设深度D1，则执行所述盖面焊。

作为优选，在执行所述填充焊或所述盖面焊之前还包括：所述视觉跟踪系统检测所述坡口的待焊层的所述宽度，判断所述宽度是否大于第二预设宽度W2，若不小于所述第二预设宽度W2，则执行多道次焊接；若小于所述第二预设宽度W2，则执行单道次焊接。

作为优选，在执行所述填充焊或所述盖面焊的所述单道次焊接中，所述焊枪机构以第二摆动幅度F2摆动，所述第二摆动幅度F2为W-H2，其中，W为所述坡口的待焊层的宽度，H2为常数，且W大于H2。

作为优选，在执行所述填充焊或所述盖面焊的所述多道次焊接中，所述焊枪机构以第三摆动幅度F3摆动，所述第三摆动幅度F3为2*(W-H2)/3，焊接道数N为[X]，其中，X＝W/F3，[X]是指向上取整数，且取比X大的最小整数；W为所述坡口的待焊层的宽度，H2为常数，且W大于H2。

作为优选，所述将待焊接件放置到位包括：

放置支撑件，所述支撑件的宽度方向的中部开设有容置槽；

将陶瓷衬垫放置于所述容置槽内，所述陶瓷衬垫的上端沿其长度方向开设有焊缝成型槽；

将所述待焊接件放置于所述支撑件上，并使所述坡口与所述焊缝成型槽正对设置。

本发明的另一个目的在于提供一种焊接装置，以提高焊缝的性能和质量，避免焊道偏移及避免焊接过程中出现的累积偏差。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种焊接装置，使用如上所述的船体曲面板自动焊接方法，包括：

焊枪机构，用于焊接待焊接件，包括小车和设置于所述小车上的焊枪，所述小车能够沿所述待焊接件的坡口移动；

视觉跟踪系统，设置于所述小车的一侧，并能够检测所述坡口的位置、深度和宽度；

控制器，均与所述焊枪、所述小车和所述视觉跟踪系统电连接。

本发明的有益效果：焊枪机构与视觉跟踪系统电连接，且焊枪机构通过视觉跟踪系统调节运动轨迹，避免了人工操作焊枪机构，焊接过程中不需要断弧，提高了焊缝的性能和质量。通过视觉跟踪系统调节焊枪机构的运动轨迹，从而无需设置供焊枪机构移动的轨道，焊枪机构的运动轨迹无偏差，焊道不会发生偏移。执行每层焊前通过视觉跟踪系统识别待焊接件的坡口的深度和宽度，并根据深度和宽度选取焊接工艺参数，对曲面板的焊接不会出现累计偏差。

附图说明

图1是本发明实施例提供的船体曲面板自动焊接方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的待焊接件的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的待焊接件另一视角的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的待焊接件放置到位后的结构示意图。

图中：

1、视觉跟踪系统；2、焊枪；3、待焊接件；4、坡口；5、陶瓷衬垫；51、焊缝成型槽；6、支撑件；W、宽度；D、深度。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种船体曲面板自动焊接方法，用于曲面板的焊接中，尤其是板与板的对接，即常规称为拼板或拼板焊接，但不限于此，还可以用于其他形状的部件的焊接中，以提高焊缝的性能和质量，避免焊道偏移及避免焊接过程中出现的累积偏差。

如图1所示，本实施例提供的船体曲面板自动焊接方法包括执行焊接程序，其中，执行焊接程序包括如下步骤：

执行打底焊；

执行填充焊和盖面焊中的至少一个；

每个焊接程序至少进行一层焊，且在执行每层焊前通过视觉跟踪系统1识别待焊接件3的坡口4的待焊层的深度(如图2所示的D)和宽度(如图2所示的W)，并根据深度和宽度选取焊接工艺参数，如图2所示，D为待焊层的深度，W为待焊层的宽度。焊枪机构与视觉跟踪系统1电连接，且焊枪机构通过视觉跟踪系统1调节运动轨迹。

焊枪机构与视觉跟踪系统1电连接，且焊枪机构通过视觉跟踪系统1调节运动轨迹，避免了人工操作焊枪机构，焊接过程中不需要断弧，提高了焊缝的性能和质量。通过视觉跟踪系统1调节焊枪机构的运动轨迹，从而无需设置供焊枪机构移动的轨道，焊枪机构的运动轨迹无偏差，焊道不会发生偏移。执行每层焊前通过视觉跟踪系统1识别待焊接件3的坡口4的深度和宽度，并根据深度和宽度选取焊接工艺参数，对曲面板的焊接不会出现累计偏差。

本实施例提供的船体曲面板自动焊接方法可以焊接如图3所示的待焊接件3，为提高焊接效果，保证待焊接件3沿焊接方向L的轴线角度变化A不大于15°/米，垂直于焊接方向L的面角度变化B不大于15°/米。

如图1所示，在执行焊接程序之前还包括：

将待焊接件3放置到位；

在待焊接件3的坡口4边缘画线。

在待焊接件3的坡口4边缘画线，使得视觉跟踪系统1易于获取到坡口4的位置，辅助视觉跟踪系统1跟踪坡口4。

如图4所示，优选地，将待焊接件3放置到位包括：

放置支撑件6，支撑件6的宽度方向的中部开设有容置槽；

将陶瓷衬垫5放置于容置槽内，陶瓷衬垫5的上端沿其长度方向开设有焊缝成型槽51；

将待焊接件3放置于支撑件6上，并使坡口4与焊缝成型槽51正对设置。

支撑件6可以避免待焊接件3在焊接过程中发生形变，陶瓷衬垫5的焊缝成型槽51可以容纳和控制焊接料的形状，从而优化焊缝的形状，且陶瓷衬垫5使用方便，焊接完成后只需要将陶瓷衬垫5卸下即可。

在本实施例中，焊枪机构包括焊枪2，为提高焊接质量，焊接过程中，焊枪2向前倾斜8°-12°，焊接干伸长为18mm-26mm，焊枪2的摆动频率根据其摆动幅度选择，摆动幅度越大，摆动频率越大，摆动频率范围为30-50周/分种。优选地，倾斜角度为12°，干伸长为22mm。

在本实施例中，各个焊接程序的部分参数如下表1所示，当然，在其他实施例中，焊接参数还可以为其他数值。

表1焊接工艺的部分参数表

本实施例提供的焊接参数可以使得待焊接件3焊接后焊缝及热影响区机械性能良好，焊缝成型美观。

如图1所示，优选地，打底焊包括：视觉跟踪系统1检测坡口4的待焊层的宽度，并根据上述宽度，控制焊枪2在焊接过程中是否摆动。若宽度大于第一预设宽度W1，则焊枪机构在执行打底焊的过程中摆动，若宽度不大于第一预设宽度W1，则焊枪机构在执行打底焊的过程中不摆动。在焊接之前实时检测坡口4的宽度，根据该宽度确定焊枪2是否摆动，从而确保焊料填充整个坡口4。

在打底焊的过程中若焊枪1需要摆动，则焊枪1以第一摆动幅度F1摆动，第一摆动幅度为W-H1，其中，W为坡口4的宽度，H1为常数，且W大于H1。优选地，H1为2mm。第一摆动幅度F1根据坡口4宽度的变化而变化，从而使得焊接参数适应不同类型的待焊接件3，及不同尺寸的坡口4。

在执行打底焊之后还包括：每层焊前视觉跟踪系统1检测坡口4的待焊层的深度，并判断深度是否大于预设深度D1，若不小于预设深度D1，则执行填充焊；若小于预设深度D1，则执行盖面焊。

在本实施例中预设深度D1为3mm，当然在其他实施例中，预设深度D1还可以取其他值。通过在每层焊前视觉跟踪系统1检测坡口4的待焊层的深度，可以自动进入下一焊接程序，提高焊接效率和焊接质量。通过预设深度D1判断进入何种焊接程度，可以使得待焊接件3焊接后焊缝及热影响区机械性能良好，焊缝成型美观。

在执行填充焊或盖面焊之前还包括：视觉跟踪系统1检测坡口4的宽度，判断宽度是否大于第二预设宽度W2，若不小于第二预设宽度W2，则执行多道次焊接；若小于第二预设宽度W2，则执行单道次焊接。优选地，第二预设宽度W2为20mm，当然在其他实施例中，第二预设宽度W2还可以取其他值。优选地，视觉跟踪系统1在对坡口4进行检测时，同时检测器深度和宽度。

在执行填充焊或盖面焊的单道次焊接中，焊枪2以第二摆动幅度F2摆动，第二摆动幅度F2为W-H2其中，W为坡口4的宽度，H2为常数，且W大于H2。优选地，H2为3mm。焊枪2的摆动中心为W/2。

在执行填充焊或盖面焊的多道次焊接中，焊枪机构以第三摆动幅度F3摆动，第三摆动幅度F3为2*(W-H2)/3，焊接道数N为[X]，其中，X＝W/F3，[X]是指向上取整数，取比X大的最小整数；W为坡口4的宽度，H2为常数，且W大于H2。焊枪2的摆动中心为Y*(W-H2)/3，其中，Y为奇数。

本实施了提供的焊接参数应用于船板的焊接中，可以使得焊缝及热影响区机械性能良好，焊缝成型美观。

例如，焊接宽度W为30mm，H2为3mm，则第三摆动幅度F3为18mm,焊接道数N为2次。

如图2所示，本实施例还提供一种焊接装置，该焊接装置使用如上的船体曲面板自动焊接方法，焊接装置包括视觉跟踪系统1、焊枪机构和控制器，焊枪机构用于焊接待焊接件3，其包括小车(图中未示出)和设置于小车上的焊枪2，小车能够沿待焊接件3的坡口4移动。视觉跟踪系统1设置于小车的一侧，并能够检测坡口4的位置、深度和宽度；控制器均与焊枪2、小车和视觉跟踪系统1电连接。

视觉跟踪系统1检测的坡口4的位置，并将位置信息传递给控制器，控制器控制小车沿坡口4移动，视觉跟踪系统1检测的坡口4的深度和宽度，并将深度和宽度信息传递给控制器，控制器根据该深度和宽度信息选取相应的焊接参数，并控制焊枪2以该焊接参数进行焊接。本实施例提供的焊接装置自动化焊接，在执行焊接程序的过程中，中间无断弧，提高了焊接性能和质量。小车的移动轨迹通过视觉跟踪系统1控制，无需依赖轨道，不会存在偏差，焊道不会发生偏移。视觉跟踪系统1可以实时检测坡口4深度和宽度，进而选取相应的焊接参数，不会出现累积偏差。

更进一步地，视觉跟踪系统1可以包括十字激光发射器和摄像机。控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制视觉跟踪系统1、焊枪机构实现其功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，包括执行焊接程序，执行所述焊接程序包括如下步骤：

执行打底焊；

执行填充焊和盖面焊中的至少一个；

每个所述焊接程序至少进行一层焊，且在执行每层焊前通过视觉跟踪系统(1)识别坡口(4)的待焊层的深度和待焊层的宽度，并根据所述深度和所述宽度选取焊接工艺参数；焊枪机构与所述视觉跟踪系统(1)电连接，且所述焊枪机构通过所述视觉跟踪系统(1)调节运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在所述执行焊接程序之前还包括：

将待焊接件(3)放置到位；

在所述待焊接件(3)的所述坡口(4)边缘画线。

3.根据权利要求1所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，所述打底焊包括：

所述视觉跟踪系统(1)检测所述坡口(4)的待焊层的所述宽度，并根据所述宽度，控制所述焊枪机构在焊接过程中是否摆动；若所述宽度大于第一预设宽度W1，则所述焊枪机构在执行所述打底焊的过程中摆动，若所述宽度不大于第一预设宽度W1，则所述焊枪机构在执行所述打底焊的过程中不摆动。

4.根据权利要求3所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在所述打底焊的过程中所述焊枪机构以第一摆动幅度F1摆动，所述第一摆动幅度F1为W-H1，其中，W为所述坡口(4)的待焊层的宽度，H1为常数，且W大于H1。

5.根据权利要求1所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在执行所述打底焊之后还包括：

每层焊前所述视觉跟踪系统(1)检测所述坡口(4)的待焊层的所述深度，并判断所述深度是否大于预设深度D1，若不小于所述预设深度D1，则执行所述填充焊；若小于所述预设深度D1，则执行所述盖面焊。

6.根据权利要求5所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在执行所述填充焊或所述盖面焊之前还包括：所述视觉跟踪系统(1)检测所述坡口(4)的待焊层的所述宽度，判断所述宽度是否大于第二预设宽度W2，若不小于所述第二预设宽度W2，则执行多道次焊接；若小于所述第二预设宽度W2，则执行单道次焊接。

7.根据权利要求6所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在执行所述填充焊或所述盖面焊的所述单道次焊接中，所述焊枪机构以第二摆动幅度F2摆动，所述第二摆动幅度F2为W-H2，其中，W为所述坡口(4)的待焊层的宽度，H2为常数，且W大于H2。

8.根据权利要求6所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，在执行所述填充焊或所述盖面焊的所述多道次焊接中，所述焊枪机构以第三摆动幅度F3摆动，所述第三摆动幅度F3为2*(W-H2)/3，焊接道数N为[X]，其中，X＝W/F3，[X]是指向上取整数，且取比X大的最小整数；W为所述坡口(4)的待焊层的宽度，H2为常数，且W大于H2。

9.根据权利要求2所述的船体曲面板自动焊接方法，其特征在于，所述将待焊接件(3)放置到位包括：

放置支撑件(6)，所述支撑件(6)的宽度方向的中部开设有容置槽；

将陶瓷衬垫(5)放置于所述容置槽内，所述陶瓷衬垫(5)的上端沿其长度方向开设有焊缝成型槽(51)；

将所述待焊接件(3)放置于所述支撑件(6)上，并使所述坡口(4)与所述焊缝成型槽(51)正对设置。

10.一种焊接装置，其特征在于，使用权利要求1-9任意一项所述的船体曲面板自动焊接方法，包括：

焊枪机构，用于焊接待焊接件(3)，包括小车和设置于所述小车上的焊枪(2)，所述小车能够沿所述待焊接件(3)的坡口(4)移动；

视觉跟踪系统(1)，设置于所述小车的一侧，并能够检测所述坡口(4)的位置、深度和宽度；

控制器，均与所述焊枪(2)、所述小车和所述视觉跟踪系统(1)电连接。

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