CN111230351A - 角焊的自动焊接方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种角焊的自动焊接方法及系统。本发明所述的角焊的自动焊接方法包括以下步骤：在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；在驱动焊枪沿打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，驱动焊枪自摆动轴线分别向T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。该自动焊接方法通过调整焊枪的摆动轴线，并利用焊枪的偏心往复摆动，从而有效增加T型接头结构的坡口侧的焊接范围，并且减少非坡口侧的焊接范围，以针对斜角焊缝结构的焊脚进行盖面焊，从根本上解决现有的焊接方法导致的角焊缝焊接量不足，易出现漏焊、过焊、化边现象及台阶焊脚的问题。

Description

角焊的自动焊接方法及系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种角焊的自动焊接方法及系统。

背景技术

角焊是指将两块金属焊件垂直焊接在一起的过程。角焊的焊缝的连接结构通常包括Tee接头(简称T型接头)和Lap接头，其中，T型接头即是指两个相互垂直的金属焊件之间的焊缝接头。

目前，在动车组及城轨车辆焊接构架焊缝结构中，如图1至图3所示，第一焊件1与开有坡口的第二焊件2角接形成的T型接头中，针对这类开有坡口的T型接头普遍存在有坡口宽度10分别大于焊脚尺寸和组装尺寸要求的情况。其中，焊脚尺寸是指在该角焊中焊缝整体的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度；组装尺寸要求是指该构架在组装时的尺寸要求。结合上述情况，焊接时对焊缝的焊脚要求则为：在坡口侧4要求焊脚需盖满坡口边缘，而在非坡口侧3则要求焊脚需满足焊脚尺寸要求，此时焊脚形状为坡口侧4和非坡口侧3两边互不对称的斜角焊缝。

而现有的自动焊接设备在对T型接头进行焊接时，通常设置焊枪以焊缝根部11为轴线对称摆动，则容易产生如下问题：

1、若焊接时让焊枪的摆动幅度不超过非坡口侧3的焊脚尺寸，则焊枪摆动范围无法达到坡口边缘，导致焊缝坡口侧4未盖满，即会出现如图1所示的坡口漏焊位置5。

2、若焊接时让焊枪的摆动幅度能盖满坡口侧4，则焊枪摆动范围会超出焊脚尺寸或组装余边，从而导致非坡口侧3的焊脚尺寸过大或电弧打到板材边缘出现化边现象，例如图2所示的坡口过焊位置7。

3、而角焊焊接时熔池金属受重力作用，容易存在下坠倾向，焊脚上半部分熔敷金属厚度不足，焊脚下半部分熔敷金属堆积，从而导致整体焊脚呈现“台阶状”，焊缝成型不良，影响焊接质量，即如图1和图2所示的台阶焊脚6。

而上述的T型接头角焊缝易出现漏焊、过焊、化边现象以及如台阶焊脚的焊脚成型不良的问题，则会严重制约焊接构架的生产效率以及构架焊接质量的提升。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种角焊的自动焊接方法及系统，用以解决现有技术中因焊脚为斜角焊缝结构，而导致角焊缝的焊接量不足，易出现漏焊、过焊、化边现象及台阶焊脚的缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种角焊的自动焊接方法，包括以下步骤：

在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；

在驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，驱动所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。

在部分实施例中，所述在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线的步骤，进一步包括：

以所述T型接头结构的坡口侧的边缘线在非坡口侧上的投影线作为所述摆动轴线。

在部分实施例中，所述驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动的步骤，进一步包括：

步骤1、驱动所述焊枪的自由摆动端自第一位置向第二位置摆动，并在摆动至所述第二位置后，回摆至所述第一位置；

步骤2、驱动所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向第三位置摆动，并在摆动至所述第三位置后，回摆至所述第一位置；

步骤3、重复上述步骤1和步骤2，直至所述T型接头结构的焊接完成；

其中，所述第一位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述摆动轴线时的位置，所述第二位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述非坡口侧的边缘线时的位置，所述第三位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述坡口侧的边缘线时的位置。

在部分实施例中，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第二位置摆动第一角度，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第三位置摆动第二角度，所述第一角度与所述第二角度不相等。

在部分实施例中，所述第一角度小于所述第二角度。

在部分实施例中，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

以所述摆动轴线到所述非坡口侧的边缘线的距离为第一距离，所述第一角度的大小与所述第一距离的长短成正比。

在部分实施例中，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

以所述摆动轴线到所述坡口侧的边缘线的距离为第二距离，所述第二角度的大小与所述第二距离的长度成正比。

在部分实施例中，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第二位置摆动第一角度，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第三位置摆动第二角度，所述第一角度与所述第二角度不相等的步骤，进一步包括：

所述焊枪的自由摆动端摆动至所述第二位置的情况下，所述焊枪作用于所述非坡口侧的边缘线而产生的金属熔池盖过所述非坡口侧的边缘1毫米至2毫米；和/或

所述焊枪的自由摆动端摆动至所述第三位置的情况下，所述焊枪作用于所述坡口侧的边缘线而产生的金属熔池盖过所述坡口侧的边缘1毫米至2毫米。

在部分实施例中，所述驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动的步骤，进一步包括：

驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，所述焊枪的非自由摆动端沿与所述焊缝长度方向平行的方向移动。

本发明还提供了一种基于如上所述的角焊的自动焊接方法的系统，包括：

轴线确定单元，用于在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；

焊枪驱动单元，与所述轴线确定单元连接，用于驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明所述的角焊的自动焊接方法包括以下步骤：在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；在驱动焊枪沿打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，驱动焊枪自摆动轴线分别向T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。该自动焊接方法通过调整焊枪的摆动轴线，并利用焊枪的偏心往复摆动，从而有效增加T型接头结构的坡口侧的焊接范围，并且减少非坡口侧的焊接范围，以针对斜角焊缝结构的焊脚进行盖面焊，从根本上解决现有的焊接方法导致的角焊缝焊接质量不足，易出现漏焊、过焊、化边现象及台阶焊脚的问题；本自动焊接方法还可以通过改变坡口侧的摆动幅度，从而向上拉动熔池金属，以抵消熔池金属受重力作用下坠的倾向，进一步提高焊缝质量。

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为背景技术的T型接头角焊焊缝结构图(一)；

图2为背景技术的T型接头角焊焊缝结构图(二)；

图3为背景技术的T型接头角焊的焊缝宽度示意图；

图4为本发明实施例的角焊的自动焊接方法的焊接状态示意图。

附图标记：

1：第一焊件；2：第二焊件；3：非坡口侧；4：坡口侧；5：漏焊位置；6：台阶焊脚；7：过焊位置；8：打底焊的焊缝；9：焊枪；10：坡口宽度；11：焊缝根部；A：第一位置；B：第二位置；C：第三位置；α1：第一角度；α2：第二角度。

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；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

如图4所示，本实施例提供了一种角焊的自动焊接方法，能针对T型接头结构的斜角焊缝结构进行焊接。并且，基于该自动焊接方法，本实施例提供了一种自动焊接系统。

本实施例所述的自动焊接方法包括以下步骤：

步骤一、在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪9的摆动轴线；

步骤二、在驱动焊枪9沿打底焊的焊缝8长度方向进给的过程中，驱动焊枪9自摆动轴线分别向T型接头结构的非坡口侧3和坡口侧4作偏心的往复摆动。

其中，T型接头结构包括第一焊件1和第二焊件2，第二焊件2的一端开有坡口面，第二焊件2上开有坡口面的一端与第一焊件1角接，则第二焊件2与第一焊件1的接触位置为焊缝根部11(即图4所示的P点)；在第二焊件2与第一焊件1角接时，位于第一焊件1上的坡口面构成坡口侧4(即图4所示的PM段)，位于第二焊件2上并与坡口面相对的表面构成非坡口侧3(即图4所示的PN段)，坡口侧4与非坡口侧3之间构成坡口结构，坡口侧4的长度与非坡口侧3的长度不相等。

该自动焊接方法通过步骤一调整焊枪9的摆动轴线的位置，将焊枪9的摆动轴线调整在可以同时兼顾非坡口侧3和坡口侧4的不同尺寸，使焊枪9在摆动时以摆动轴线为基准作偏心往复摆动，从而同时满足坡口侧4的焊脚尺寸和非坡口侧3的焊脚尺寸区别，并且保证焊缝能够盖满坡口，从根本上解决现有的焊接方法导致的角焊缝焊接量不足，易出现漏焊、过焊、化边现象及台阶焊脚的问题。

在一个优选实施例中，上述的步骤一，进一步包括：

以T型接头结构的坡口侧4的边缘线在非坡口侧3上的投影线作为摆动轴线。

具体的，如图4所示，摆动轴线的确定应当依据开有坡口的第二焊件2的坡口尺寸确定，即将第二焊件2与第一焊件1和第二焊件2之间的待焊焊缝视为一个整体(即图4中所示的第二焊件2的坡口结构被视为利用三角形POM填满)，并以位于第二焊件2上的坡口侧4的边缘线(即图4中所示的M点所在直线)作为坡口侧4的边缘线，将M点落在第一焊件1上的投影线作为摆动轴线即可(即图4中O点所在直线)。

在一个优选实施例中，上述的步骤二，进一步包括：

步骤1、驱动焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第二位置B点摆动，并在摆动至第二位置B点后，回摆至第一位置A点；

步骤2、驱动焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第三位置C点摆动，并在摆动至第三位置C点后，回摆至第一位置A点；

步骤3、重复上述步骤1和步骤2，直至T型接头结构的焊接完成；

其中，第一位置A点为焊枪9的自由摆动端指向摆动轴线O点时的位置，第二位置B点为焊枪9的自由摆动端指向非坡口侧3的边缘线N点时的位置，第三位置C点为焊枪9的自由摆动端指向坡口侧4的边缘线M点时的位置。

在焊枪9沿打底焊的焊缝8长度方向进给的过程中，焊枪9实现步骤1和步骤2的往复循环，从而实现焊枪9的偏心往复摆动，从而使得焊枪9在摆动进给的过程中能同时兼顾坡口侧4和非坡口侧3的焊脚尺寸要求，从而保证焊接形成的金属熔池既能盖满坡口侧4，也能盖满非坡口侧3，并且对于非坡口侧3的焊脚尺寸要求更加精确，有利于避免非坡口侧3出现过焊情况，过焊情况是指非坡口侧3的金属熔池超出焊脚尺寸要求从而导致第一焊件1的端面出现超出组装尺寸要求的现象，或是焊枪9的电弧对第一焊件1的端面造成化边现象。

在一个更优选实施例中，上述的步骤1至步骤3，进一步包括：

焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第二位置B点摆动的角度为第一角度α1，焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第三位置C点摆动的角度为第二角度α2，第一角度α1与第二角度α2不相等，以使焊枪9实现基于摆动轴线为基线的偏心上下摆动。

本实施例中的上摆是指如图4所示的自第二位置B点向第三位置C点摆动的方向，下摆则为如图4所示的自第三位置C点向第二位置B点摆动的方向。

在一个更优选实施例中，焊枪9摆动的第一角度小于焊枪9摆动的第二角度。换言之，焊枪9自第一位置A点向第二位置B点的摆动幅度小于焊枪9自第一位置A点向第三位置C点的摆动幅度。该角度或幅度的区别使得该自动焊接方法还可以通过改变坡口侧4的摆动幅度，从而向上拉动熔池金属，以抵消熔池金属受重力作用下坠的倾向，进一步提高焊缝质量。

需要说明的是，除了上述的角度或幅度的区别外，本实施例所述的自动焊接方法中，上述的步骤1至步骤3还可以进一步包括：

以摆动轴线O点到非坡口侧3的边缘线N点的距离为第一距离ON段，第一角度α1的大小与第一距离ON段的长度成正比。同理的，以摆动轴线O点到坡口侧4的边缘线M点的距离为第二距离OM段，第二角度α2的大小与第二距离OM段的长度成正比。

由此可见，当第一焊件1上的坡口侧4PM段的长度或斜率发生变化时，或是第二焊件2上的非坡口侧3PN段的长度发生变化时，都会导致确定的焊枪9摆动轴线O点在PN段上的位置发生改变，进而导致第一距离ON段和/或第二距离OM段随之发生改变，则第一角度α1和/或第二角度α2的大小对应发生正比例改变。

例如，当坡口侧4PM段的斜率增加时，坡口侧4PM段的长度增加，则摆动轴线O点更加靠近焊缝根部11P点的位置，即第一距离ON段减小，第二距离OM段增加，对应的第一角度α1减小而第二角度α2增加。

再例如，当第二焊件2上的非坡口侧3PN段的长度变大时，即第一焊件1向图4中所示的左侧移动，则第一距离ON段增加，但该情况下第二距离OM段不变，对应的第一角度α1变大但第二角度α2不变。

由此可见，本实施例所述的自动焊接方法可以单独调整焊枪9在坡口侧4和非坡口侧3的摆动角度和/或幅度，从而根据T型接头结构的坡口侧4和非坡口侧3所需的焊脚尺寸而有针对性的调整焊枪9的偏心摆动状态，使角焊的焊接过程具有更好的灵活性和机变性。

需要说明的是，在本实施例所述的焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第二位置B点摆动的角度为第一角度α1，焊枪9的自由摆动端自第一位置A点向第三位置C点摆动的角度为第二角度α2，第一角度α1与第二角度α2不相等的步骤中，进一步包括：

焊枪9的自由摆动端摆动至第二位置B点的情况下，焊枪9作用于非坡口侧3的边缘线N点而产生的金属熔池盖过非坡口侧3的边缘N点1毫米至2毫米；和/或

焊枪9的自由摆动端摆动至第三位置C点的情况下，焊枪9作用于坡口侧4的边缘线M点而产生的金属熔池盖过坡口侧4的边缘M点1毫米至2毫米。

上述的结构设置能够保证焊缝的坡口侧4和非坡口侧3的熔池厚度足够厚，从而保证焊脚能够满足焊缝强度要求，防止出现化边现象。

在一个优选实施例中，本实施例所述的自动焊接方法中的步骤二，进一步包括：

驱动焊枪9沿打底焊的焊缝8长度方向进给的过程中，焊枪9的非自由摆动端沿与焊缝长度方向平行的方向移动。

上述设置能够保证在焊接过程中，焊枪9的偏心往复摆动更加稳定，且每一次焊枪9的自由端作的偏心摆动都是以焊枪9的非自由端相对稳定的直线运动为基准的，这样能够确保焊接而成的焊缝结构稳定，焊缝的每一截面的摆动轴线O点连线都能够与焊枪9的非自由端的移动路径对应平行，提高焊枪9摆动的可靠性并能进一步保证焊缝质量。

基于本实施例所述的角焊的自动焊接方法，本实施例提出的自动焊接系统包括：轴线确定单元和焊枪9驱动单元。其中，轴线确定单元用于在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪9的摆动轴线；焊枪9驱动单元与轴线确定单元连接，用于驱动焊枪9沿打底焊的焊缝8长度方向进给的过程中，令焊枪9自摆动轴线分别向T型接头结构的非坡口侧3和坡口侧4作偏心的往复摆动。

综上所述，本实施例的角焊的自动焊接方法包括以下步骤：在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪9的摆动轴线；在驱动焊枪9沿打底焊的焊缝8长度方向进给的过程中，驱动焊枪9自摆动轴线分别向T型接头结构的非坡口侧3和坡口侧4作偏心的往复摆动。该自动焊接方法通过调整焊枪9的摆动轴线，并利用焊枪9的偏心往复摆动，从而有效增加T型接头结构的坡口侧4的焊接范围，并且减少非坡口侧3的焊接范围，以针对斜角焊缝结构的焊脚进行盖面焊，从根本上解决现有的焊接方法导致的角焊缝焊接量不足，易出现漏焊、过焊、化边现象及台阶焊脚的问题；本自动焊接方法还可以通过改变坡口侧4的摆动幅度，从而向上拉动熔池金属，以抵消熔池金属受重力作用下坠的倾向，进一步提高焊缝质量。

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 (10)

1.一种角焊的自动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；

在所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，驱动所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。

2.根据权利要求1所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线的步骤，进一步包括：

以所述T型接头结构的坡口侧的边缘线在非坡口侧上的投影线作为所述摆动轴线。

3.根据权利要求1所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动的步骤，进一步包括：

步骤1、驱动所述焊枪的自由摆动端自第一位置向第二位置摆动，并在摆动至所述第二位置后，回摆至所述第一位置；

步骤2、驱动所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向第三位置摆动，并在摆动至所述第三位置后，回摆至所述第一位置；

步骤3、重复上述步骤1和步骤2，直至焊接完成；

其中，所述第一位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述摆动轴线时的位置，所述第二位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述非坡口侧的边缘线时的位置，所述第三位置为所述焊枪的自由摆动端指向所述坡口侧的边缘线时的位置。

4.根据权利要求3所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第二位置摆动第一角度，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第三位置摆动第二角度，所述第一角度与所述第二角度不相等。

5.根据权利要求4所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述第一角度小于所述第二角度。

6.根据权利要求4所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

以所述摆动轴线到所述非坡口侧的边缘线的距离为第一距离，所述第一角度的大小与所述第一距离的长短成正比。

7.根据权利要求4所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述步骤1至所述步骤3中，进一步包括：

以所述摆动轴线到所述坡口侧的边缘线的距离为第二距离，所述第二角度的大小与所述第二距离的长度成正比。

8.根据权利要求4所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第二位置摆动第一角度，所述焊枪的自由摆动端自所述第一位置向所述第三位置摆动第二角度，所述第一角度与所述第二角度不相等的步骤，进一步包括：

所述焊枪的自由摆动端摆动至所述第二位置的情况下，所述焊枪作用于所述非坡口侧的边缘线而产生的金属熔池盖过所述非坡口侧的边缘1毫米至2毫米；和/或

所述焊枪的自由摆动端摆动至所述第三位置的情况下，所述焊枪作用于所述坡口侧的边缘线而产生的金属熔池盖过所述坡口侧的边缘1毫米至2毫米。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的角焊的自动焊接方法，其特征在于，所述驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动的步骤，进一步包括：

在驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，所述焊枪的非自由摆动端沿与所述焊缝长度方向平行的方向移动。

10.一种基于如权利要求1至9任一项所述的角焊的自动焊接方法的系统，其特征在于，包括：

轴线确定单元，用于在完成打底焊的T型接头结构上确定焊枪的摆动轴线；

焊枪驱动单元，与所述轴线确定单元连接，用于驱动所述焊枪沿所述打底焊的焊缝长度方向进给的过程中，令所述焊枪自所述摆动轴线分别向所述T型接头结构的非坡口侧和坡口侧作偏心的往复摆动。

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