CN111975179B - 一种熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置及其控制方法、焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于设备制造技术领域，公开了一种熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置及其控制方法、焊接装置。安装在PHC管桩静力压桩机上的，通用于多种管桩型号PHC管桩端板GMAW焊接接桩施工的，可以对桩机中心和管桩中心偏差、焊接弧长偏差、上下节垂直度偏差造成的接口位置偏差进行补偿的半自动GMAW焊接小车及导轨装置。加快PHC管桩端板焊接生产效率；基于静力压桩机安装，使用中无需拆卸适用于多种圆桩型号；有着更大的机器自由度，可以对压桩过程中对焊接接口产生的多种偏差进行补偿；使用集中安排的一体化控制面板，实现更加方便灵活的控制；较数控焊接机器人而言成本更低，且避免了对操作人员数控技术的要求。

Description

一种熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置及其控制方法、 焊接装置

技术领域

本发明属于设备制造技术领域，尤其涉及一种熔化极气体保护焊半自动焊 接导轨装置及其控制方法、焊接装置。

背景技术

目前，随着社会经济的发展和建筑行业生产的扩张，高强度混凝土预应力 管桩(PHC)以其优良的力学性能和更加机械化的施工方法，在建筑施工中得以 广泛应用。而PHC管桩端板焊接作为整个沉桩过程中为数不多的完全依赖于手 工操作的施工工艺，其质量稳定性往往受到焊工技术水平、环境因素的影响， 而成为沉桩施工过程中效率最低下、质量最难以控制的环节，常常出现各种质 量缺陷。

现有的PHC端板半自动焊接装置几乎完全改装于实现钢制管道焊接的半自 动焊接小车，不适应于PHC管桩端板焊接的使用条件，因而绝大多数桩基施工 企业依旧选择采用手工焊的方式实施接桩。

现有的PHC端板半自动焊接装置存在以下技术瓶颈：受制于PHC管桩静压 施工的技术方式限制，每次接桩桩头需要施焊的部位都难以保持在以机器或地 表为基准的同一水平面上。且由于PHC静力压桩机在压桩过程中，桩机中心与 管桩中心之间存在一定的中心偏差，安装于静力压桩机上的半自动焊接小车难 以实现对机器中心和管桩中心偏差的补偿。加之改装用于钢制管道焊接的半自 动焊接小车在技术上更易实现，故现有的PHC焊接小车轨道系统基于抱桩方法 安装固定，每次接桩施焊必须进行拆卸。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中，PHC管桩端板GMAW手工焊接不能提供稳定的焊角、焊速， 容易造成各种焊接缺陷。

(2)现有的PHC管桩端板GMAW手工焊接技术焊接质量差，生产效率低， 不能达到一次成型。

(3)现有的将导轨安装在桩体上的PHC端板半自动焊接装置使用过程中需 拆卸，需频繁安装带来不便。

现有的PHC端板半自动焊接装置，机器自由度小，特别是在竖向定位与焊 缝定位方面不能更加方便地进行操作。

现有的PHC端板半自动焊接装置不能对静压法施工中产生的桩机中心和管 桩中心偏差、焊接弧长偏差、上下节垂直度偏差造成的焊接影响进行补偿。

(4)现有PHC端板自动焊接机器人成本很高，对数控操作对人员技术的要 求高，人力成本高。

(5)现有PHC端板半自动焊接装置对焊接过程各种焊接参数的不能集成化 控制和监控，不能在较远距离上对电弧形态及熔池行为进行观测。

解决以上问题及缺陷的难度为：

为解决PHC管桩端板GMAW手工焊接不能提供稳定的焊角、焊速，接质量差， 生产效率低，不能达到一次成型缺陷的问题，就必须要实现PHC端板半自动GMAW 焊接的半自动化。

要解决PHC端板半自动焊接技术将导轨安装在桩体上的使用过程中需拆卸， 需频繁安装带来不便的问题就必须设计基于连接静力压桩机实现的半自动焊接 系统。

要解决快速定位与偏差补偿的问题，就必须设计有较高机器自由度和补偿 功能的手臂模组。

要实现对焊接参数的调整和对焊接过程的的监控，就必须配置有集成式控 制面板与驾驶舱可视化控制系统。

解决以上问题及缺陷的意义为：

可以有效控制因为人工操作水平问题导致的各类焊接缺陷，可以使焊接过 程标准化。

可以有效提高焊接施工效率，加快PHC管桩端板GMAW焊接速度，减少施工 时间成本。

可以免除现有的基于管道焊接改装的半自动装置需要频繁拆卸，对施工过 程造成的不便。

可以对各类焊接参数进行精确调整，对焊接过程进行实时监控，有利于提 高焊缝成形质量。

可以减少PHC管桩端板GMAW焊接对于焊工用量和焊接技术的要求，减少人 力成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种熔化极气体保护焊半自动 焊接导轨装置，具体涉及一种PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及 导轨装置。具体属于一种安装在高强度混凝土预应力管桩(PHC)静力压桩机 上的，在接桩过程中使用的熔化极气体保护焊(GMAW)半自动焊接小车及导 轨装置。

本发明是这样实现的：

本装置设置有：吊架、轨道、焊接小车、动力总成、手臂模组、弧长补 偿导轮及焊枪夹具、走线装置；

吊架安装在静力压桩机底部，沿机器中心极坐标方向每45°设置一组， 其主要作用是将轨道与静力压桩机机身可靠相连。

轨道分为为通过铰链连接的左右两个部分，轨道齿条通过预留的螺纹孔 用螺钉连接到轨道预设的齿条槽上，轨道通过螺钉与吊架可靠连接。

焊接小车与动力总成可在轨道内滑行，通过齿轮齿条实现可靠传动。动 力总成通过螺纹连接在安装板上，并与焊接小车可靠相连。其主要作用是使 整个装置可以在轨道上做可调速的移动。

手臂模组通过安装支座与小车相连，其主要作用是对弧长补偿导轮及焊枪 夹具进行定位，并对桩机中心和管桩中心偏差、焊接弧长偏差、上下节垂直度 偏差造成的焊接接口位置偏差进行补偿。

弧长补偿导轮及焊枪夹具连接在手臂模组万向头上，并将GMAW直焊枪与手 臂模组连接。其主要作用是夹持焊枪，并通过弧长补偿导轮将其与PHC管桩套 箍顶紧以控制焊枪头与工件之间的距离。

焊枪夹具预留有接焊接前烘干装置、熔滴过渡外加洛伦兹力控制线圈等装 置的接口。

集成式控制面板悬挂在吊架外侧，驾驶舱可视化控制面板接入静力压桩机 驾驶室内，其主要作用在于用以调整焊接过程的各项焊接参数，对焊接过程进 行监控。

导轨通过吊架永久的安装在静力压桩机机器下部，在日常使用中无需对导 轨进行拆卸；

设计大半径的厚大金属导轨代替打孔钢板导轨，以增加其耐久度与力学性 能；

两台焊接小车对称安装在导轨之上以实现JGJ/T 394-2017《静压桩施工技 术规程》对对称施焊的要求，同时提高焊接生产效率；

小车行走使用较小模数的齿轮齿条机构，以实现精密传动；

焊接手臂纵向定位采用齿轮齿条机构和以随意停气弹簧为核心部件的五连 杆机构双重控制措施。以实现可靠牢固与随意自如调整之间的平衡；

采用可拆卸的多种长度尺寸的弹簧伸缩管机构与以随意停气弹簧为核心部 件的五连杆机构，控制焊枪与机器中心的距离，以适应对各个尺寸型号圆桩的 焊接；

采用手臂导轮+弹簧伸缩管机构的设计，以自动补偿机器中心和管桩中心之 间的偏差，并有效控制焊枪的焊接干伸长；

采用在导轨上带有弹簧的小行程曲柄滑块往复摆动机构，以实现大焊缝焊 接时的规律摆动。该机构可随导轮活动在一定范围内自由摆动，实现对上下节 垂直度偏差造成的接口竖向位置偏差的补偿；

设计有可随焊接小车活动的轨道吊线架，以减少在焊接过程中送丝管道与 其他线材对焊接过程的干扰；

本装置设计有整合焊接电源控制、小车行走控制、竖向摆动控制及可能加 入的约束线圈控制、烘干控制、焊接过程监控的控制面板。焊接电源控制由焊 机改装后接入，小车行走和竖向摆动控制的核心为电机变频调速控制器，约束 线圈控制为线圈交变洛伦兹力的频率控制，烘干控制为外接风机开关，焊接监 控为镀有黑色涂膜滤光镜和无色保护镜的视频监控设备。控制面板在静力压桩 机手臂轨道部位及桩机驾驶舱内可各安装一套。

本发明的另一目的在于提供一种熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置的 控制方法，包括：

通过控制面板对小车行走速度、小行程曲柄滑块往复摆动机构的摆动速度、 其他焊接参数进行设置和调节；

当桩机将接桩施焊部位按压到位置后，根据端板接缝距地高度，通过手臂 模组上的齿轮齿条竖向定位机构、以标准型号随意停气弹簧为核心部件的五连 杆机构调节焊枪的竖向位置；

通过圆周定位卡箍、以标准型号随意停气弹簧为核心部件的五连杆机构、 机械弧长补偿的弹簧管机构及弧长补偿导轮进行手臂横向定位；

通过万向头装置将焊枪角度调节到工艺要求的范围内。

进一步，用齿轮齿条机构竖向定位机构完成端板接缝的竖向定位后，再用 圆周定位卡箍将导轮与PHC管桩套箍凹槽顶紧，在横向的较小尺寸偏差由弹簧 管自动补偿。

本发明的另一目的在于提供一种搭载熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装 置的高强度混凝土预应力管桩半自动焊接装置。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明是一种安装在PHC管桩静力压桩机上的，用于PHC管桩端板GMAW 焊接接桩施工的，通用于多种管桩型号的，可以对桩机中心和管桩中心偏差、 焊接电弧弧长、上下节垂直度偏差造成的接口竖向位置偏差进行补偿的半自动 GMAW焊接小车及导轨装置。

本发明可以实现PHC管桩端板焊接的标准化生产；安装在静力压桩机上， 使用过程中无需拆卸，大大地减少了频繁拆卸的不便；适用于多种型号PHC圆 桩端板焊接；有着更大的机器自由度，可以对压桩过程中对焊接接口产生的多 种偏差进行补偿；使用集中安排的一体化控制面板，实现更加方便灵活的控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果还有：相较于PHC管桩端板手工焊接， PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及导轨装置可以提供稳定的焊角、焊速 及焊接干伸长，以实现PHC管桩端板焊接的标准化生产。

PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及导轨装置可以在端头部加装线圈 装置，利用外加磁场的方式对熔滴过渡行为进行洛伦兹力的约束，以进一步提 高旋转射流过度的临界电流值。有利于在保证焊缝质量的情况下进一步增加焊 接电流值，提高焊接线能量、提高生产效率，达到一次成型。

PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及导轨装置可以在端头部加装烘干 设备，以去除焊接接口的残余水分，减少氢脆、裂纹、气孔等焊接缺陷。

相较于现有的将导轨安装在桩体上的PHC端板半自动焊接装置而言，本装 置永久的安装在静力压桩机上，使用过程中无需拆卸，大大的减少了频繁安装 带来的不便，使PHC端板半自动焊接真正经济可行。

本装置适用PHC圆桩型号不受轨道尺寸制约，同一轨道可在桩机设计范围 内的所有型号PHC圆桩端板焊接中使用，有较强的通用性。

本装置较现有的PHC端板半自动焊接装置而言，有着更大的机器自由度， 特别是在竖向定位与焊缝定位方面可以更加方便地进行操作。

本装置可以在一定范围内对机器中心和管桩中心偏差进行补偿，同时对焊 接干伸长进行精确控制。

本装置可以在一定范围内对垂直度偏差造成的焊缝平面偏差进行补偿。

本装置在进行较大尺寸端板焊缝焊接时可以实现小行程的自动摆动，实现 对PHC端板的正弦波型轨迹焊接。

本装置焊接手臂设计较自动焊接机器人而言更加简单、成本更低，且避免 了数控操作对人员技术的要求，更加方便实用。

本装置在使用过程时仅需在将焊枪和导轮对准焊缝时人工操作，每个静力 压桩机操作班组至少可以节约一到两名操作工人，大大节省了人力成本。

可以实现对焊接过程各种焊接参数的集成化控制和监控，可以方便地在较 远距离上对电弧形态及熔池行为进行观测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所 需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请 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是本发明实施例提供的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置示意图；

图中：1、吊架；2、轨道；3、小车；4、动力总成；5、手臂模组；6、弧 长补偿导轮及焊枪夹具。

图2是本发明实施例提供的本装置的总装配上视图。

图3是本发明实施例提供的本装置动力部分装配与主要零件设计图；

其中，a、动力总成装配剖视图；b、动力总成装配俯视图；c、动力总成装 配仰视图；d、一级减速齿轮的仰视图；e、一级减速齿轮的俯视图；f、一级减 速齿轮的剖视图；g、第一轴的轴测图；h、输入齿轮的剖视图；i、输入齿轮的 俯视图；j、输入齿轮的轴测图；k、第二轴的轴测图；

图3中，4-1、伺服电机；4-2、第一上机壳；4-3、一级减速齿轮；4-4、 第一轴；4-5、圆柱滚子轴承；4-6、轴承端盖；4-7、安装板；4-8、输入齿轮；4-9、第二上机壳；4-10、第二轴；4-11、输出齿轮；4-12、下机壳。

图4是本发明实施例提供的本装置手臂模组爆炸装配图；

图中，5-1、焊枪夹具；5-2、俯仰万向头；5-3、圆周万向头；5-4、曲柄 滑块往复摆动机构；5-5、弹簧管机构；5-6、五连杆机构；5-7、安装支座；5-8、 齿条升降杆；5-9、圆周定位卡箍；5-10、齿轮齿条竖向定位机构；5-11、限位 挡圈。

图5是本发明实施例提供的本装置曲柄滑块往复摆动机构图；

其中，a、曲柄滑块往复摆动机构正面结构示意图；b、曲柄滑块往复摆动 机构背面结构示意图；c、曲柄滑块往复摆动机构左视图；d、曲柄滑块往复摆 动机构右视图；

图中，5-4-1、上机壳；5-4-2、下机壳；5-4-3、滑道；5-4-4、滑块；5-4-5、 弹簧；5-4-6、摇杆；5-4-7、曲柄齿轮；5-4-8、输出螺杆；5-4-9、动力齿轮； 5-4-10、成品微型减速电机。

图6是本发明实施例提供的本装置手臂模组主要零件设计图；

其中，a、安装支座的结构示意图；b、圆形定位卡箍正面结构示意图；c、 圆形定位卡箍背面结构示意图；d、齿轮齿条竖向定位机构正面结构示意图；e、 齿轮齿条竖向定位机构背面结构示意图；f、齿条升降杆正面结构图；g、齿条 升降杆剖视图；h、限位挡圈结构示意图；i、以标准随停气弹簧为核心件的五 连杆机构；j、弹簧管的结构示意图；k、右端座的正面结构示意图；l、右端座 的左侧面结构示意图；m、右端座的右侧面结构示意图；n、左端座的正面结构 示意图；o、左端座的左侧面结构示意图；p、左端座的右侧面结构示意图。

图7是本发明实施例提供的本装置手臂模组主要零件设计图；

其中，a、俯仰万向头的结构示意图；b、俯仰万向头的俯视图；c、俯仰万 向头的仰视图；d、圆周万向头的正面结构视图；e、圆周万向头的正面结构剖 视图；f、圆周万向头的背面结构视图；g、圆周万向头的背面结构视剖视图；h、 万向头支座的侧面结构图；i、万向头支座的正面结构图；j、固定盖的结构图；k、橡胶垫的结构图；l、焊枪夹具正面结构示意图；m、焊枪夹具剖视图；n、 焊枪夹具侧面结构示意图；o、弧长补偿导轮剖视图；p、弧长补偿导轮仰视图； q、弧长补偿导轮正面结构图；r、弧长补偿导轮折叠状态图。

图8是本发明实施例提供的本装置一侧轨道设计图；

其中，a、轨道左俯视图；b、轨道左仰视图；c、剖面A视图；d、剖面B 视图；e、剖面C视图。

图9是本发明实施例提供的本装置一侧轨道齿条设计图。

图10是本发明实施例提供的本装置吊架设计图。

图11是本发明实施例提供的本装置焊接小车剖视图；

其中，3-1、左机壳；3-2、上部轮滑轴；3-3、定位套管；3-4、齿条；3-5、 右机壳；3-6、第一深沟球轴承；3-7、滑轮；3-8、轨道；3-9、第二深沟球轴 承。

图12是本发明实施例提供的本装置焊接小车上视图(上视右侧沿滑轮中 心轴平面剖视)。

图13是本发明实施例提供的本装置走线装置图；

其中，a、走线装置结构示意图；b、走线装置侧面结构示意图；c、手臂线 卡结构示意图。

图14是本发明实施例提供的PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及 导轨装置工作图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种熔化极气体保护焊半自动焊 接导轨装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本装置总装配图由图1、图2、图13所示，装置由吊架1、轨道2、小车3、 动力总成4、手臂模组5、弧长补偿导轮及焊枪夹具6、走线装置7组成。

安装时先在静力压桩机底部沿机器中心轴线极坐标系为基准定位划线，确 定图10所示吊架1的安装位置。吊架1沿极坐标中心方向每45°设置一组，按 图10所示安装轴线以自上而下的安装顺序将吊架安装到位，安装完成后所有吊 架连接轨道的螺钉孔方向均指向静力压桩机机器中心。吊架1设计可通过钳工 截取吊架内螺纹连杆长度的方式，调整吊架安装高度，以保证吊架连接轨道的 螺钉孔均相对与桩机在同一水平面上。

图8所示轨道2出于安装与运输方便的角度考虑，设计为左右两个径向的 部分。安装时先将图11所示焊接小车3与图13走线装置7滑入轨道2后，再 将轨道2与吊架1从预开的螺纹孔处使用螺钉进行可靠连接。待两侧轨道连接 无误后，将两侧轨道通过螺纹进行连接。在一套装置中沿轨道对称安装两台焊 接小车，走线装置可视具体情况需要安装若干个。

由于轨道齿条属于易损耗部件，故将齿条与轨道分别设计。安装时将图九 所示轨道齿条通过预留的螺纹孔用螺钉连接到轨道预设的齿条槽上。轨道齿条 也随轨道设计为互为径向的左右两个部分，更换时只需将轨道上所挂载的两台 焊接小车和走线装置均移动至一侧轨道上，便可进行对另一侧轨道齿条的拆除 更换，无需拆除整个轨道体系。

为便于拆装和替换，本装置将如图3所示易损坏的动力总成4和图11所示 的焊接小车3分别设计，安装时从图3中，(a)示安装板位置用螺钉螺母进行 可靠连接。图3所示动力总成4由一个带有减速装置的小型无级调速的伺服电 机和一台专用的减速输出装置组成。动力由动力齿轮输入且经一级减速齿轮减 速后，将线速度直接通过输出齿轮从机壳侧部所开的输出窗口中输出。设计图3 所示动力装置的原因是焊接时需要较小的可调的焊接线速度，故需将电机动力 进一步进行减速后输出。

图4所示手臂模组5通过安装支座与焊接小车3相连。安装支座安装到位 后沿图4爆炸装配图所示，依次将齿条升降杆、圆周定位卡箍、齿轮齿条竖向 定位机构、限位挡圈、以标准型号随意停气弹簧为核心部件的五连杆机构、机 械弧长补偿的弹簧管机构、小行程曲柄滑块往复摆动机构、万向头机构、焊枪 夹具及弧长补偿导轮进行安装。手臂模组5的各组成机构各自的方案设计与安 装方式见图5、图6、图7所示。

本装置预留接口焊接前烘干装置、熔滴过渡外加控制线圈等机构的安装位 置，图中未进行表示。将上述装置安装于本装置时，将视作本设计方案的一个 部分。

本装置集成式控制面板须在整机安装完成后进行安装调试，现场控制面板 悬挂在其中一支轨道吊架外侧，驾驶舱控制面板接入静力压桩机驾驶室内。

使用时，现场桩机操作人员需对小车行走速度、小行程曲柄滑块往复摆动 机构的摆动速度、其他焊接参数进行设置和调节。往往对于同一个型号的PHC 管桩而言，上述参数只需进行一次设置，便可完成对同一型号所有桩基的焊接 接桩操作。现场操作人员需通过弧长补偿导轮及焊枪夹具6将GMAW直焊枪与手 臂模组5可靠连接。

每次当桩机将接桩施焊部位按压到位置后，现场操作人员需根据端板接缝 距地高度，通过手臂模组5上的齿轮齿条竖向定位机构、以标准型号随意停气 弹簧为核心部件的五连杆机构调节焊枪的竖向位置。通过圆周定位卡箍、以标 准型号随意停气弹簧为核心部件的五连杆机构、机械弧长补偿的弹簧管机构及 弧长补偿导轮进行手臂横向定位。确保导轮与PHC管桩套箍凹槽顶紧，弧长补 偿导轮及焊枪夹具6的焊枪头到管桩端板U型槽底的距离(焊接干伸长)符合 工艺要求。通过万向头装置将焊枪角度调节到工艺要求的范围内。

由于对于同一型号的PHC管桩端板而言，焊枪角度、横向位置、焊接干伸 长基本是确定的，而桩机中心与PHC管桩中心之间的偏差通常在3cm之内，故 在操作中实际只需用齿轮齿条机构竖向定位机构完成端板接缝的竖向定位，再 用圆周定位卡箍将导轮与PHC管桩套箍凹槽顶紧即可。在横向的较小尺寸偏差 可由弹簧管自动补偿。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例

本发明提供一种PHC静力压桩机用半自动GMAW焊接小车及导轨装置， 安装在PHC管桩静力压桩机上的，专用于PHC管桩端板GMAW焊接接桩施工 的，通用于多种管桩型号的，可以对桩机中心和管桩中心偏差、焊接电弧弧长、 上下节垂直度偏差造成的接口竖向位置偏差进行补偿的半自动GMAW焊接小 车及导轨装置。

本发明的小车导轨通过吊架永久的安装在静力压桩机机器下部，在日常使 用中无需对导轨进行拆卸。

本发明设计有大半径的厚大金属导轨代替打孔钢板导轨。以增加其耐久度 与力学性能。

本发明两台焊接小车对称安装在导轨之上以实现JGJ/T 394-2017《静压桩 施工技术规程》对对称施焊的要求，同时提高焊接生产效率。

以多种长度尺寸的弹簧伸缩管机构与以随意停气弹簧为核心部件的五连杆 机构，控制焊枪与机器中心的距离。

采用补偿导轮与弹簧伸缩管机构的设计，以自动补偿桩机中心和管桩中心 之间的偏差，并有效控制焊枪的焊接干伸长。

有接口焊接前烘干装置、熔滴过渡外加控制线圈等机构的安装位置的设计 有吊线装置。

本发明小车行走使用较小模数的齿轮齿条机构，以实现精密传动。

焊接手臂纵向定位采用齿轮齿条机构和以随意停气弹簧为核心部件的五连 杆机构双重控制措施。以实现可靠牢固与随意自如调整之间的平衡。

本发明采用可拆卸的多种长度尺寸的弹簧伸缩管机构与以随意停气弹簧为 核心部件的五连杆机构，控制焊枪与机器中心的距离，以适应对各个尺寸型号 圆桩的焊接。

本发明采用手臂导轮+弹簧伸缩管机构的设计，以自动补偿机器中心和管桩 中心之间的偏差，并有效控制焊枪的焊接干伸长。

本发明采用在导轨上带有弹簧的小行程曲柄滑块往复摆动机构，以实现大 焊缝焊接时的规律摆动。该机构可随导轮活动在一定范围内自由摆动，实现对 上下节垂直度偏差造成的接口竖向位置偏差的补偿。

本发明设计有可随焊接小车活动的轨道吊线架，以减少在焊接过程中送丝 管道与其他线材对焊接过程的干扰；

本装置设计有整合焊接电源控制、小车行走控制、竖向摆动控制及可能加 入的约束线圈控制、烘干控制、焊接过程监控的控制面板。焊接电源控制由焊 机改装后接入，小车行走和竖向摆动控制的核心为电机变频调速控制器，约束 线圈控制为线圈交变洛伦兹力的频率控制，烘干控制为外接风机开关，焊接监 控为镀有黑色涂膜滤光镜和无色保护镜的视频监控设备。控制面板在静力压桩 机手臂轨道部位及桩机驾驶舱内可各安装一套。

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。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合 来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中， 由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普 通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在 处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸 如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载 体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路 或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、 可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的 处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的 保护范围之内。

Claims (9)

1.一种熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，所述熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置设置有：

吊架，所述吊架安装在静力压桩机底部，沿机器中心极坐标方向每45°设置一组；

轨道，所述轨道分为通过铰链连接的左右两个部分，轨道齿条通过预留的螺纹孔用螺钉连接到轨道预设的齿条槽上，轨道通过螺钉与吊架连接；

小车、动力总成，所述小车与动力总成在轨道内滑行，通过齿轮齿条实现传动；动力总成通过螺纹连接在安装板上，并与小车相连；

手臂模组，所述手臂模组通过安装支座与小车相连，对弧长补偿导轮及焊枪夹具进行定位，并对桩机中心和管桩中心偏差、焊接弧长偏差、上下节垂直度偏差造成的焊接接口位置偏差进行补偿；所述手臂模组安装有支座，所述支座的后端依次安装有齿条升降杆、圆周定位卡箍、齿轮齿条竖向定位机构、限位挡圈、五连杆机构、弹簧管机构、小行程曲柄滑块往复摆动机构、万向头机构、焊枪夹具及弧长补偿导轮；

弧长补偿导轮、焊枪夹具，所述弧长补偿导轮及焊枪夹具均连接在手臂模组万向头上，并将GMAW直焊枪与手臂模组连接，实现夹持焊枪，并通过弧长补偿导轮将其与PHC管桩套箍顶紧以控制焊枪头与工件之间的距离；

焊枪夹具，所述焊枪夹具预留有接焊接前烘干装置、熔滴过渡外加洛伦兹力控制线圈装置的接口；

集成式控制面板，所述集成式控制面板悬挂在吊架外侧，驾驶舱可视化控制面板接入静力压桩机驾驶室内，用以调整焊接过程的各项焊接参数，对焊接过程进行监控。

2.如权利要求1所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，所述轨道采用大半径的厚大金属导轨，轨道与轨道齿条分为左右两个互为镜像的部分，轨道齿条通过预留的螺纹孔用螺钉连接到轨道预设的齿条槽上；

小车与走线装置滑动安装在轨道内，轨道与吊架通过螺钉安装。

3.如权利要求1所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，所述小车为两台，两台小车对称安装在轨道上，使用时从两侧同时对称施焊。

4.如权利要求1所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，动力总成包括一个带有减速装置的小型无级调速的伺服电机和一台专用的减速输出装置；动力由动力齿轮输入且经一级减速齿轮减速后，将线速度直接通过输出齿轮从机壳侧部所开的输出窗口中输出。

5.如权利要求1所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，控制面板用于焊接电源控制、小车行走控制、竖向摆动控制及约束线圈控制、烘干控制、焊接过程监控；焊接电源控制由焊机改装后接入，小车行走和竖向摆动控制由电机变频调速控制器控制，约束线圈控制由线圈交变洛伦兹力的频率控制，烘干控制为外接风机开关，焊接监控为镀有黑色涂膜滤光镜和无色保护镜的视频监控设备；控制面板在静力压桩机手臂轨道部位及桩机驾驶舱内各安装一套。

6.如权利要求1所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置，其特征在于，所述手臂模组的纵向定位采用齿轮齿条竖向定位机构和五连杆机构双重控制装置，弹簧管机构与五连杆机构相连接。

7.一种实现如权利要求1至6任意一项所述熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置的控制方法，其特征在于，

当桩机将接桩施焊部位按压到位置后，根据端板接缝距地高度，通过手臂模组上的齿轮齿条竖向定位机构、以标准型号随意停气弹簧为核心部件的五连杆机构调节焊枪的竖向位置；

通过圆周定位卡箍、以标准型号随意停气弹簧为核心部件的五连杆机构、机械弧长补偿的弹簧管机构及弧长补偿导轮进行手臂横向定位；

通过万向头机构将焊枪角度调节到工艺要求的范围内；

通过控制面板对小车行走速度、小行程曲柄滑块往复摆动机构的摆动速度、其他焊接参数进行设置和调节。

8.如权利要求7所述的熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置的控制方法，其特征在于，用齿轮齿条竖向定位机构完成端板接缝的竖向定位后，再用圆周定位卡箍将导轮与PHC管桩套箍凹槽顶紧，在横向的较小尺寸偏差由弹簧管自动补偿。

9.一种搭载权利要求1~6任意一项熔化极气体保护焊半自动焊接导轨装置的高强度混凝土预应力管桩半自动焊接装置。

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