CN112453654A - 一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，用于将箱体端板和箱体板环形焊接为一体；本发明同时冷却焊接前和焊接后的焊缝周边区域，增加了焊缝周边母材的冷却速度，减小了焊前和焊后变形。采用机器人协同控制方式，在保证冷却效果的同时也保证焊接位置的可达性，有利于实现周边焊缝的全自动焊接。用本发明进行薄壁铝合金油箱焊接时，可以省去点固工序，焊接效率提升20％‑40％。本发明可实现不同尺寸薄壁铝合金油箱焊接制造，满足多种铝合金油箱环缝的自动化高精度焊接，从而提高焊接稳定性，能够高效快速的实现薄壁构件的机器人焊接。

Description

一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置及方法
技术领域
本发明属于环缝焊接技术领域，具体涉及一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置及方法。
背景技术
铝合金构件相对于钢铁材料，传热特性比较强，膨胀系数比较大，在实际焊接过程中的焊接变形是需要重点考量和解决的问题。对于铝合金薄板而言，焊接变形更大，如何解决变形问题是实现自动化焊接的关键，也是提高薄板构件机器人焊接效率的基础。
铝合金构件焊接的变形主要取决于焊接过程中熔池尺寸的大小和单位时间内的热输入量。在短时间内的瞬间大量热传导，容易导致铝合金焊接构件的母材产生较大的焊后变形，同时由于油箱为铝合金薄板，焊接时也会由于热传导导致未焊接位置的热变形，从而导致焊接失败。实际铝合金油箱进行自动化焊接时，往往采用事先点固的模式，防止焊接变形，然而这样会使得焊缝成形一致性差，焊接自动化效率难以提升。
现有的焊接变形控制装置重点在于解决铝合金弹匣焊接变形精确控制困难的技术问题，主要是针对特殊构件的特殊夹具设计发明，并没有包含过程控制变形的内涵。还有的是控制焊接后的焊缝变形，对焊接热传导导致的未焊接位置薄板变形的问题，并没有涉及。
发明内容
本发明提供一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置及方法，要解决的技术问题是：解决铝合合金油箱焊接过程造成的焊前和焊后板材变形问题。解决薄壁铝合金油箱端部周边焊缝的自动化焊接实施困难的问题。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，用于将箱体端板和箱体板环形焊接为一体；其特征在于：包括多个制冷压紧模块，控制压紧模块压紧和松开的夹具连接杆和摆动气缸，每个制冷压紧模块通过一个夹具连接杆和摆动气缸连接；制冷压紧模块为U型结构，每两个制冷压紧模块设置在箱体端板和箱体板的一条焊缝位置，分别沿着焊接方向，将箱体端板和箱体板压紧的同时不与焊缝接触；制冷压紧模块上安装有进水管11和回水管12，由压缩制冷水箱13强制冷却；自动制冷同步协调控制装置分别与机器人控制柜、压缩制冷水箱和摆动气缸相连，机器人控制柜1通过自动制冷同步协调控制装置17控制摆动气缸动作，从而控制夹具连接杆和制冷压紧模块一次松开或夹紧，同时控制压缩制冷水箱13启动和停止。
一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)焊接实施时，油箱箱体板和端板的四周均采用制冷压紧模块压紧，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，预先冷却制冷压紧模块；
(2)然后焊枪在两个制冷压紧模块中间未压紧位置引弧，机器人控制焊枪按照预定轨迹开始焊接；
(3)待焊枪运行至快接近制冷压紧模块时，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，控制制冷压紧模块自动抬起，焊枪继续沿着焊缝焊接；
(4)待焊枪完成压紧位置的焊接后，机器人控制柜再次发信号给自动制冷同步协调控制装置，再次控制制冷压紧模块压紧并冷却焊缝两侧的热影响区；
(5)机器人在完成箱体正面焊缝的焊接后，该侧的气缸均处于压紧冷却状态，然后机器人控制变位机转动90°，进行另外一面焊缝的自动焊接，依次循环，完成铝合金油箱四周焊缝的全部焊接。
有益效果：本发明所提供的装置同时冷却焊接前和焊接后的焊缝周边区域，增加了焊缝周边母材的冷却速度，减小了焊前和焊后变形。本装置采用机器人协同控制方式，在保证冷却效果的同时也保证焊接位置的可达性，有利于实现周边焊缝的全自动焊接。用本发明进行薄壁铝合金油箱焊接时，可以省去点固工序，焊接效率提升20％-40％。本发明可实现不同尺寸薄壁铝合金油箱焊接制造，满足多种铝合金油箱环缝的自动化高精度焊接，从而提高焊接稳定性，能够高效快速的实现薄壁构件的机器人焊接。
附图说明
图1是薄壁铝合金油箱环焊正面焊缝低变形焊接的装置结构示意图。
图2是油箱气动夹紧固定及旋转变位机结构正视图。
其中，1为机器人控制柜，2为机器人本体，3为焊机，4为箱体板，5为制冷压紧模块I，6为夹具连接杆I，7为焊缝，8为气体保护焊枪，9为制冷压紧模块I I，10为夹具连接杆II，11为进水管，12为回水管，13为压缩制冷水箱，14为摆动气缸I，15为压缩供气装置，16为摆动气缸II，17为自动制冷同步协调控制装置，18为箱体端板，19为箱体托架，20为变位机固定尾架，21为顶紧气缸，22为尾架固定气缸，23为气缸固定底座，24为变位机固定头架，25为伺服电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，用于将箱体端板和箱体板环形焊接为一体；
包含箱体正面夹紧的制冷压紧模块5、9，二个控制压紧模块压紧和松开的夹具连接杆6、10和摆动气缸14、16，二个摆动气缸由压缩供气装置15供气；
两个制冷压紧模块为U型结构，设置在箱体端板和箱体板的焊缝位置，分别沿着焊接方向，固定在气体保护焊枪的所处焊接位置的前侧和后侧，将箱体端板和箱体板压紧的同时不与焊缝接触；制冷压紧模块的材质为紫铜或黄铜，两者之间的间距为60-120mm。制冷压紧模块分别压紧在箱体板和端板的待焊接位置的左右两侧，距离焊缝中心为20-40mm。制冷压紧模块沿焊缝中心的长度为40-80mm，制冷压紧模块垂直轴线的宽度为80-100mm。
薄壁铝合金油箱箱体板和端板的四周环缝均布类似制冷夹紧模块。
制冷压紧模块采用压缩制冷水箱，其上安装有进水管11和回水管12，由压缩制冷水箱13强制冷却；
自动制冷同步协调控制装置分别与机器人控制柜、压缩制冷水箱和摆动气缸相连，机器人控制柜1通过自动制冷同步协调控制装置17控制多个摆动气缸一次松开与夹紧，进而控制制冷压紧模块压紧与松开，同时控制压缩制冷水箱13启动和停止，从而减小箱体焊接前后的变形，提高箱体焊接精度。焊接组件要与上述装置配合完成焊接。
还包括焊接组件，包含焊机3、气体保护焊枪8以及带动焊枪运动的机器人本体2，焊接的电缆的正负极分别接在焊枪8和箱体板4上；
图2是油箱气动夹紧固定及旋转变位机，包括箱体托架19、变位机尾架20、顶紧气缸21、尾架箱体固定气缸22、头架箱体固定气缸、伺服电机25、变位机固定头架24、气缸固定底座23；
铝合金油箱箱体放置在箱体托架19上，通过固定在变位机尾架20上的顶紧气缸21顶紧箱体，然后箱体四周的尾架箱体固定气缸22和头架箱体固定气缸夹紧箱体，焊接时，机器人控制柜1控制伺服电机25，带动变位机固定头架24转动，从而实现箱体与焊枪的协调运动，完成薄壁铝合金油箱四周环缝的自动焊接。
一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接方法，方法包含如下步骤：
(1)焊接实施时，油箱箱体板和端板的四周均采用制冷压紧模块压紧，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，预先冷却制冷压紧模块；
(2)然后焊枪在两个制冷压紧模块中间未压紧位置引弧，机器人控制焊枪按照预定轨迹开始焊接；
(3)待焊枪运行至快接近制冷压紧模块时，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，控制制冷压紧模块自动抬起，焊枪继续沿着焊缝焊接；
(4)待焊枪完成压紧位置的焊接后，机器人控制柜再次发信号给自动制冷同步协调控制装置，再次控制制冷压紧模块压紧并冷却焊缝两侧的热影响区，从而降低铝合金油箱环缝焊接时，焊接位置前的铝板变形和焊接后的箱体变形，提高油箱的尺寸精度；
(5)机器人在完成箱体正面焊缝的焊接后，该侧的气缸均处于压紧冷却状态，然后机器人控制变位机转动90°，进行另外一面焊缝的自动焊接，依次循环，完成铝合金油箱四周焊缝的全部焊接。
进一步的，所述的焊接方法使用的箱体铝合金板厚为1-5mm。
进一步的，所述的焊接方法使用的箱体铝合金板材接头形式为对接和搭接焊缝。
下面结合实施例来详细说明本发明所涉及的装置和方法，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，凡在本发明的原则之下，所做的修改，替换，改进等，均应该在本发明的保护范围之内。
具体采用的设备型号如下：MOTOMAN MA2010弧焊机器人、DX100控制柜、TPS4000气体保护焊机，气体保护焊枪，焊丝为铝合金焊丝。
实施例1
本发明提供薄壁铝合金油箱环焊正面焊缝低变形焊接方法，可以实现无点固的铝合金油箱周边焊缝的自动化焊接，针对2mm厚的铝合金箱体，箱体端面长度为200mm的油箱周边的环缝焊接，具体步骤如下：
作为优选，装置的制冷压紧模块的材质为紫铜或黄铜，两者之间的间距为60mm；
作为优选，所述的制冷压紧模块分别压紧在箱体板和端板的待焊接位置的左右两侧，距离焊缝中心为20mm；
作为优选，所述的制冷压紧模块沿焊缝中心的长度为40mm，制冷压紧模块垂直轴线的宽度为80mm；
方法的具体实施包含：
(1)设定好焊接规范，选定保护气体为100％纯氩，气体流量为18L/min，焊接电流为60A，焊接速度为50cm/min；
(2)焊接实施时，在箱体板和端板的四周均采用制冷压紧模块压紧，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，预先冷却制冷压紧模块；
(3)焊枪在二个压紧制冷模块中间未压紧位置引弧，然后机器人控制焊枪按照预定轨迹开始焊接；
(4)待焊枪运行至快接近制冷压紧模块时，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，控制制冷压紧模块自动抬起，焊枪继续沿着焊缝焊接；
(5)待焊枪完成压紧位置的焊接后，机器人控制柜再次发信号给自动制冷同步协调控制装置，再次控制制冷压紧模块压紧并冷却焊缝两侧的热影响区，从而降低铝合金油箱环缝焊接时，焊接位置前的铝板变形和焊接后的箱体变形，提高油箱的尺寸精度；
(6)机器人在完成箱体正面焊缝的焊接后，该侧的气缸均处于压紧冷却状态，然后机器人控制变位机转动90°，进行另外一面焊缝的自动焊接，依次循环，完成铝合金油箱四周焊缝的全部焊接。
实施例2
本发明提供薄壁铝合金油箱环焊正面焊缝低变形焊接方法，可以实现无点固的铝合金油箱周边焊缝的自动化焊接，针对4mm铝合金箱体，箱体端面长度为400mm的油箱周边的环缝焊接，具体步骤如下：
作为优选，装置的制冷压紧模块的材质为黄铜，两者之间的间距为60mm；
作为优选，所述制冷压紧模块分别压紧在箱体板和端板的待焊接位置的左右两侧，距离焊缝中心为35mm；
作为优选，所述的制冷压紧模块沿焊缝中心的长度为40mm，制冷压紧模块垂直轴线的宽度为90mm；
方法的具体实施包含：
(1)设定好焊接规范，选定保护气体为100％纯氩，气体流量为23L/min，焊接电流为85A，焊接速度为45cm/min；
(2)焊接实施时，在箱体板和端板的四周均采用制冷压紧模块压紧，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，预先冷却制冷压紧模块；
(3)焊枪在二个压紧制冷模块中间未压紧位置引弧，然后机器人控制焊枪按照预定轨迹开始焊接；
(4)待焊枪运行至快接近制冷压紧模块时，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，控制制冷压紧模块自动抬起，焊枪继续沿着焊缝焊接；
(5)待焊枪完成压紧位置的焊接后，机器人控制柜再次发信号给自动制冷同步协调控制装置，再次控制制冷压紧模块压紧并冷却焊缝两侧的热影响区，从而降低铝合金油箱环缝焊接时，焊接位置前的铝板变形和焊接后的箱体变形，提高油箱的尺寸精度；
(6)机器人在完成箱体正面焊缝的焊接后，该侧的气缸均处于压紧冷却状态，然后机器人控制变位机转动90°，进行另外一面焊缝的自动焊接，依次循环，完成铝合金油箱四周焊缝的全部焊接。
与现有技术相比，本发明的显著优点是：
1.利用本发明所提供的装置同时冷却焊接前和焊接后的焊缝周边区域，增加了焊缝周边母材的冷却速度，减小了焊前和焊后变形。
2.本装置采用机器人协同控制方式，在保证冷却效果的同时也保证焊接位置的可达性，有利于实现周边焊缝的全自动焊接。
3.用本发明进行薄壁铝合金油箱焊接时，可以省去点固工序，焊接效率提升20％-40％。
4.本发明可实现不同尺寸薄壁铝合金油箱焊接制造，满足多种铝合金油箱环缝的自动化高精度焊接，从而提高焊接稳定性，能够高效快速的实现薄壁构件的机器人焊接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，用于将箱体端板和箱体板环形焊接为一体；其特征在于：包括多个制冷压紧模块，控制压紧模块压紧和松开的夹具连接杆和摆动气缸，每个制冷压紧模块通过一个夹具连接杆和摆动气缸连接；制冷压紧模块为U型结构，每两个制冷压紧模块设置在箱体端板和箱体板的一条焊缝位置，分别沿着焊接方向，将箱体端板和箱体板压紧的同时不与焊缝接触；制冷压紧模块上安装有进水管11和回水管12，由压缩制冷水箱13强制冷却；自动制冷同步协调控制装置分别与机器人控制柜、压缩制冷水箱和摆动气缸相连，机器人控制柜1通过自动制冷同步协调控制装置17控制摆动气缸动作，从而控制夹具连接杆和制冷压紧模块一次松开或夹紧，同时控制压缩制冷水箱13启动和停止。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：摆动气缸由压缩供气装置15供气。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：制冷压紧模块的材质为紫铜或黄铜。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：每两个制冷压紧模块之间的间距为60-120mm。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：制冷压紧模块分别压紧在箱体板和端板的待焊接位置的左右两侧，距离焊缝中心为20-40mm。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：制冷压紧模块沿焊缝中心的长度为40-80mm，制冷压紧模块垂直轴线的宽度为80-100mm。
7.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：薄壁铝合金油箱箱体板和端板的四周环缝均布相同的制冷夹紧模块。
8.根据权利要求1所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接装置，其特征在于：还包括焊接组件，包含焊机3、气体保护焊枪8以及带动焊枪运动的机器人本体2，焊接的电缆的正负极分别接在焊枪8和箱体板4上；铝合金油箱箱体放置在箱体托架19上，通过固定在变位机尾架20上的顶紧气缸21顶紧箱体，然后箱体四周的尾架箱体固定气缸22和头架箱体固定气缸夹紧箱体，焊接时，机器人控制柜1控制伺服电机25，带动变位机固定头架24转动，从而实现箱体与焊枪的协调运动，完成薄壁铝合金油箱四周环缝的自动焊接。
9.一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)焊接实施时，油箱箱体板和端板的四周均采用制冷压紧模块压紧，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，预先冷却制冷压紧模块；
(2)然后焊枪在两个制冷压紧模块中间未压紧位置引弧，机器人控制焊枪按照预定轨迹开始焊接；
(3)待焊枪运行至快接近制冷压紧模块时，机器人控制柜发信号给自动制冷同步协调控制装置，控制制冷压紧模块自动抬起，焊枪继续沿着焊缝焊接；
(4)待焊枪完成压紧位置的焊接后，机器人控制柜再次发信号给自动制冷同步协调控制装置，再次控制制冷压紧模块压紧并冷却焊缝两侧的热影响区；
(5)机器人在完成箱体正面焊缝的焊接后，该侧的气缸均处于压紧冷却状态，然后机器人控制变位机转动90°，进行另外一面焊缝的自动焊接，依次循环，完成铝合金油箱四周焊缝的全部焊接。
10.根据权利要求9所述的一种薄壁铝合金油箱环缝低变形的自动焊接方法，其特征在于，使用的箱体铝合金板厚为1-5mm，箱体铝合金板材接头形式为对接和搭接焊缝。
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