CN112719518A - 一种轨道式双机头协同焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道式双机头协同焊接方法，所述方法包括：步骤一，设置双机头的安全距离并启动；步骤二，所述双机头中在先焊接机头处于焊接时，所述在后焊接机头协同保证所述双机头的间距不小于所述安全距离；步骤三，所述在先焊接机头完成焊接后，协同保证与所述在后焊接机头的间距不小于所述安全距离。本发明通过焊接步骤的控制，进一步提升焊接效率，同时更有利于控制管道的焊接变形。

Description

一种轨道式双机头协同焊接方法

技术领域

本发明属于固定管道环缝自动焊接领域，尤其是一种轨道式双机头协同焊接方法。

背景技术

中国发明专利公开号：CN109822208A，揭示了一种双机头双面高效率搅拌摩擦焊设备及其焊接方法，该设备包括底座，立柱，上横梁，上横梁上设有上机头，下横梁，下横梁上设有下机头，立柱、上横梁与下横梁组成一体结构的龙门架，上机头和下机头能够通过驱动装置和传动机构沿X轴、Y轴和Z轴移动，及沿Z轴转动，至少一个连接在底座水平面上的工作台，工作台位于上机头与下机头之间，且工作台与龙门架能够相对运动以实现焊接，安装在上机头和下机头上的用于导航和识别焊缝的视觉传感器，以及控制龙门架、上机头、下机头、工作台以及视觉传感器工作的CNC控制器。该设备采用上机头和下机头双机头同步对待焊零件实施上下面搅拌摩擦焊接，节省了零件打磨和翻转的时间，提高了整体焊接工艺的效率。但是，该设备针对的是铝合金板材或者型材的搅拌摩擦焊接，并不涉及管件的焊接，而且由于采用多工位布局，多个工作台交替工作，硬件组成结构相对复杂。

而现有针对管径大、管壁厚的固定管道环焊缝的自动焊接，一般采取有轨道的机头沿焊缝进行焊接，窄间隙自动焊已经广泛应用。但均采用单一焊接机头。一般为单一机头配一把焊枪，部分为单一机头上安装两把焊枪进行焊接。机头在焊接管固定焊口时，因机头线缆限制，需要焊接一段后(一般为半圈、一圈或几圈)，再将机头空转复位后进行焊接。而在机头回转的过程中无法焊接。而一个机头上安装两把焊枪的方式，在焊接对道间温度控制较为严格的材料时，又无法很好地保证道间温度。

发明内容

应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。

本发明揭示了一种使用双机头在同一轨道上协同焊接管道环焊缝的方法，通过焊接步骤的控制，进一步提升焊接效率，同时更有利于控制管道的焊接变形。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种轨道式双机头协同焊接方法，包括双机头，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，设置所述双机头的安全距离并启动；

步骤二，所述双机头中在先焊接机头处于焊接时，所述在后焊接机头协同保证所述双机头的间距不小于所述安全距离；

步骤三，所述在先焊接机头完成焊接后，协同保证与所述在后焊接机头的间距不小于所述安全距离。

比较好的是，本发明进一步提供了一种轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

所述步骤二进一步包括：

步骤二二，判断所述双机头的焊接方向是否同向；

步骤二三，如果同向，保证所述双机头的间距小于所述安全距离；

步骤二四，如果焊接方向相反，判断所述在后焊接机头起弧时，所述在先焊接机头是否完成焊接；

步骤二五，如果所述在先焊接机头完成焊接，进入步骤三；

步骤二六，如果所述在先焊接机头未完成焊接，判断所述双机头的间距，如果小于所述安全距离，禁止所述在后焊接机头起弧，如果大于所述安全距离，继续所述在先焊接机头的焊接。

比较好的是，本发明进一步提供了一种轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括：

步骤三一，判断所述在后焊接机头焊接时，所述双机头的间距是否大于所述安全距离，如果大于所述安全距离，继续所述在后焊接机头的焊接，如果小于所述安全距离，所述在先焊接机头以不小于所述在后焊接机头的速率并同向，所述在后焊接机头继续焊接；

步骤三二，当所述双机头各自完成焊接后，判断是否还继续焊接，如果需要继续，转入步骤二二，如果不需要，结束。

比较好的是，本发明进一步提供了一种轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，所述步骤二四和步骤二五之间进一步包括：

步骤二四一，计算所述在先焊接机头焊接至熄弧处的时间，以及该时间后所述在后焊接机头的位置。

比较好的是，本发明进一步提供了一种轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，所述步骤二四一进一步包括：

根据计算获得所述在先焊接机头的位置满足：

其中，所述在先焊接机头的焊接速率为Va，所述在后焊接机头的焊接速率为Vb，AA’为所述在先焊接机头起弧到熄弧处的弧长，BB’为所述在后焊接机头从起弧到熄弧处的弧长。

采用上述技术方案，本发明解决了目前用的固定管道焊接的轨道式单机头单枪焊接设备在焊接过程中，焊接后回转时间长，大管径的单道焊缝焊接时间长的问题。

附图说明

现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1是本发明轨道式双机头协同焊接装置的简单示意图；

图2是图1的简化示意图；

图3是双机头协同焊接控制位置示意图；

图4是钟盘方式示意双机头协同焊接的示意图；

图5为本发明的协同焊接流程图。

附图标记

11――机头

12――机头

20――轨道

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明是在轨道式单机头自动焊机的基础上，增加一个焊接机头，即在同一轨道上使用双机头，通过两机头之间控制系统的协同，实现双机头的协同焊接。

图1所示了本发明的轨道式双机头协同焊接装置的简单示意图。

该装置包括协同焊接使用的轨道20和两个焊接机头11和12，焊接时首先将轨道20安装固定在待焊管道焊缝的一侧，将两个焊接机头11和12固定在轨道20上，如图1。

在焊接机头11和12上的与轨道切线方向上固定陀螺仪传感器，用于通过控制系统数据通讯，并计算出机头11、12在轨道20上的实时中心位置，继而根据机头11、12的中心位置、焊接机头的尺寸大小以及使用的实际轨道外径尺寸，在控制操作屏显示焊接的实时位置，计算出两个并可以显示实时的机头行走方向，如图2。

在焊接过程中，本发明的轨道式双机头焊接装置中的双机头协同焊接包括两种情况：

第一种情况：

两个机头11和12的焊接方向完全一致的工况，即焊接方向完全一致。即设定机头11和机头12保持180°方位角的差异，同步运动。通过控制程序的协同，在焊接机头安装完毕后，根据设定的焊接方向，机头12会自动以机头11为基准，自动调节初始位置，准备焊接。准备完成后，自动以机头11为基准，进行同步焊接。

第二种情况：

两个机头11和12的焊接方向相反的工况，如(包括但不限于)水平固定管道，所有焊道均为立向上或立向下方向焊接的情况。此工况下，每个机头负责焊接180°的焊缝，每个焊接机头焊接完成半道后，回复至起弧位置，根据另一台的焊接位置情况判断是否起弧焊接，如图3所示。

当机头11焊接至图3中A位置时，机头12自B位置起弧焊接。机头12起弧前，根据机头11所处的位置、两机头的焊接速率、轨道的外径、机头的外形长度尺寸(弧长D)进行计算，通过计算机头12焊接至B’位置时，机头11到达A’位置(焊接终止位置)，其中两机头的弧长间距ΔL，应不小于两机头工作的最小安全弧长距离L，即：

弧长AA’/机头11焊接速度≤弧长BB’/机头12焊接速度当机头11到达A’位置后，自动回转至起弧位置。

综合上述，两机头11和12在协同焊接过程中遵循的控制原则是：以正在焊接的机头为主要判断基准，保证两机头间距不小于安全间距L，即焊接过程中需要停机或等待，以让出机头的运行位置时，优先对非焊接状态下的机头发出控制运动指令，以保证焊缝的连续。

下面结合一个图3，4具体示例，说明本焊接方法的具体实现过程。

本示例的管子水平固定，管径965mm，焊接技术要求为5G立向上焊接。

使用的轨道外径为1050mm

使用双机头进行焊接，每道的焊接均为6点钟至12点钟，钟点位置示意如图4。

本流程的步骤描述中，A和A’、B和B’分别代表机头11、12的移动前后的不同位置。

步骤51，启动焊接装置，设置两机头11和12在焊接过程中的安全弧长距离L，双机头协同开启；

步骤52，将机头11和机头12分别安装在图4中9点及3点钟附近位置(即图示中的A位置和B位置)，由机头11负责6点→9点→12点侧的焊缝焊接，由机头12负责6点→3点→12点侧的焊缝焊接，两机头均为立向上焊接；

通过焊接机头11和12上的与轨道切线方向上固定的陀螺仪传感器反馈二机头的实时位置，通过位置计算机头11、12的弧长间距ΔL；

步骤53，判断设定使用的机头11、12的焊接工作方向是否一致，或若为同向焊接，则进入步骤54，如果是异向焊接，例如，机头11的焊接方向为顺时针，机头12的焊接方向为逆时针，即转入步骤55；

步骤54，在双机头同向焊接的情况下，仅需要保证两机头之间的弧长间距ΔL小于安全弧长距离L；

步骤55，在异向焊接情况下，系统监测机头11、12的弧长间距ΔL以及两机头的作业状态；

机头12运动至6点钟预定的起弧位置，此过程中若按系统检测到机头12与机头11的间距ΔL小于安全距离L，则机头11自动保持与机头12沿相同方向以相同速率运动，直至机头11到达预定的起弧位置A焊接；

步骤56，协同系统判断机头12起弧焊接时，机头11的作业状态，即机头11是否正在焊接，若机头11正在焊接，则进入步骤57，如果机头11未在焊接，进入步骤58；

步骤57，计算机头11从当前焊接位置焊接至熄弧处例如A’位置时需要的时间t，计算预判机头12在该时间t以后的B’的位置。

机头11的焊接速率记为Va，机头12的焊接速率记为Vb，保证机头11和机头12均可以正常焊接至熄弧点12点，则机头11焊接至A’位置的时间长应不超过机头12焊接至B’的时间长：即：

其中，BB’的弧长为：

则，AA’的弧长为：

A’位置即为机头11运动到图3中12点位置，B’位置为机头12运动到图3中3点位置。

通过弧长及角度的计算公式，计算出机头11的位置满足条件，即：

步骤58，如果步骤56中判断出机头12起弧时，机头11未在焊接，则机头开始进行正常焊接后进入步骤62；

步骤59，在机头11焊接，机头12任意工作状态下都要保证两者之间不发生碰撞，即判断机头11与12的间距ΔL是否出现大于设定的安全距离L的情况，如果大于，则进入步骤58，在此安全状态下，机头12也进入焊接中，，如果二者间距小于设定的安全距离L，进入步骤60；

步骤60，禁止机头12起弧，等待机头11焊接完成；

步骤61，机头11完成自己的焊接工作，转入步骤66；

步骤62，在机头12进入焊接，机头11任意工作状态下，继续保证两者之间不发生碰撞，即判断二者之间的间距ΔL是否大于安全距离L，若间距ΔL小于设定的安全距离L，进入步骤63，否则进入步骤64；

步骤63，此种情况表示安全，继续保持机头12正常焊接，机头11保持原工作状态；

步骤64，如果间距ΔL小于等于设定的安全距离L，则保证机头12的正常焊接，机头11以不小于机头12的速率保持与机头12同方向行走；

步骤65，直到步骤63，64完成，表明机头12正常焊接结束；

步骤66，判断后续是否需要继续进行焊接，如果需要继续焊接下一道或下一层，机头11焊接结束，沿原路径自动返回起弧位置，则跳转至步骤52；

步骤67，如果焊接已完成，结束所有焊接工作步骤67，完成焊接结束双机头协同控制。

综上所述，本发明针对目前用的固定管道焊接的轨道式单机头单枪焊接设备在焊接过程中，焊接后回转时间长，大管径的单道焊缝焊接时间长，本发明提供一种在同一轨道上安装两台焊接机头，通过控制逻辑控制，实现双机头在协同焊接同一管道焊接接头，提升焊接效率。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种轨道式双机头协同焊接方法，包括双机头，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，设置所述双机头的安全距离并启动；

步骤二，所述双机头中在先焊接机头处于焊接时，所述在后焊接机头协同保证所述双机头的间距不小于所述安全距离；

步骤三，所述在先焊接机头完成焊接后，协同保证与所述在后焊接机头的间距不小于所述安全距离。

2.根据权利要求1所述的轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

所述步骤二进一步包括：

步骤二二，判断所述双机头的焊接方向是否同向；

步骤二三，如果同向，保证所述双机头的间距小于所述安全距离；

步骤二四，如果焊接方向相反，判断所述在后焊接机头起弧时，所述在先焊接机头是否完成焊接；

步骤二五，如果所述在先焊接机头完成焊接，进入步骤三；

步骤二六，如果所述在先焊接机头未完成焊接，判断所述双机头的间距，如果小于所述安全距离，禁止所述在后焊接机头起弧，如果大于所述安全距离，继续所述在先焊接机头的焊接。

3.根据权利要求2所述的轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，

所述步骤三进一步包括：

步骤三一，判断所述在后焊接机头焊接时，所述双机头的间距是否大于所述安全距离，如果大于所述安全距离，继续所述在后焊接机头的焊接，如果小于所述安全距离，所述在先焊接机头以不小于所述在后焊接机头的速率并同向，所述在后焊接机头继续焊接；

步骤三二，当所述双机头各自完成焊接后，判断是否还继续焊接，如果需要继续，转入步骤二二，如果不需要，结束。

4.根据权利要求3所述的轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，

所述步骤二四和步骤二五之间进一步包括：

步骤二四一，计算所述在先焊接机头焊接至熄弧处的时间，以及该时间后所述在后焊接机头的位置。

5.根据权利要求4所述的轨道式双机头协同焊接方法，其特征在于，

所述步骤二四一进一步包括：

根据计算获得所述在先焊接机头的位置满足：

其中，所述在先焊接机头的焊接速率为Va，所述在后焊接机头的焊接速率为Vb，AA’为所述在先焊接机头起弧到熄弧处的弧长，BB’为所述在后焊接机头从起弧到熄弧处的弧长。

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