CN113070546A - 一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，包括：将横隔板、腹板、底板、加劲肋组装；焊接时，起弧点在中隔板与腹板立位焊缝底部；先焊接中隔板与腹板立位角焊缝；再焊接中隔板与底板平角位角焊缝、腹板与底板平角位角焊缝；重复上一步，直到所有的中隔板焊接完成；然后焊接端隔板，起弧后，先焊接腹板加劲肋下侧的端隔板与腹板立位角焊缝、端隔板与腹板加劲肋仰角位以及平角位角焊缝、腹板加劲肋上侧的端隔板与腹板立位角焊缝；然后焊接腹板与底板平角位角焊缝、端隔板与底板平角位角焊、端隔板与底板加劲肋立位角焊缝；重复上一步，直到所有的端隔板与其余面板焊接完成；该方法可用于杆件槽型部分的焊接，能够大幅度提高焊缝质量。

Description

一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法
技术领域
本发明属于桥梁制造行业，具体涉及一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法。
背景技术
钢桁梁主要由主桁杆件(上下弦杆、斜杆和竖杆)、桥面系杆件(纵横梁)、联结系杆件(平联杆件、横联杆件和桥门杆件)等构成，其中上下弦杆、斜杆和竖杆多为单箱室结构，制造时先组装成槽型，完成内部焊缝的焊接，最后扣盖及组装焊接其他零部件。
钢桁梁桥杆件槽型一般由底板、腹板、加劲肋、横隔板组成，横隔板包括中隔板和端隔板，杆件槽型内部焊缝存在多种焊接位置的转换，其横隔板在加劲肋处、底板拐角处焊缝位置的过焊切角需要一次性焊接封堵，其横隔板在加劲肋处、底板拐角处焊缝位置的过焊孔需要包角绕焊。
钢桁梁桥杆件槽型的焊接，由于内部结构构造的复杂性，行业内一直停留在手工焊接的水平，槽型内部空间狭小且焊接量大，焊工作业条件差且效率低，焊接质量不稳定。为提高钢桁梁桥杆件槽型焊接的焊接质量及焊接效率，必须开展钢桁梁桥杆件槽型自动化焊接技术研究，减小人为因素对焊接质量的影响，提高焊接效率，充分实现钢桁梁桥杆件的自动化焊接。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，包括下述步骤：
S1：将加劲肋分别与腹板、底板焊接组成腹板单元和底板单元；将中隔板、端隔板、腹板单元、底板单元组装槽型并完成定位焊接，组装间隙为0～2mm，垂直度为0～1mm；其中，中隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及中隔板与底板、腹板连接处均设置有过焊孔；端隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及端隔板与底板、腹板连接处均设置有切角；然后通过自动化焊接设备带动焊枪，从整个钢梁中间位置的中隔板向两端进行焊接；
S2：焊接时，两把焊枪对称设置在中隔板两侧同步焊接，起弧点在中隔板与腹板立位焊缝底部；起弧后，先焊接腹板加劲肋下侧的中隔板与腹板立位角焊缝，并拐向中隔板过焊孔处板厚方向焊接4～8mm后熄弧，熄弧点落在腹板上；然后焊接腹板加劲肋上侧的中隔板与腹板立位角焊缝，熄弧点落在腹板上；再焊接中隔板与底板平角位角焊缝，并拐向中隔板过焊孔处板厚方向焊接4～8mm后熄弧，熄弧点落在底板上，最后焊接腹板与底板平角位角焊缝，熄弧点落在相邻的两个中隔板的分中位置；
S3：重复S2，直到所有的中隔板分别与腹板、底板焊接完成；
S4：对端隔板进行焊接；焊接时，两焊枪对称设置在端隔板两侧同步焊接，起弧点在端隔板与腹板立位焊缝底部；起弧后，先依次连续不断弧焊接腹板加劲肋下侧的端隔板与腹板立位角焊缝、端隔板与腹板加劲肋仰角位以及平角位角焊缝、腹板加劲肋上侧的端隔板与腹板立位角焊缝，熄弧点落在腹板上；然后在腹板与底板角焊缝箱口处起弧，依次连续不断弧焊接腹板与底板平角位角焊缝、端隔板与底板平角位角焊缝、端隔板与底板加劲肋立位角焊缝，并在底板加劲肋板厚中心处上侧的端隔板上熄弧；
S5：重复S4，直到所有的端隔板分别与底板、腹板、腹板加劲肋以及底板加劲肋焊接完成。
进一步地，S2之后还包括：打磨腹板与底板角焊缝熄弧部位至1:6的过渡斜坡，将中隔板的过焊孔部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板和底板侧的熄弧点焊肉。
进一步地，S3中，焊接到切角拐角位置时，焊枪停顿0.1～0.3s，在切角处进行堆焊。
进一步地，S3之后还包括：采用手工磨头将端隔板的切角部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板或端隔板侧的熄弧点焊肉。
进一步地，平角位焊接电流为240～280A，电压为26～30V，干伸长为15～18mm，焊接速度为28～32cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为2～3mm，摆高为0.5～1.5mm，摆动频次为115～125次/min；立位焊接的电流为180～200A，电压为22～26V，干伸长为15～18mm，焊接速度为12～15cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为4～6mm，摆动频次为48～54次/min；仰角位的焊接电流为200～240A，电压为24～28V，干伸长为15～18mm，焊接速度为38～42cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为3～5mm，摆高为2～4mm，摆动频次为80～90次/min。
进一步地，平角位角焊缝两侧的焊枪后倾角度均为7～11°，焊枪与相邻底板或腹板加劲肋之间的角度均为40～44°；立位角焊缝焊枪前倾角度均为7～11°，焊枪与相邻腹板或底板加劲肋之间的角度均为43～47°；仰角位角焊缝两侧焊枪后倾角度均为7～11°，焊枪与腹板加劲肋之间的角度为40～44°。
本发明的有益效果：
1、本发明以脉冲方式供给电流的电弧，具有焊接飞溅小、焊缝成形饱满、焊缝外形美观等优势，无咬边、焊瘤、驼峰、焊角不对称等外观缺陷，焊接质量稳定，避免人工焊接时人员素质参差不齐导致焊缝质量问题；
2、本发明的自动化焊接工艺简单，操作可行，可用于杆件槽型部分的焊接，能够大幅度提高焊缝质量，促进自动化焊接工艺在桥梁行业中的应用。
3、本发明采用两侧焊枪同步进行焊接，对称焊接能减小焊接变形，横隔板焊后垂直度好，矫正工作量大幅减小；同步焊接其接头受热集中，焊接穿透力强，不开坡口的角焊缝仍然可以提供2～3mm的单侧有效熔深，有利于提高杆件受力能力；
4、本发明采用自动化焊接设备代替手工焊接，设备配备有防止焊偏的电弧跟踪系统，可适应焊接过程的杆件变形并及时作出微调整。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为杆件槽型组装结构示意图；
图2为图1中A-A的结构示意图；
图3为图1中B-B的结构示意图；
图4为中隔板焊接中一个平角位焊焊枪位置示意图；
图5为中隔板焊接中另一个平角位焊焊枪位置示意图；
图6为立位焊焊枪位置示意图；
图7为中隔板自动化焊接顺序示意图；
图8为端隔板自动化焊接顺序示意图；
图9为中隔板自动化焊接焊枪行驶路径；
图10为端隔板自动化焊接焊枪行驶路径。
附图标记说明：
1-底板；2-腹板；3-加劲肋；4-端隔板；5-中隔板；6-焊枪一；7-焊枪二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请同时参见图1～图10，本发明提供了一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，所述槽型杆件由底板、腹板、中隔板、端隔板、加劲肋组装而成，该自动化焊接工艺包括以下步骤：
S1：钢梁槽型杆件的组装：将加劲肋分别与腹板、底板焊接组成腹板单元和底板单元；其中，加劲肋包括腹板加劲肋与底板加劲肋；将中隔板、端隔板、腹板单元、底板单元组装槽型并完成定位焊接，组装间隙为1mm，垂直度为0.5mm。
其中，中隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及中隔板与底板、腹板连接处均设置有过焊孔；端隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及端隔板与底板、腹板连接处均设置有切角；然后对焊接机器人进行离线编程或现场编程示教，通过焊接机器手臂带动焊枪，从整个钢梁中间位置的中隔板向两端进行焊接；自动化焊接设备焊接时采用脉冲电弧，并配有防止焊偏的电弧跟踪系统，可适应焊接过程中的杆件变形并及时对焊枪做出微调整。
焊接材料为实心焊丝ER50-6(Φ1.2)，气体为80％Ar+20％CO2，其中氩气纯度为99.99％，二氧化碳的纯度为99.9％。
在该杆件槽型结构制造前，采用离线编程程序，通过三维建模提前将焊接程序批量编制完成，加速杆件在车间的流转速度，从而大幅提高了生产效率。
S2：焊接时，焊枪一和焊枪二对称设置在中隔板两侧同步焊接，同时启用电弧脉冲焊接，焊枪一在点41处起弧，焊接至点42处并拐向中隔板过焊孔处板厚方向，往外延伸4～8mm后将焊枪一拉向腹板处熄弧；然后从点43处起弧，焊接至点44处后将焊枪一拉向腹板处熄弧；然后焊接45～46、47～48，其焊接参数与41～42、43～44相同；然后焊枪一在点49处起弧，焊接至点50处并拐向中隔板过焊孔处板厚方向，往外延伸4～8mm后将焊枪一拉向底板处熄弧，避免熄弧缺陷在包角处，保证了包角处的焊接质量；最后从点51处起弧，焊接至点52处后熄弧；该点52处为相邻的两个中隔板的分中位置；然后焊接53～54、55～56，其焊接参数与49～50、51～52相同。焊枪二在中隔板另一侧的行驶路径和焊接参数与焊枪一一致，并同步起弧。
其中，41～42、43～44区间的焊接电流为190A，电压为24V，干伸长为18mm，焊接速度为13cm/min，气流量为22L/min，摆宽为5mm，摆动频次为50次/min，49～50、51～52区间的焊接电流为260A，电压为28V，干伸长为18mm，焊接速度为31cm/min，气流量为22L/min，摆宽为2.5mm，摆高为0.5mm，摆动频次为120次/min。
其中，41～42、43～44区间焊接时焊枪一的前倾角度为9°，与相邻腹板之间的角度为45°；49～50、51～52区间焊接时焊枪一的后倾角度为9°，与相邻底板之间的角度为42°。
其中，图7中，11～18为焊枪一焊接顺序示意，11′～18′为焊枪二焊接顺序示意；图9中，41～56为焊枪一行驶路径；41′～56′为焊枪二行驶路径。
该中隔板焊接完毕后，打磨腹板与底板角焊缝熄弧部位至1:6的过渡斜坡，采用手工磨头将中隔板的过焊孔部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板和底板侧的熄弧点焊肉。
S3：重复S2，直到所有的中隔板分别与腹板、底板焊接完成。
S4：对端隔板进行焊接：焊接时，焊枪一和焊枪二对称设置在端隔板两侧同步焊接，同时启用电弧脉冲焊接，焊枪一在在61处起弧，依次往点62、63、64、65、66处行驶并连续焊接，并将焊枪一拉向腹板处熄弧，其中，焊枪一焊接至点62、65切角部位时，停留0.2s堆焊，不断弧切换焊接参数；然后焊接67～72区间，其焊接参数与61～66区间相同；然后焊枪一在点73处起弧，依次往点74、75、76处行驶并连续焊接，并将焊枪一拉向底板加劲肋板厚中心上侧的端隔板上熄弧；其中，当焊枪一焊接至点74、75处时，停留0.2s堆焊，并在点75处不断弧切换焊接参数；最后焊接77～80区间，其焊接参数与73～76区间相同。焊枪二在端隔板另一侧的行驶路径和焊接参数与焊枪一一致，并同步起弧。
在焊接时，需要将底板加劲肋与端隔板连接处全部进行焊接，因此，在焊接到点76时，再往底板加劲肋的上端焊接，将底板加劲肋的上端焊接一半，同样的，焊接到点80时，需要往底板加劲肋的另一侧上端焊接，从而焊接另外一半，使得底板加劲肋与端隔板连接处焊缝连续。
其中，61～62、65～66区间的焊接电流为190A，电压为24V，干伸长为18mm，焊接速度为13cm/min，气流量为22L/min，摆宽为5mm，摆动频次为50次/min；由于62～65的焊缝较短，且焊接时中间无停顿，因此可以采用仰角位的焊接参数一次性焊接完毕，62-65区间的焊接电流为220A，电压为26V，干伸长为18mm，焊接速度为40m/min，气流量为22L/min，摆宽为4mm，摆高为3mm，摆动频次为84次/min。
其中，61～62、65～66区间焊接时焊枪一的前倾角度为9°，与相邻腹板之间的角度为45°；63～64区间焊接时焊枪一的前倾角度为9°，与腹板加劲肋之间的角度为45°；75～76区间焊接时焊枪一的前倾角度为9°，与底板加劲肋之间的角度为45°；62～63区间焊接时焊枪一的后倾角度为9°，与腹板加劲肋之间的角度为42°；64～65区间焊接时焊枪一的后倾角度为9°，与腹板加劲肋之间的角度为42°；73～75区间焊接时焊枪一的后倾角度为9°，与底板的角度为42°。
其中，图8中，21～32为焊枪一焊接顺序示意，21′～32′为焊枪二焊接顺序示意；图10中，61～80为焊枪一行驶路径，61′～80′为焊枪二行驶路径。
该端隔板焊接完毕后，采用手工磨头将端隔板的切角部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板、端隔板侧的熄弧点焊肉。
S5：重复S4，直到所有的端隔板分别与底板、腹板、腹板加劲肋以及底板加劲肋焊接完成，从而完成整个杆件槽型结构的焊接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：将加劲肋分别与腹板、底板焊接组成腹板单元和底板单元；将中隔板、端隔板、腹板单元、底板单元组装槽型并完成定位焊接，组装间隙为0～2mm，垂直度为0～1mm；其中，中隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及中隔板与底板、腹板连接处均设置有过焊孔；端隔板与腹板加劲肋、底板加劲肋之间，以及端隔板与底板、腹板连接处均设置有切角；然后通过自动化焊接设备带动焊枪，从整个钢梁中间位置的中隔板向两端进行焊接；
S2：焊接时，两把焊枪对称设置在中隔板两侧同步焊接，起弧点在中隔板与腹板立位焊缝底部；起弧后，先焊接腹板加劲肋下侧的中隔板与腹板立位角焊缝，并拐向中隔板过焊孔处板厚方向焊接4～8mm后熄弧，熄弧点落在腹板上；然后焊接腹板加劲肋上侧的中隔板与腹板立位角焊缝，熄弧点落在腹板上；再焊接中隔板与底板平角位角焊缝，并拐向中隔板过焊孔处板厚方向焊接4～8mm后熄弧，熄弧点落在底板上，最后焊接腹板与底板平角位角焊缝，熄弧点落在相邻的两个中隔板的分中位置；
S3：重复S2，直到所有的中隔板分别与腹板、底板焊接完成；
S4：对端隔板进行焊接；焊接时，两焊枪对称设置在端隔板两侧同步焊接，起弧点在端隔板与腹板立位焊缝底部；起弧后，先依次连续不断弧焊接腹板加劲肋下侧的端隔板与腹板立位角焊缝、端隔板与腹板加劲肋仰角位以及平角位角焊缝、腹板加劲肋上侧的端隔板与腹板立位角焊缝，熄弧点落在腹板上；然后在腹板与底板角焊缝箱口处起弧，依次连续不断弧焊接腹板与底板平角位角焊缝、端隔板与底板平角位角焊缝、端隔板与底板加劲肋立位角焊缝，并在底板加劲肋板厚中心处上侧的端隔板上熄弧；
S5：重复S4，直到所有的端隔板分别与底板、腹板、腹板加劲肋以及底板加劲肋焊接完成。
2.根据权利要求1所述的钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，S2之后还包括：打磨腹板与底板角焊缝熄弧部位至1:6的过渡斜坡，将中隔板的过焊孔部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板和底板侧的熄弧点焊肉。
3.根据权利要求1所述的钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，S3中，焊接到切角拐角位置时，焊枪停顿0.1～0.3s，在切角处进行堆焊。
4.根据权利要求3所述的钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，S3之后还包括：采用手工磨头将端隔板的切角部位焊缝打磨光滑匀顺，同时打磨去除在腹板或端隔板侧的熄弧点焊肉。
5.根据权利要求1所述的钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，平角位焊接电流为240～280A，电压为26～30V，干伸长为15～18mm，焊接速度为28～32cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为2～3mm，摆高为0.5～1.5mm，摆动频次为115～125次/min；立位焊接的电流为180～200A，电压为22～26V，干伸长为15～18mm，焊接速度为12～15cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为4～6mm，摆动频次为48～54次/min；仰角位的焊接电流为200～240A，电压为24～28V，干伸长为15～18mm，焊接速度为38～42cm/min，气流量为20～25L/min，摆宽为3～5mm，摆高为2～4mm，摆动频次为80～90次/min。
6.根据权利要求1所述的钢梁杆件槽型结构的自动化焊接方法，其特征在于，平角位角焊缝两侧的焊枪后倾角度均为7～11°，焊枪与相邻底板或腹板加劲肋之间的角度均为40～44°；立位角焊缝焊枪前倾角度均为7～11°，焊枪与相邻腹板或底板加劲肋之间的角度均为43～47°；仰角位角焊缝两侧焊枪后倾角度均为7～11°，焊枪与腹板加劲肋之间的角度为40～44°。
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