CN114029656A - 管板换热器阵列式全自动焊接方法 - Google Patents
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Abstract
管板换热器阵列式全自动焊接方法,包括以下步骤:S1:获取各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹,A1:获取其中一个圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1;A2:获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;A3:根据步骤A2得到的剩余的各圆管的圆心空间坐标,根据空间坐标P1与剩余的各圆管的圆心空间坐标,将焊接轨迹P通过坐标变换后形成对应于剩余的各圆管的焊接轨迹。S2:将步骤S1中得到的所有待焊接的圆管的焊接轨迹传输至焊接机器人,焊接机器人根据各圆管的焊接轨迹完成所有未焊接的圆管与钢板之间的焊接。采用本方法有效的提升了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及管板式换热器的焊接技术,特别涉及能够实现管板式换热器全自动焊接的方法,属于焊接技术领域。
背景技术
管板式式换热器广泛的用于锅炉、化工设备等众多领域,这种换热器主体是由多根平行的圆管与两个钢板组成,圆管与钢板焊接,焊接时,将圆管两端穿入相应的钢板的孔中,圆管与钢板之间为垂直或基本垂直,圆管端部穿过圆孔,并使两者之间相对固定,然后采用人工焊接,目前,换热器管板焊接基本是由人工完成,主要因为两个方面:1、钢板本身在经过多个工序会产生一定程度的热变形,当钢板板与圆管通过人工组焊在一起,钢板最高处与最低点的高度差有5mm以上;采用全自动焊接目前无法对各待焊接的焊缝定位;2、圆管与钢板的焊缝间隙大小不一,最大的焊缝有5mm,最小的也有1mm。所以,如果采用市场上的焊接机器人自动焊接就需要对每一条焊缝进行示教,效率太低,完全限丧失了自动焊接的价值,而人工焊接效率低、成本高,若要实现自动焊接,则必须能准确、高效的得到每根管与钢板焊接处的焊接轨迹,申请人开发的测量臂技术对于圆形焊缝可以通过采集焊缝上三个点的空间坐标经过计算生产焊接轨迹,但这种方式对于每根圆管均需要测量三个点,焊接完成一个圆管后再测量另一个,这种方式虽然焊接通过机器人进行了,但还需要一个工作人员不断的测量后由设备执行,在效率上提升不明显,还无法一次实现一个端部的全自动焊接。
发明内容
本发明的目的在于克服目前管板换热器在实现全自动焊接中存在的上述问题,提供一种管板换热器阵列式全自动焊接方法。
为实现本发明的目的,采用了下述的技术方案:管板换热器阵列式全自动焊接方法,焊接时,将全部圆管穿入钢板上对应的圆孔中,圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于5mm,并使圆管与钢板之间相对固定,上述准备完成后形成待焊工件,在待焊工件上进行阵列式全自动焊接,包括以下步骤:
S1: 获取各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹,各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹的获取方法如下:
当待焊工件的钢板平面为水平面或者倾斜面的情况下,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹均可通过下述方法A获取:
A1:获取其中一个圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1;
A2:获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;
A3:根据步骤A2得到的剩余的各圆管的圆心空间坐标,根据空间坐标P1与剩余的各圆管的圆心空间坐标,将焊接轨迹P通过坐标变换后形成对应于剩余的各圆管的焊接轨迹;
本步骤中,其中当待焊工件的钢板平面与水平面夹角在小于等于2度的情况下,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹除了可通过方法A获取外,还可以通过以下方法B获取:
B1:获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;
B2:根据所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和圆管的外径得到各圆管的焊接轨迹;
S2:将步骤S1中得到的所有待焊接的圆管的焊接轨迹传输至焊接机器人,所述的焊接机器人焊接时采用摆动焊接,焊接机器人根据各圆管的焊接轨迹完成所有未焊接的圆管与钢板之间的焊接。
进一步的;方法A步骤A1中采用采集圆管P周边三个点的空间坐标得到圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1,步骤A2中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时,采用工装配合在所测圆管上,通过测量工装上与所测圆管中心对应的一个点的空间坐标然后变换得到所测圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标,依次测量所有剩余的圆管后获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;方法B步骤B1中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标与上述步骤A2中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时的方法相同,依次测量各的圆管后获取获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标。
进一步的;圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于3mm。
进一步的;所述的机器人摆动焊接时的上下摆动幅度、左右摆动幅度均大于3mm。
进一步的;所述的工装包括下部的圆周面,圆周面为连续面或者中间有断开的断续的圆周面,圆管内径与圆周面直径差小于等于0.8mm大于等于0,在圆周面上一体或固定连接有支撑板,支撑板边缘上两点之间的最大距离大于圆管内径,在支撑板上固定连接有至少三个等高的支脚,三个支脚呈三角形分布,在支撑板上具有标志点,所述的标志点位于圆周面的轴线上。
进一步的;所述的标志点为上小下大的锥形凸起或上大下小的锥形凹坑,锥形的轴线与圆周面的轴线重合。
进一步的;在所述的支撑板上开设有三个沿中心均布的螺孔,三个等高的支脚旋接在螺孔中。
进一步的;换热器上的圆管内径与圆周面直径差小于等于0.6mm大于等于0。
进一步的;所述的工装包括圆筒,圆筒的内径与圆管的外径之间的差小于等于0.8mm大于等于0,圆筒上具有上端面,上端面上具有标志点,标志点位于圆筒的轴线上,所述的标志点为上小下大的锥形凸起或上大下小的锥形凹坑,锥形的轴线与圆周面的轴线重合,圆筒套在圆管上后,下端顶在圆板上,圆筒的不穿过圆孔。
本发明的积极有益技术效果在于:采用本方法基本上每根管只需要测量一个点便可得到所有焊缝的圆心坐标、和焊接轨迹,一次发送给焊接机器人后焊接机器人根据各个焊缝的圆心坐标、焊接轨迹即可逐个对各焊缝完成焊接,一次执行完成一个端面上所有焊缝的焊接,实现了管板换热器制作中的全自动焊接,有效的提升了工作效率,减少了人工作业,降低了人工成本。
附图说明
图1是本发明的第一种工装的一个方位的示意图。
图2是图1中工装的另一个方位的示意图。
图3是本发明第二种工装的示意图。
图4是本发明第一种工装测量用在管板换热器上的示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施,提供本发明的实施实例。这些实施实例仅仅是对本发明的阐述,不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进一步详细的解释,附图中各标记为:1:附图中各标记为:1:圆周面;2:支撑板;3:支脚;4:第一种工装上的锥形凸起;5:螺杆;6:圆管;7:钢板;8:圆筒;9:上端面;10:第二种工装上的锥形凸起。
本全自动焊接方法在焊接时工件的放置状态是如图4所述的状态,圆管的轴线接近或者为竖直方向。
首先对本申请中所用到的工装进行解释,第一种可用工装包括下部的圆周面1,换热器上的圆管6内径与圆周面直径差小于等于0.8mm,优选的,换热器上的圆管内径与圆周面直径差小于等于0.6mm。
在圆周面上一体或固定连接有支撑板2,支撑板2边缘上两点之间的最大距离大于圆管内径,本实施例中。所述的支撑板为圆盘板。圆盘板与圆周面同心。在支撑板上固定连接有至少三个等高的支脚,三个支脚呈三角形分布,本实施例中,在所述的支撑板上开设有三个沿中心均布的螺孔,三个等高的支脚旋接在螺孔中。
在支撑板上具有标志点,所述的标志点位于圆周面的轴线上。本实施例中,所述的标志点为上小下大的锥形凸起,4所示为第一种工装上的锥形凸起;锥形的轴线与圆周面的轴线重合。 标志点还可以是为上大下小的锥形凹坑。本申请优选,所述的圆周面与支撑板为分体结构,在支撑板下端面上具有螺杆,5所示为螺杆部分,圆周面上端面上具有螺纹孔,螺纹孔与螺杆之间旋接。这样对于内径不同的圆管,只需要更换圆周面即可测量。
第二种可用的工装包括圆筒8,圆筒的内径与圆管的外径之间的差小于等于0.8mm大于等于0,圆筒上具有上端面9,上端面上具有标志点,标志点位于圆筒的轴线上,所述的标志点为上小下大的锥形凸起或上大下小的锥形凹坑,图中为锥形凸起,10所示为锥形1第二种工装上的锥形凸起,锥形凸起的轴线与圆周面的轴线重合,圆筒套在圆管上后,下端顶在圆板上,圆筒的不穿过圆孔。
以第一种工装为例来说明测试过程,在使用时,圆周面插入圆管中,三个支脚支撑在圆板上后,测量头测量锥形凸起处的三维坐标,当圆板平面为水平面时,根据锥形凸起处的三维坐标、支脚底部到锥形凸起之间的距离即可得到各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标。当圆板平面与水平面之间具有夹角时,在下述的方法A中可以得到圆板平面的倾角,锥形凸起处的三维坐标、倾角既可以得到各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标。
管板换热器阵列式全自动焊接方法,焊接时,将全部圆管穿入钢板上对应的圆孔中,圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于5mm,并使圆管与钢板之间相对固定,上述准备完成后形成待焊工件,在待焊工件上进行阵列式全自动焊接,包括以下步骤:
S1: 获取各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹,各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹的获取方法如下:
当待焊工件的钢板平面为水平面或者倾斜面的情况下,本处的钢板平面为水平面或者倾斜面实际内涵是钢板平面相对于焊接机器人的安装平面是否有夹角,通常在焊接机器人安装中其X轴、Y轴位于水平面上,Z轴为与水平面垂直的上下方向,所以这里的水平面指的是焊接机器人X轴、Y轴形成的水平面,倾斜面是指钢板平面与X轴、Y轴形成的水平面有夹角。
当待焊工件的钢板平面为水平面或者倾斜面的情况下,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹均可通过下述方法A获取:
A1:获取其中一个圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1;具体为:采用采集圆管P周边三个点的空间坐标得到圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1,此处及以下涉及到采集点的空间坐标均可现有的采用焊接机器人进行空间坐标采集,因为焊接机器人本身就需要识别空间坐标,将焊枪固定在焊接机器人的末端,焊枪端部对着所要采集的点进行采集,也可使用任何现有的空间坐标采集设备,采集的三个点遵循顺时针或逆时针顺序,三个点最好大致均布,在具体作业时,由于钢板经过多道工序,其表面并不是理想的平面,所以选取圆管P时,尽量选择相对平整的部位。经过作业,钢板表面不平整不影响本方法的实现,一是因为本方法各圆管的焊接轨迹均是通过测量其对应的圆心位置空间坐标得到的,所以这种不平整在测量时就已经体现出来;二是在焊接中采用摆动焊接,焊接过程中有足够的摆动幅度,能够容许一定的误差。使用证明,在圆板平面高低波动8mm的情况下,本方法完成焊接没有任何问题。
A2:获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;本步骤中,获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时,采用工装配合在所测圆管上,通过测量工装上与所测圆管中心对应的一个点的空间坐标然后变换得到所测圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标,依次测量所有剩余的圆管后获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;具体到采用本申请中的工作测试过程参考以上的说明。
A3:根据步骤A2得到的剩余的各圆管的圆心空间坐标,根据空间坐标P1与剩余的各圆管的圆心空间坐标,将焊接轨迹P通过坐标变换后形成对应于剩余的各圆管的焊接轨迹。
本步骤中,其中当待焊工件的钢板平面与水平面夹角在小于等于2度的情况下,各圆管的周围的焊接轨迹在水平面上的投影接近圆形,本处的水平面仍然指的是焊接机器人X轴、Y轴形成的水平面,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹除了可通过方法A获取外,还可以通过以下方法B获取:
B1:获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;步骤中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标与上述步骤A2中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时的方法相同,依次测量各的圆管后获取获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标。
B2:根据所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和圆管的外径得到各圆管的焊接轨迹;具体操作中,可以圆孔与圆管之间的中间作为焊接轨迹圆。
S2:将步骤S1中得到的所有待焊接的圆管的焊接轨迹传输至焊接机器人,所述的焊接机器人焊接时采用摆动焊接,焊接机器人根据各圆管的焊接轨迹完成所有未焊接的圆管与钢板之间的焊接。本申请中,焊接机器人采用四轴即可实现摆动焊接,四轴即X轴、Y轴、Z轴、和焊枪的旋转轴A轴(A轴旋转轴线是竖直方向)进行摆动焊接,通过X轴、Y轴和A轴联动可进行平面上焊接一个圆,在运行过程中加上Z轴的上下运动,这样四轴联动就可以形成摆动焊。当然采用六轴焊接机器人更没有问题。
优选的,所述的机器人摆动焊接时的上下摆动幅度、左右摆动幅度均大于2mm,左右摆动幅度直言圆管径向的摆动幅度,可以优选4mm-5mm,这样既可以节省焊接时间,还可以保证焊接质量。圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于3mm,这种情况下可实现极高的焊接质量。
本方法中,采用工装配合测定工装上锥形凸起点的空间坐标是,除了可以采用焊接机器人本身外,还可以采用其它测量工具,如申请人在中国专利号2020105396180中公开的机械测量臂装置,测量更为快捷。
在详细说明本发明的实施方式之后,熟悉该项技术的人士可清楚地了解,在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改,凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围,且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (9)
1.管板换热器阵列式全自动焊接方法,焊接时,将全部圆管穿入钢板上对应的圆孔中,圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于5mm,并使圆管与钢板之间相对固定,上述准备完成后形成待焊工件,在待焊工件上进行阵列式全自动焊接,其特征在于包括以下步骤:
S1: 获取各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹,各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹的获取方法如下:
当待焊工件的钢板平面为水平面或者倾斜面的情况下,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹均可通过下述方法A获取:
A1:获取其中一个圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1;
A2:获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;
A3:根据步骤A2得到的剩余的各圆管的圆心空间坐标,根据空间坐标P1与剩余的各圆管的圆心空间坐标,将焊接轨迹P通过坐标变换后形成对应于剩余的各圆管的焊接轨迹;
本步骤中,其中当待焊工件的钢板平面与水平面夹角在小于等于2度的情况下,上述的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和焊接轨迹除了可通过方法A获取外,还可以通过以下方法B获取:
B1:获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;
B2:根据所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标和圆管的外径得到各圆管的焊接轨迹;
S2:将步骤S1中得到的所有待焊接的圆管的焊接轨迹传输至焊接机器人,所述的焊接机器人焊接时采用摆动焊接,焊接机器人根据各圆管的焊接轨迹完成所有未焊接的圆管与钢板之间的焊接。
2.根据权利要求1所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:方法A步骤A1中采用采集圆管P周边三个点的空间坐标得到圆管P的焊接轨迹P及圆心的空间坐标P1,步骤A2中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时,采用工装配合在所测圆管上,通过测量工装上与所测圆管中心对应的一个点的空间坐标然后变换得到所测圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标,依次测量所有剩余的圆管后获取剩余的各圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标;方法B步骤B1中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标与上述步骤A2中获取一个圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标时的方法相同,依次测量各的圆管后获取获取所有圆管在钢板平面上对应的圆心空间坐标。
3.根据权利要求1所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:圆孔与圆管之间的最大间隙小于等于3mm。
4.根据权利要求1所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:所述的机器人摆动焊接时的上下摆动幅度、左右摆动幅度均大于3mm。
5.根据权利要求2所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:所述的工装包括下部的圆周面,圆周面为连续面或者中间有断开的断续的圆周面,圆管内径与圆周面直径差小于等于0.8mm大于等于0,在圆周面上一体或固定连接有支撑板,支撑板边缘上两点之间的最大距离大于圆管内径,在支撑板上固定连接有至少三个等高的支脚,三个支脚呈三角形分布,在支撑板上具有标志点,所述的标志点位于圆周面的轴线上。
6.根据权利要求5所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:所述的标志点为上小下大的锥形凸起或上大下小的锥形凹坑,锥形的轴线与圆周面的轴线重合。
7.根据权利要求5所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:在所述的支撑板上开设有三个沿中心均布的螺孔,三个等高的支脚旋接在螺孔中。
8.根据权利要求5所述的换热器管板阵列式高效自动焊接工装,其特征在于:换热器上的圆管内径与圆周面直径差小于等于0.6mm大于等于0。
9.根据权利要求2所述的管板换热器阵列式全自动焊接方法,其特征在于:所述的工装包括圆筒,圆筒的内径与圆管的外径之间的差小于等于0.8mm大于等于0,圆筒上具有上端面,上端面上具有标志点,标志点位于圆筒的轴线上,所述的标志点为上小下大的锥形凸起或上大下小的锥形凹坑,锥形的轴线与圆周面的轴线重合,圆筒套在圆管上后,下端顶在圆板上,圆筒的不穿过圆孔。
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