CN114289825A - 一种焊接装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于曲面分段薄板焊接技术领域，公开了一种焊接装置及焊接方法，该焊接装置包括焊接小车、弧形轨道以及焊接衬垫；焊接小车包括车体、调节机构、摆动器和焊枪，调节机构安装于车体，摆动器安装于调节机构，焊枪转动连接于摆动器；弧形轨道采用可弯曲材料制成，可拆卸贴合于曲面分段薄板，车体安装于弧形轨道，能够沿弧形轨道运动，焊枪伸入两个曲面分段薄板之间的缝隙中；焊接衬垫抵靠两个曲面分段薄板。该焊接装置能够在曲面分段薄板焊接工序中实现自动灵活调整运动方向，控制焊接变形，使焊缝成型美观，并且减少焊后打磨美容处理工作工作量，提高焊接作业效率。
Description
技术领域
本发明涉及曲面分段薄板焊接技术领域，尤其涉及一种焊接装置及焊接方法。
背景技术
板材厚度小于或等于6mm的统一归类于薄板。船舶产品中有许多区域大面积使用薄板，薄板的焊接质量以及变形控制是船舶建造过程中难点之一；同时，薄板焊接形成的横对接焊缝受焊工技能水平影响较大。在船舶建造过程中，将外板非平直的分段称为曲面分段，曲面分段薄板的焊接是船舶焊接施工作业中的关键工序。
在船舶焊接施工作业中对于薄板有弧度的横对接焊缝，现有常规的焊接方法是采用手工二氧化碳气体保护焊进行施焊。采用手工二氧化碳气体保护焊对薄板上有弧度的横对接焊缝进行焊接，存在如下问题：由于操作技能水平等人为因素的影响易造成焊缝夹渣、裂纹等焊接缺陷，且焊缝在美观、能效方面有待提高。手工二氧化碳气体保护焊打底焊接头较多，容易产生速孔及裂纹缺陷，同时焊接速度慢，热量输入较大，打底焊正面易卷边夹渣，接头位置的刚度大大增加，薄板的刚度偏小，焊接过程中受压缩时易产生失稳，使得薄板产生不同方向的变形。
现有技术提供的焊接小车包括小车车体、轨道、焊枪位调节机构、焊枪摆动器、控制操作箱、摆动电机、驱动电机以及电机速度调节系统，该小车车体底部设有直齿轮，该轨道上设有齿条，车体底部的直齿轮与轨道上的齿条啮合连接，使小车始终在轨道上运动而不会脱离。但是上述焊接小车缺乏灵活性，在进行曲面分段薄板焊接工序中难以灵活使用。
因此，亟需一种焊接装置及焊接方法，以解决以上问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，目的在于提供一种焊接装置，能够在曲面分段薄板焊接工序中实现自动灵活调整运动方向，控制焊接变形，使焊缝成型美观，并且减少焊后打磨美容处理工作工作量，提高焊接作业效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种焊接装置，包括焊接小车、弧形轨道以及焊接衬垫；所述焊接小车包括车体、调节机构、摆动器和焊枪，所述调节机构安装于所述车体，所述摆动器安装于所述调节机构，所述焊枪转动连接于所述摆动器；所述弧形轨道采用可弯曲材料制成，可拆卸贴合于曲面分段薄板，所述车体安装于所述弧形轨道，能够沿所述弧形轨道运动，所述焊枪伸入两个所述曲面分段薄板之间的缝隙中；所述焊接衬垫抵靠两个所述曲面分段薄板。
可选地，所述焊接衬垫开设凹槽，所述焊接衬垫抵靠两个所述曲面分段薄板时，所述凹槽正对两个所述曲面分段薄板之间的缝隙。
可选地，所述调节机构包括调节杆部、第一调节部和第二调节部，所述调节杆部包括固连的连接端和运动端，所述连接端通过所述第一调节部安装于所述车体，所述摆动器通过所述第二调节部安装于所述运动端。
可选地，所述第一调节部包括第一安装件和第一调节旋钮，所述第一安装件安装于所述车体，开设第一安装孔，所述调节杆部穿设于所述第一安装孔，所述第一调节旋钮能够调节所述第一安装孔的孔径，调节所述摆动器和所述车体的距离。
可选地，所述第二调节部包括第二安装件和第二调节旋钮，所述第二安装件安装于所述调节杆部的一端，开设第二安装孔，所述摆动器的一部分穿设于所述第二安装孔，所述第二调节旋钮调节所述第二安装孔的孔径，调节所述摆动器的高度。
根据本发明的另一个方面，目的在于提供一种焊接方法，采用上述任一方案提供的所述焊接装置，具体焊接步骤为：
S100、坡口设计；
S200、安装所述焊接装置；
S300、焊接第一焊道；
S400、焊接第二焊道；
S500、焊接第三焊道。
可选地，步骤S100中，两个所述曲面分段薄板中的一个的坡口面角度α1为30°～35°；另一个所述曲面分段薄板的坡口面角度α2为10°；所述坡口的根部间隙为4mm～5mm。
可选地，步骤S300中，所述焊枪与第一方向的夹角β1为5°～10°，与第二方向的夹角γ1为80°～85°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
可选地，步骤S400中，所述焊枪与第一方向的夹角β2为25°～30°，与第二方向的夹角γ2为80°～85°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
可选地，步骤S500中，所述焊枪与第一方向的夹角β3为15°～20°，与第二方向的夹角γ3为85°～90°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
本发明的有益效果：
本发明提供的焊接装置包括焊接小车、弧形轨道以及焊接衬垫，该调节机构安装于车体，摆动器安装于调节机构，焊枪转动连接于摆动器，形成灵活可调节焊枪高度、角度以及焊枪与车体之间距离的焊接小车。该弧形轨道采用可弯曲材料制成，车体安装于弧形轨道，能够沿该弧形轨道运动，该轨道可弯曲，能够最大程度贴合曲面分段薄板，既可以保证焊接小车行走的连贯性，又可以保证焊缝成型美观减少焊后打磨美容处理工作工作量，提高焊接作业效率。焊接衬垫抵靠两个曲面分段薄板，能够起到防止引起坡口上端焊缝焊肉过薄，难以承受焊接应力而形成纵向裂纹的问题，同时控制焊接变形。
附图说明
图1是本发明实施例提供的焊接装置与曲面分段薄板的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的焊接装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的焊接衬垫的结构示意图；
图4是图1的A方向剖视图；
图5是图1中曲面分段薄板的焊接坡口角度的A方向剖视图；
图6是图1中曲面分段薄板的焊道分布的A方向剖视图；
图7是图1中第一焊道的焊枪角度的A方向剖视图；
图8是图1中第一焊道的焊枪角度的B方向剖视图；
图9是图1中第二焊道的焊枪角度的A方向剖视图；
图10是图1中第三焊道的焊枪角度的A方向剖视图；
图11是图1中第三焊道的焊枪角度的B方向剖视图。
图中：
100、焊接小车；110、车体；120、调节机构；121、调节杆部；122、第一调节部；123、第二调节部；130、摆动器；140、焊枪；
200、弧形轨道；
300、曲面分段薄板；
400、焊接衬垫；410、凹槽；
500、固定件；
600、第一焊道；700、第二焊道；800、第三焊道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“左”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
图1是本发明实施例提供的焊接装置与曲面分段薄板的结构示意图，图2是本发明实施例提供的焊接装置的结构示意图，图3是本发明实施例提供的焊接衬垫的结构示意图，图4是图1的A方向剖视图。参照图1-图4，本实施例提供的焊接装置，包括焊接小车100、弧形轨道200以及焊接衬垫400。
参照图2，该焊接小车100具体包括车体110、调节机构120、摆动器130和焊枪140，调节机构120安装于车体110，摆动器130安装于调节机构120，焊枪140转动连接于摆动器130。
具体地，调节机构120包括调节杆部121、第一调节部122和第二调节部123，调节杆部121包括固连的连接端和运动端，连接端通过第一调节部122安装于车体110，摆动器130通过第二调节部123安装于运动端。该调节杆部121是一个金属杆，两端分别定义为连接端和运动端。
再为具体地，该第一调节部122包括第一安装件和第一调节旋钮，第一安装件安装于车体110，开设第一安装孔，调节杆部121穿设于第一安装孔，第一调节旋钮能够调节第一安装孔的孔径，调节摆动器130和车体110之间的距离。
该第一安装件具体是一个一侧开口的空心圆柱结构，该开口处设置两个第一翼板。该第一安装件外侧固连于车体110，调节杆部121的连接端能够穿设于该第一安装孔中。
该第一调节旋钮螺接于第一安装件的开口处的两个第一翼板，该第一调节旋钮在两个第一翼板中的螺接深度较浅时，该第一安装孔直径较大，此时将该连接端伸入第一安装孔中，调整该调节杆部121伸入第一安装孔的长度至满足焊接需要，旋转第一调节旋钮，加大其在两个第一翼板中的螺接深度，将调节杆部121固定，固定摆动器130和车体110之间的距离，使焊枪140的位置基本满足焊接需求。
更为具体地，该第二调节部123包括第二安装件和第二调节旋钮，第二安装件安装于调节杆部121的一端，开设第二安装孔，摆动器130的一部分穿设于第二安装孔，第二调节旋钮能够调节第二安装孔的孔径，调节摆动器130的高度。
该第二安装件具体是一个一侧开口的空心圆柱结构，该开口处设置两个第二翼板。相对于两个第二翼板所在位置的另一侧，设置固连于第二安装件外侧的连接环，该连接环套设于运动端。摆动器130一侧固定安装有连接管部，该连接管部具体是一个U形金属管，该U形金属管的第一支臂固连于摆动器130的一侧，第二支臂穿设于第二安装孔中。
该第二调节旋钮螺接于第二安装件的开口处的两个第二翼板，该第二调节旋钮在两个第二翼板中的螺接深度较浅时，该第二安装孔直径较大，此时将该U形金属管的第二支臂伸入第二安装孔中，调整该第二支臂伸入第二安装孔的长度至满足焊接需要，旋转第二调节旋钮，加大其在两个第二翼板中的螺接深度，将第二支臂固定，固定摆动器130的高度，精调焊枪140的位置使其满足焊接需求。且能够在打底焊过程中使焊枪140进行斜“之”字形摆动，控制熔池金属不受重力影响而产生下淌现象，有利于坡口上下侧熔合平顺，不易产生卷边夹渣等焊接缺陷。
作为优选地，该摆动器130设置有摆动幅度调节钮，能够控制焊枪140的摆动幅度，满足不同焊接场景或同一焊接场景中不同焊道的焊接需求。
继续参照图1，弧形轨道200采用可弯曲材料制成，可拆卸贴合于曲面分段薄板300，车体110安装于弧形轨道200，能够沿弧形轨道200运动，焊枪140伸入两个曲面分段薄板300之间的间隙中。
具体地，本实施例提供的弧形轨道200采用可驳接耐高温橡胶软性可弯曲带磁吸路轨，该软性路轨随曲面分段薄板300的弧度紧贴，使焊接小车100通过软性可弯曲路轨畅顺连续行走，避免停弧，导致接头多，从而减少接头速孔焊接缺陷。
再为具体地，本实施例提供的弧形轨道200采用固定件500固定于曲面分段薄板300。多个固定件500间隔相同，安装于一个曲面分段薄板300，每个固定件500的间距为250mm～300mm。
参照图3和图4，本实施例提供的焊接衬垫400抵靠两个曲面分段薄板300。该焊接衬垫400安装于曲面分段薄板300背离弧形轨道200的一侧，保证两个曲面分段薄板300之间的间隙即坡口的正面无阻碍焊接小车100的障碍物存在，又可以加固焊缝，保证焊接质量。
具体地，该焊接衬垫400开设凹槽410，焊接衬垫400抵靠两个曲面分段薄板300时，凹槽410正对两个曲面分段薄板300之间的间隙。该焊接衬垫400具体宽度为5mm，该凹槽410的深度为1.5mm，如图3所示，其材质具体为陶瓷。以该陶瓷制的焊接衬垫400托住熔池钢水，使反面焊缝形成一个均匀的圆弧型焊缝，且能够控制熔池下坠，避免由于坡口上端焊缝焊肉过薄，难以承受焊接应力而形成的纵向裂纹的问题。
图5是图1中曲面分段薄板的焊接坡口角度的A方向剖视图，图6是图1中曲面分段薄板的焊道分布的A方向剖视图。
本实施例提供的焊接方法，采用本实施例提供的焊接装置，具体焊接步骤如下：
步骤S100、坡口设计。
具体地，为实现单面焊双面成形，坡口形式设计成单边V形坡口，在步骤S100中，两个曲面分段薄板300中的一个的坡口面角度α1为30°～35°；另一个曲面分段薄板300的坡口面角度α2为10°；坡口的根部间隙为4mm～5mm。经过设计形成的坡口的上部坡口角度较大，有利于焊枪140的角度调节及斜“之”字形摆动，使焊缝正面上端平整；下部坡口角度较小，有利于焊枪140摆动时托住熔池，使焊缝正面下端平整，防止凹坑造成下一道焊接夹渣。
步骤S200、安装焊接装置。
步骤S200中，弧形轨道200安装于一个曲面分段薄板300，焊枪140伸入两个曲面分段薄板300之间的焊缝中。通过第一调节部122、第二调节部123以及摆动幅度调节钮对焊枪140的焊接角度进行调节。
步骤S300、焊接第一焊道600。
图7是图1中第一焊道的焊枪角度的A方向剖视图，图8是图1中第一焊道的焊枪角度的B方向剖视图，参照图1、图7和图8，具体地，在步骤S300中，焊枪140与第一方向的夹角β1为5°～10°，与第二方向的夹角γ1为80°～85°，第一方向垂直于两个曲面分段薄板300之间的焊缝，第二方向平行于焊缝。
再为具体地，进行第一焊道600的焊接时，焊接电流采用140～155A，电弧电压采用20V，焊接速度为214mm/min，热输入为0.92kj/mm。
更为具体地，作为打底的第一焊道600焊接时焊枪140按斜“之”字形进行运弧，斜摆频率为0.5秒/次，此方法可以有效防止坡口的大小不一造成坡口上部焊肉过薄，坡口下部卷边引起的夹渣或未焊透等缺陷。以斜“之”字形运弧成为打底的第一焊道600成形的关键，改变横对接焊采用走直线型运弧方法。
步骤S400、焊接第二焊道700。
图9是图1中第二焊道的焊枪角度的A方向剖视图，参照图1和图9，具体地，在步骤S400中，焊枪140与第一方向的夹角β2为25°～30°，与第二方向的夹角γ2为80°～85°，此步骤中焊枪140与第二方向的夹角γ2等于步骤S300中焊接第一焊道600时焊枪140与第二方向的夹角γ1，如图8所示。第一方向垂直于两个曲面分段薄板300之间的焊缝，第二方向平行于焊缝。
再为具体地，进行第二焊道700的焊接时，焊接电流采用170～175A，电弧电压采用22V，焊接速度为345mm/min，热输入为0.64kj/mm。
更为具体地，进行第二焊道700的焊接时，焊枪140同样以斜“之”字形运弧，斜摆频率为0.2秒/次，可以有效焊透第一焊道600的坡口的下部。
步骤S500、焊接第三焊道800。
图10是图1中第三焊道的焊枪角度的A方向剖视图，图11是图1中第三焊道的焊枪角度的B方向剖视图。参照图1、图10和图11，具体地，在步骤S500中，焊枪140与第一方向的夹角β3为15°～20°，与第二方向的夹角γ3为85°～90°，第一方向垂直于两个曲面分段薄板300之间的焊缝，第二方向平行于焊缝。
再为具体地，进行第三焊道800的焊接时，焊接电流采用160～165A，电弧电压采用21V，焊接速度为425mm/min，热输入为0.43kj/mm。
更为具体地，进行第三焊道800的焊接时，焊枪140同样以斜“之”字形运弧，斜摆频率为0.1秒/次，可以有效焊透第一焊道600的坡口的上部，防止夹渣缺陷。
作为优选地，进行第一焊道600、第二焊道700以及第三焊道800焊接时，均采用FCAW(Fluxed-coredarcwelding，药芯焊丝电弧焊)自动焊的焊接方式，焊接材料采用直径1.2mm的碳钢药芯焊丝。
完成焊接后，进行焊接检验，包括焊接试验、检查和性能测定，目视焊缝正反面成形是否良好，并进行无损探伤试验。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种焊接装置，其特征在于，包括：
焊接小车(100)，所述焊接小车(100)包括车体(110)、调节机构(120)、摆动器(130)和焊枪(140)，所述调节机构(120)安装于所述车体(110)，所述摆动器(130)安装于所述调节机构(120)，所述焊枪(140)转动连接于所述摆动器(130)；
弧形轨道(200)，所述弧形轨道(200)采用可弯曲材料制成，可拆卸贴合于曲面分段薄板(300)，所述车体(110)安装于所述弧形轨道(200)，能够沿所述弧形轨道(200)运动，所述焊枪(140)伸入两个所述曲面分段薄板(300)之间的缝隙中；
焊接衬垫(400)，所述焊接衬垫(400)抵靠两个所述曲面分段薄板(300)。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述焊接衬垫(400)开设凹槽(410)，所述焊接衬垫(400)抵靠两个所述曲面分段薄板(300)时，所述凹槽(410)正对两个所述曲面分段薄板(300)之间的缝隙。
3.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，所述调节机构(120)包括调节杆部(121)、第一调节部(122)和第二调节部(123)，所述调节杆部(121)包括固连的连接端和运动端，所述连接端通过所述第一调节部(122)安装于所述车体(110)，所述摆动器(130)通过所述第二调节部(123)安装于所述运动端。
4.根据权利要求3所述的焊接装置，其特征在于，所述第一调节部(122)包括第一安装件和第一调节旋钮，所述第一安装件安装于所述车体(110)，开设第一安装孔，所述调节杆部(121)穿设于所述第一安装孔，所述第一调节旋钮能够调节所述第一安装孔的孔径，调节所述摆动器(130)和所述车体(110)之间的距离。
5.根据权利要求3所述的焊接装置，其特征在于，所述第二调节部(123)包括第二安装件和第二调节旋钮，所述第二安装件安装于所述调节杆部(121)的一端，开设第二安装孔，所述摆动器(130)的一部分穿设于所述第二安装孔，所述第二调节旋钮调节所述第二安装孔的孔径，调节所述摆动器(130)的高度。
6.一种焊接方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的焊接装置，具体焊接步骤为：
S100、坡口设计；
S200、安装所述焊接装置；
S300、焊接第一焊道(600)；
S400、焊接第二焊道(700)；
S500、焊接第三焊道(800)。
7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，步骤S100中，两个所述曲面分段薄板(300)中的一个的坡口面角度α1为30°～35°；另一个所述曲面分段薄板(300)的坡口面角度α2为10°；所述坡口的根部间隙为4mm～5mm。
8.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，步骤S300中，所述焊枪(140)与第一方向的夹角β1为5°～10°，与第二方向的夹角γ1为80°～85°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板(300)之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
9.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，步骤S400中，所述焊枪(140)与第一方向的夹角β2为25°～30°，与第二方向的夹角γ2为80°～85°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板(300)之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
10.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，步骤S500中，所述焊枪(140)与第一方向的夹角β3为15°～20°，与第二方向的夹角γ3为85°～90°，所述第一方向垂直于两个所述曲面分段薄板(300)之间的焊缝，所述第二方向平行于所述焊缝。
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