CN115722822A - 磁吸可移动轨道式管道焊接机器人和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了磁吸可移动轨道式管道焊接机器人和焊接方法，包括沿圆弧形弯曲的轨道本体，轨道本体的内侧沿自身圆弧分布有定位机构，定位机构通过磁力吸附在待焊接管道上，且定位机构能带动轨道本体分别沿待焊接管道的周向及轴向运动；轨道本体上还设有焊枪安装机构，焊枪安装机构固定有自动焊枪，焊枪安装机构与轨道本体滑动连接并能沿轨道本体的圆弧运动，焊枪安装机构与定位机构在轨道本体的圆弧轴向避开。本发明轨道本体为圆弧形，通过定位机构磁力吸附在待焊接管道上，安装便利性；通过定位机构带动轨道本体沿管道周向运动与轴向运动，使轨道本体与待焊坡口之间平行且同心，提高管道自动焊接的合格率。

Description

磁吸可移动轨道式管道焊接机器人和焊接方法

技术领域

本发明涉及轨道式焊接机器人技术领域，具体涉及一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人和焊接方法。

背景技术

管道接头通常都具有密封性的要求，对接是管道连接中较为常见的一种接头形式。针对对接接头的焊接，理想状态是通过变位机使得管道转动而焊枪无需移动，这样可使得焊接位置都处于平焊位置，焊接难度最低。但许多现场施工时管道无法做到旋转，只能依靠焊接人员采用手工焊及半自动焊进行作业；往往一个厚壁大管件的对接缝需要数位焊工，连续数日的施焊才能完成；由于手工焊受到诸多人为因素和工作环境的影响，通常一个厚壁管件接头要分多次焊，每焊约20mm后必须要进行一次检测，发现缺陷要进行清除、补焊，不仅焊工劳动强度大，更重要的是焊缝质量难以保证。

为了减少手工焊工艺对大管件对接工程带来的不良影响，提高安装工程的效率和质量，需要进行管道全位置自动化焊接机器人的研究。管道焊接机器人按照一定运动姿态高精度地移动焊枪，使焊枪沿着焊缝进行焊接作业，能实现最佳的焊接参数和焊接运动参数控制。常见的管道焊接机器人为轨道式焊接机器人，它采用封闭的轨道双焊机同时在左右两侧焊接。封闭的轨道虽然提供了更大的运动范围，两侧可以同时焊接，但是其缺点同样明显，环形封闭轨道的安装和点位就是一个难点，传统的轨道式焊接机器人一般采用分段合拢的轨道或弹性轨道，装夹定位极其麻烦，需要许多施工设备和人力实现轨道的安装。对于野外复杂的施工环境和施工人员的安全来说，现场安装封闭式轨道并不适用。

例如，公开号为CN104690456A的专利文献记载了一种管道焊接机器人，工作时，轨道的内齿圈与焊接机器人的驱动齿轮啮合以保证焊接机器人绕内齿圈运动，轨道圈与焊接机器人的内导向滚轮相切配合以实现对焊接机器人绕被焊接管道做周向运动。公开号为CN110732754A的专利文献记载了一种用于LNG管道对接的TIG焊接装置，包括环形轨道、移动小车模块和焊接模块；焊接模块设置在移动小车模块上且延伸出环形轨道。

上述现有技术同样存在上述环形封闭轨道的问题，即，安装和点位难，装夹定位麻烦等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决传统的轨道式焊接机器人的封闭轨道安装和定位困难的问题，本发明提供了一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人和焊接方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供了一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，包括沿圆弧形弯曲的轨道本体，所述轨道本体的内侧沿自身圆弧分布有定位机构，定位机构通过磁力吸附在待焊接管道上，并且定位机构能带动轨道本体分别沿待焊接管道的周向及轴向运动；所述轨道本体上还设有焊枪安装机构，焊枪安装机构上固定有自动焊枪，焊枪安装机构与轨道本体滑动连接并能沿轨道本体的圆弧运动，焊枪安装机构与所述定位机构在轨道本体的圆弧轴向避开。

本发明的有益效果是：

(1)本发明轨道本体为圆弧形，通过定位机构磁力吸附在待焊接管道上，解决了轨道式焊接机器人的安装便利性需求；(2)通过定位机构带动轨道本体沿管道周向运动与轴向运动，能与待焊接管道的焊接位置进行微调，以保证轨道本体与待焊坡口之间平行且同心，提高管道自动焊接的合格率；(3)通过焊枪安装机构沿轨道本体运动，提高了全位置焊接机器人的运动平稳性。本发明适合用于野外管道轨道式焊接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述焊枪安装机构包括围绕轨道本体布置的外壳，外壳正对所述轨道本体的内侧处设有开口并避开所述定位机构；外壳内设有齿轮和至少两个轮轴，每个轮轴上设有至少两个第一滑轮，第一滑轮与轨道本体的外侧表面接触并可沿轨道本体的圆弧周向滚动；所述轨道本体的内侧沿自身圆弧设有齿条，齿条与所述定位机构避开并与齿轮配合，外壳上还设有用于驱动齿轮的电机。

采用上述进一步改进，通过电机驱动齿轮在齿条上滚动，可控制焊枪安装机构沿轨道本体移动，便于控制移动速度，并防止焊枪安装机构产生多余的滑动，且运行平稳，保证焊接质量。

进一步的，所述外壳内还设有第二滑轮，第二滑轮与轨道本体的内侧表面接触并可沿轨道本体的圆弧周向滚动，第二滑轮与所述定位机构在轨道本体的圆弧轴向避开。

采用上述进一步改进，第二滑轮与第一滑轮共同接触轨道本体，使焊枪安装机构运行平稳。

进一步的，所述定位机构包括滚轮安装架、安装块，滚轮安装架上设有磁吸轮，磁吸轮用于吸附在待焊接管道上；滚轮安装架与安装块通过丝杆形成丝杆副连接，磁吸轮的轴线与丝杆均平行于轨道本体的圆弧轴线布置，安装块用于与轨道本体内侧连接。

采用上述进一步改进，通过丝杆驱动使滚轮安装架与安装块产生沿轨道本体的圆弧轴线方向的相对运动，从而调节轨道本体沿管道轴线的位置，便于微调，使轨道本体与待焊接焊缝同心且自动焊枪正对待焊接焊缝。

进一步的，所述磁吸轮内设有用于驱动自身转动的轮毂电机。

采用上述进一步改进，方便控制磁吸轮运动，且不占用额外空间。

进一步的，所述滚轮安装架靠近安装块的一侧设有导轨，导轨平行于丝杆布置，安装块与导轨滑动连接，安装块与丝杆螺接，丝杆与滚轮安装架活动连接。

采用上述进一步改进，提高滚轮安装架与安装块相对运动的平稳性。

进一步的，所述滚轮安装架上设有用于驱动丝杆转动的微型电机。

采用上述进一步改进，便于控制滚轮安装架与安装块之间的相对运动，操作方便。

进一步的，所述导轨的数量为两件并分别布置于丝杆两侧。

进一步的，所述沿圆弧形弯曲的轨道本体的圆心角度为90°～210°。

采用上述进一步改进，恰好能对待焊接管道形成半包围结构，与管道的接触面大，便于定位机构牢固地吸合在管道上；同时与管道组装时不会产生结构干涉，方便组装。

进一步的，所述沿圆弧形弯曲的轨道本体的圆心角度为150°～180°。

实施例二：

本发明还提供了一种管道焊接方法，基于上述磁吸可移动轨道式管道焊接机器人实现，包括如下步骤：

S1、对待焊接管道进行坡口加工，完成管道对接，对接缝为待焊部位；

S2、将组装完成的轨道本体、定位机构、焊枪安装机构整体放置在待焊接管道的待焊部位，自动焊枪固定在焊枪安装机构上；

S3、利用定位机构带动轨道本体沿待焊接管道轴向微调，使轨道本体与待焊接管道的坡口之间平行且同心；

S4、焊枪安装机构带动自动焊枪沿轨道本体的圆弧运动，完成待焊部位的周向部分焊接；

S5、定位机构带动轨道本体沿待焊接管道的周向运动，同时焊枪安装机构回复至上次运动前的位置，使自动焊枪正对上次周向部分焊接的终点；

S6、重复步骤S4-S5，直至所述待焊部位周向焊接完成。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的焊枪安装机构的结构示意图。

图3为本发明的定位机构的结构示意图。

图4为本发明安装于待焊接管道上的结构示意图。

附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：

1-轨道本体；2-定位机构；3-焊枪安装机构；4-自动焊枪；5-外壳；6-轮轴；7-第一滑轮；8-齿轮；9-齿条；10-第二滑轮；11-滚轮安装架；12-安装块；13-磁吸轮；14-丝杆；15-导轨；20-待焊接管道。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明参见图1-4。

实施例一：

本发明提供了一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，包括沿圆弧形弯曲的轨道本体1，所述轨道本体1的内侧沿自身圆弧分布有定位机构2，定位机构2通过磁力吸附在待焊接管道20上，并且定位机构2能带动轨道本体1分别沿待焊接管道20的周向及轴向运动；所述轨道本体1上还设有焊枪安装机构3，焊枪安装机构3上固定有自动焊枪4，焊枪安装机构3与轨道本体1滑动连接并能沿轨道本体1的圆弧运动，焊枪安装机构3与所述定位机构2在轨道本体1的圆弧轴向避开。

注：焊枪安装机构3与所述定位机构2在轨道本体1的圆弧轴向避开，由于定位机构2是位于轨道本体1的内侧，只需要焊枪安装机构3在轨道本体1的内侧对应定位机构2的位置开口即可。

原理：如图1、4所示，定位机构2通过磁力吸附在待焊接管道20上，安装时无需进行复杂的零件组装，通过定位机构2带动轨道本体1沿自身圆弧的轴向运动，使自动焊枪4正对待焊接焊缝。焊枪安装机构3上固定有自动焊枪4，焊枪安装机构3沿轨道本体1的圆弧运动时，带动自动焊枪4进行环焊缝的焊接；完成管道部分周向焊接后，定位机构2带动轨道本体1沿自身圆弧的周向运动，可使焊枪安装机构3退回到运动前的相对于轨道本体1位置，自动焊枪4对准上次焊接的终点，焊枪安装机构3再次沿轨道本体1的圆弧运动，带动自动焊枪4继续进行环焊缝的焊接，直至环焊缝整圈焊接完毕。自动焊枪4的松丝、起弧属于焊机领域，与本发明所解决的技术问题无关且为现有技术，例如气体保护焊枪、埋弧自动焊枪4等。

综上：(1)本发明轨道本体1为圆弧形，通过定位机构2磁力吸附在待焊接管道20上，解决了轨道式焊接机器人的安装便利性需求；(2)通过定位机构2带动轨道本体1沿管道周向运动与轴向运动，能与待焊接管道20的焊接位置进行微调，以保证轨道本体1与待焊坡口之间平行且同心，提高管道自动焊接的合格率；(3)通过焊枪安装机构3沿轨道本体1运动，提高了全位置焊接机器人的运动平稳性。本发明适合用于野外管道轨道式焊接。

进一步的，所述焊枪安装机构3包括围绕轨道本体1布置的外壳5，外壳5正对所述轨道本体1的内侧处设有开口并避开所述定位机构2；外壳5内设有齿轮8和至少两个轮轴6，每个轮轴6上设有至少两个第一滑轮7，第一滑轮7与轨道本体1的外侧表面接触并可沿轨道本体1的圆弧周向滚动；所述轨道本体1的内侧沿自身圆弧设有齿条9，齿条9与所述定位机构2避开并与齿轮8配合，外壳5上还设有用于驱动齿轮8的电机。

注：外壳5正对所述轨道本体1的内侧处设有开口并避开所述定位机构2，指外壳5通过开口，使外壳沿轨道本体1运动时，自身实体部分与所述定位机构2避开。例如开口与定位机构2均位于轨道本体1的圆弧轴向中部或一侧。齿条9与所述定位机构2避开，由于齿条9的宽度小于轨道本体1，可以齿条9安装于轨道本体1的圆弧轴向一侧，定位机构2安装于另一侧或中部。

采用上述进一步改进，通过电机驱动齿轮8在齿条9上滚动，可控制焊枪安装机构3沿轨道本体1移动，便于控制移动速度，并防止焊枪安装机构3产生多余的滑动，且运行平稳，保证焊接质量。

进一步的，所述外壳5内还设有第二滑轮10，第二滑轮10与轨道本体1的内侧表面接触并可沿轨道本体1的圆弧周向滚动，第二滑轮10与所述定位机构2在轨道本体1的圆弧轴向避开。

注：第二滑轮10与所述定位机构2在轨道本体1的圆弧轴向避开,同前述“使外壳沿轨道本体1运动时，自身实体部分与所述定位机构2避开。”，第二滑轮10可以看做外壳5上的实体部分。

采用上述进一步改进，第二滑轮10与第一滑轮7共同接触轨道本体1，使焊枪安装机构3运行平稳。

进一步的，所述定位机构2包括滚轮安装架11、安装块12，滚轮安装架11上设有磁吸轮13，磁吸轮13用于吸附在待焊接管道20上；滚轮安装架11与安装块12通过丝杆14形成丝杆14副连接，磁吸轮13的轴线与丝杆14均平行于轨道本体1的圆弧轴线布置，安装块12用于与轨道本体1内侧连接。

采用上述进一步改进，通过丝杆14驱动使滚轮安装架11与安装块12产生沿轨道本体1的圆弧轴线方向的相对运动，从而调节轨道本体1沿管道轴线的位置，便于微调，使轨道本体1与待焊接焊缝同心且自动焊枪4正对待焊接焊缝。

进一步的，所述磁吸轮13内设有用于驱动自身转动的轮毂电机。

采用上述进一步改进，方便控制磁吸轮13运动，且不占用额外空间。

进一步的，所述滚轮安装架11靠近安装块12的一侧设有导轨15，导轨15平行于丝杆14布置，安装块12与导轨15滑动连接，安装块12与丝杆14螺接，丝杆14与滚轮安装架11活动连接。

采用上述进一步改进，提高滚轮安装架11与安装块12相对运动的平稳性。

进一步的，所述滚轮安装架11上设有用于驱动丝杆14转动的微型电机。

采用上述进一步改进，便于控制滚轮安装架11与安装块12之间的相对运动，操作方便。

进一步的，所述导轨15的数量为两件并分别布置于丝杆14两侧。

进一步的，所述沿圆弧形弯曲的轨道本体1的圆心角度为90°～210°。

采用上述进一步改进，恰好能对待焊接管道20形成半包围结构，与管道的接触面大，便于定位机构2牢固地吸合在管道上；同时与管道组装时不会产生结构干涉，方便组装。

进一步的，所述沿圆弧形弯曲的轨道本体1的圆心角度为150°～180°。

实施例二：

本发明还提供了一种管道焊接方法，基于上述磁吸可移动轨道式管道焊接机器人实现，包括如下步骤：

S1、对待焊接管道20进行坡口加工，完成管道对接，对接缝为待焊部位；

S2、将组装完成的轨道本体1、定位机构2、焊枪安装机构3整体放置在待焊接管道20的待焊部位，自动焊枪4固定在焊枪安装机构3上；

S3、利用定位机构2带动轨道本体1沿待焊接管道20轴向微调，使轨道本体1与待焊接管道20的坡口之间平行且同心；

S4、焊枪安装机构3带动自动焊枪4沿轨道本体1的圆弧运动，完成待焊部位的周向部分焊接；

S5、定位机构2带动轨道本体1沿待焊接管道20的周向运动，同时焊枪安装机构3回复至上次运动前的位置，使自动焊枪4正对上次周向部分焊接的终点；

S6、重复步骤S4-S5，直至所述待焊部位周向焊接完成。

在本发明的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便理解本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体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，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，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；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

在本发明中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本发明所概括的范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本申请文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：包括沿圆弧形弯曲的轨道本体(1)，所述轨道本体(1)的内侧沿自身圆弧分布有定位机构(2)，定位机构(2)通过磁力吸附在待焊接管道(20)上，并且定位机构(2)能带动轨道本体(1)分别沿待焊接管道(20)的周向及轴向运动；所述轨道本体(1)上还设有焊枪安装机构(3)，焊枪安装机构(3)上固定有自动焊枪(4)，焊枪安装机构(3)与轨道本体(1)滑动连接并能沿轨道本体(1)的圆弧运动，焊枪安装机构(3)与所述定位机构(2)在轨道本体(1)的圆弧轴向避开。

2.根据权利要求1所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述焊枪安装机构(3)包括围绕轨道本体(1)布置的外壳(5)，外壳(5)正对所述轨道本体(1)的内侧处设有开口并避开所述定位机构(2)；外壳(5)内设有齿轮(8)和至少两个轮轴(6)，每个轮轴(6)上设有至少两个第一滑轮(7)，第一滑轮(7)与轨道本体(1)的外侧表面接触并可沿轨道本体(1)的圆弧周向滚动；所述轨道本体(1)的内侧沿自身圆弧设有齿条(9)，齿条(9)与所述定位机构(2)避开并与齿轮(8)配合，外壳(5)上还设有用于驱动齿轮(8)的电机。

3.根据权利要求2所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述外壳(5)内还设有第二滑轮(10)，第二滑轮(10)与轨道本体(1)的内侧表面接触并可沿轨道本体(1)的圆弧周向滚动，第二滑轮(10)与所述定位机构(2)在轨道本体(1)的圆弧轴向避开。

4.根据权利要求1所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述定位机构(2)包括滚轮安装架(11)、安装块(12)，滚轮安装架(11)上设有磁吸轮(13)，磁吸轮(13)用于吸附在待焊接管道(20)上；滚轮安装架(11)与安装块(12)通过丝杆(14)形成丝杆(14)副连接，磁吸轮(13)的轴线与丝杆(14)均平行于轨道本体(1)的圆弧轴线布置，安装块(12)用于与轨道本体(1)内侧连接。

5.根据权利要求4所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述磁吸轮(13)内设有用于驱动自身转动的轮毂电机。

6.根据权利要求4所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述滚轮安装架(11)靠近安装块(12)的一侧设有导轨(15)，导轨(15)平行于丝杆(14)布置，安装块(12)与导轨(15)滑动连接，安装块(12)与丝杆(14)螺接，丝杆(14)与滚轮安装架(11)活动连接。

7.根据权利要求6所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述导轨(15)的数量为两件并分别布置于丝杆(14)两侧。

8.根据权利要求4所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述滚轮安装架(11)上设有用于驱动丝杆(14)转动的微型电机。

9.根据权利要求1所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，其特征在于：所述沿圆弧形弯曲的轨道本体(1)的圆心角度为90°～210°。

10.一种管道焊接方法，基于权利要求1-9任一项所述的磁吸可移动轨道式管道焊接机器人实现，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对待焊接管道(20)进行坡口加工，完成管道对接，对接缝为待焊部位；

S2、将组装完成的轨道本体(1)、定位机构(2)、焊枪安装机构(3)整体放置在待焊接管道(20)的待焊部位，自动焊枪(4)固定在焊枪安装机构(3)上；

S3、利用定位机构(2)带动轨道本体(1)沿待焊接管道(20)轴向微调，使轨道本体(1)与待焊接管道(20)的坡口之间平行且同心；

S4、焊枪安装机构(3)带动自动焊枪(4)沿轨道本体(1)的圆弧运动，完成待焊部位的周向部分焊接；

S5、定位机构(2)带动轨道本体(1)沿待焊接管道(20)的周向运动，同时焊枪安装机构(3)回复至上次运动前的位置，使自动焊枪(4)正对上次周向部分焊接的终点；

S6、重复步骤S4-S5，直至所述待焊部位周向焊接完成。

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