CN115740703A - 一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置及焊接方法，包括无导轨行走机构、焊枪调整滑台、埋弧焊机头总成和工控机，无导轨行走机构包括行走底盘，焊枪调整滑台和埋弧焊机头总成设置在行走底盘上，行走底盘设有行走履带，焊枪调整滑台包括沿竖向设置的X轴滑台、沿左右方向设置的Y轴滑台和沿前后方向设置的R轴滑台，R轴滑块的外侧固定设有夹具，夹具夹持焊枪；埋弧焊机头总成包括焊剂料斗，焊剂料斗与导丝机构连通，焊剂料斗的下端与焊接软管连通，送丝机构与焊丝盘连接，送丝机构和焊丝盘设有升降机构；本发明适用于船舶曲面分段大间隙埋弧焊焊缝，作业效率高、适用范围广、有效降低人工成本，提高焊接质量。

Description

一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及埋弧焊领域，尤其涉及一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置及焊接方法。

背景技术

埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，是一种生产效率较高自动化焊接工艺。该工艺具有焊接质量稳定、焊接效率高、无弧光及烟尘污染少等优点，使其成为一种普遍应用于船舶结构焊接作业的方法。

船体分段一般可分为平面分段和曲面分段两种形式，目前国内已有实现平面分段智能化流水生产的成功案例，而曲面分段焊接作业属于大倾斜位置焊接，焊接轨迹是三维曲线，焊缝仿形和空间姿态的变化给埋弧焊接机械的自动化、智能化带来了很大的困难，传统的轨道式埋弧焊装置焊接设备在船舶曲面分段大间隙埋弧焊接的应用中存在以下几个问题：

（1）装置需要沿着固定的轨道运动，在焊接前需要工人花费大量的时间对轨道进行安放和校正；

（2）焊接过程中，焊接装置不能对轨道误差或者焊缝直线度误差造成的偏移进行实时自动的调控，需要工人凭借经验进行调整；

（3）焊接装置的行进距离和焊接长度都受限于轨道的长度，灵活性低；

（4）由于轨道的存在，轨道式的埋弧焊焊接装置不方便携带，便携性差；

（5）焊接装置放置在倾斜的平面上工作时，沿装置侧面的倾斜度最大不得超过10度，否则有倾翻的危险；

（6）轨道埋弧焊装置的自动化和智能化程度低，无法实现焊缝宽窄的自适应调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置及焊接方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，包括无导轨行走机构、焊枪调整滑台、埋弧焊机头总成和工控机，所述无导轨行走机构包括行走底盘，所述焊枪调整滑台和埋弧焊机头总成设置在行走底盘上，所述行走底盘前端的一侧设有线激光传感器，所述行走底盘的两侧设有行走履带，所述行走底盘设有控制接口，所述工控机与控制接口连接，

所述焊枪调整滑台包括沿竖向设置的X轴滑台，所述X轴滑台设有X轴滑块，所述X轴滑台的侧面沿左右方向设有Y轴滑台，所述Y轴滑台与X轴滑块固定连接，所述Y轴滑台设有Y轴滑块，所述焊枪调整滑台的左侧沿前后方向设有R轴滑台，所述R轴滑台与Y轴滑块固定连接，所述R轴滑台设有R轴滑块，所述X轴滑块、Y轴滑块和R轴滑块由驱动电机控制动作，所述R轴滑块的外侧固定设有夹具，所述夹具夹持焊枪；

所述埋弧焊机头总成包括焊剂料斗，所述焊剂料斗的侧面与导丝机构连通，所述焊剂料斗的后端与送丝机构连通，所述焊剂料斗的下端与焊接软管连通，所述送丝机构与焊丝盘连接，所述送丝机构和焊丝盘设有升降机构。

进一步地，所述工控机包括手动控制模块和自动控制模块，所述手动控制模块设置小车运动速度，所述自动控制模块与驱动电机和线激光传感器连接。

进一步地，所述焊枪调整滑台通过滑台基座安装在行走底盘上，所述埋弧焊机头总成通过转接盘安装在行走底盘上。

进一步地，所述焊接软管设有电磁阀。

进一步地，所述线激光传感器通过传感器支架固定在行走底盘的前端。

进一步地，所述行走底盘的上端设有下吊环，所述升降机构的顶部设有上吊环。

一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过吊车将行走底盘移动至焊接工位附近；

步骤S2、安装焊丝盘，将焊丝穿过送丝机构；

步骤S3、对焊枪位置进行粗调，设置焊枪的位置、高度以及焊接工艺参数。

步骤S4、手动调节焊枪偏角，使焊枪沿着曲面切线运动时，焊枪垂直于焊缝；

步骤S5、执行焊枪在焊枪调整滑台上的回零操作，线激光传感器启动并开始扫描，将焊枪行进方向归正；

步骤S6、达到起弧点后，由工控机送出起弧信号，电磁阀收到起弧信号后打开，开始铺设焊剂、送丝；

步骤S7、进行焊接，焊接完成后清理焊缝表面焊剂，完成焊接作业。

进一步地，所述步骤S5包括以下步骤：

步骤S51、线激光传感器扫描焊缝，获取X轴滑台和Y轴滑台组成的十字滑块以及行走底盘的实时参数；

步骤S52、根据计算得到焊枪的目标位置并发出指示，驱动行走底盘沿焊缝方向运动，使得焊枪对焊缝进行自适应跟踪；

步骤S53、根据实时监测的焊缝宽度，实时调节焊接工艺参数以满足焊缝的宽窄变化。

本发明具有无导轨履带的行走机构，以及焊枪调整滑台的焊枪位置控制设计，适用于不同曲面的母材以及变曲率焊道运用，根据实时焊缝曲率，对焊枪角度进行自适应调整，实现曲面分段大间隙拼板变间隙焊缝的自适应跟踪，实时匹配最优焊接工艺参数。

本发明适用于船舶曲面分段大间隙埋弧焊焊缝，作业效率高、适用范围广、有效降低人工成本，提高焊接质量。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明无导轨行走机构的结构示意图；

图3为本发明焊枪调整滑台的结构示意图；

图4为本发明埋弧焊机头总成的结构示意图；

图5为本发明的工控机模块示意图。

附图标记：

1无导轨行走机构、2焊枪调整滑台、3埋弧焊机头总成、4行走底盘、

5线激光传感器、6传感器支架、7下吊环、8控制接口、

9 X轴滑台、10 Y轴滑台、11 R轴滑台、12焊枪、13夹具、

14驱动电机、15滑台基座、16焊接软管、17电磁阀、18送丝机构、

19焊剂料斗、20导丝机构、21上吊环、22焊丝盘、

23升降机构、24转接盘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，如图1所示，包括无导轨行走机构1、焊枪调整滑台2、埋弧焊机头总成3和工控机，无导轨行走机构1包括行走底盘4，焊枪12调整滑台2和埋弧焊机头总成3设置在行走底盘4上，如图2所示，行走底盘4前端的一侧设有线激光传感器5，线激光传感器5安装在传感器支架6上，传感器支架6固定在行走底盘4前端，行走底盘4的两侧设有行走履带，行走底盘4设有控制接口8，工控机与控制接口8连接。

如图3所示，焊枪调整滑台2包括沿竖向设置的X轴滑台9，X轴滑台9设有X轴滑块，X轴滑台9的侧面沿左右方向设有Y轴滑台10，Y轴滑台10与X轴滑块固定连接，Y轴滑台10设有Y轴滑块，焊枪12调整滑台2的左侧沿前后方向设有R轴滑台11，R轴滑台11与Y轴滑块固定连接，R轴滑台11设有R轴滑块，X轴滑块、Y轴滑块和R轴滑块由驱动电机14控制动作，R轴滑块的外侧固定设有夹具13，夹具13夹持焊枪12。

如图4所示，埋弧焊机头总成3包括焊剂料斗19，焊剂料斗19的侧面与导丝机构20连通，焊剂料斗19的后端与送丝机构18连通，焊剂料斗19的下端与焊接软管16连通，送丝机构18与焊丝盘22连接，送丝机构18和焊丝盘22设有升降机构23。

无导轨行走机构1作为埋弧焊接的执行主体，其中的行走底盘4采用履带式行走结构，行走底盘4通过磁吸吸附于待焊工件，通过调节驱动电机14控制行走底盘4的运行速度和转动速度，使焊枪12沿焊缝轨迹行走并执行相应的埋弧焊焊接工作任务。

焊接过程中，激光传感器5识别焊枪12与焊缝的偏差，X轴滑台9和Y轴滑台10组成的十字滑台判断焊枪调整滑台2与焊缝中点的偏差P；偏差P较大时，通过控制行走底盘4左右两侧的转动电机，使偏差P控制在一定范围内；偏差P较小时，仅控制X轴滑台9和Y轴滑台10组成的十字滑台，即可实现焊枪12精确跟踪焊缝。

焊枪调整滑台2通过滑台基座15安装在行走底盘4上，焊枪夹具13安装在R轴滑台11上，通过调节驱动电机14实现焊枪12上、下、左、右的调节，以及焊枪12平行于焊缝角度的手动调整。

埋弧焊机头总成3通过转接盘24安装在行走底盘4上，焊剂料斗19和焊丝盘22分别安装在埋弧焊机头总成3的两侧，满足施焊同时铺洒焊剂的作业要求，焊剂料斗19容量为六升，焊接软管16安装电磁阀17，电磁阀17可远程控制开闭。

本发明的焊接装置设有两处起吊结构，包括行走底盘4上端面的下吊环7和升降机构23顶部的上吊环21。

工控机包括手动控制模块和自动控制模块，手动控制模块设置行走底盘4履带运动速度，自动控制模块与驱动电机14和线激光传感器5连接。

如图5所示，工控机具体包括可视化控制界面、焊缝识别系统、焊缝跟踪及行走控制系统、自适应焊炬高度及角度调整控制系统、焊接工艺数据库。

可视化控制界面包含程序主界面，用于焊接工艺参数的设定以及手动控制和自动控制界面的操作，焊接工艺参数包括焊接电流、电压、焊接速度参数。

手动操作界面用于手动模式下，设置行走底盘4运动速度，可配合执行手动操作。

自动运行界面用于对焊接状态、行走底盘4运行状态、焊枪调整滑台2状态、实测的焊缝形状及状态进行实时显示。

程序调试界面用于控制无导轨行走机构1及焊枪调整滑台2中的驱动电机14。

焊接工艺数据库界面用于输入、调用焊接工艺参数。

焊缝识别系统用于确定焊缝实时图像及尺寸信息。

焊缝跟踪及行走控制系统用于计算焊枪12与焊缝中心之间偏差，输出无导轨行走机构1及焊枪调整滑台2中驱动电机14的控制量。

自适应焊炬高度及角度调整控制系统用于控制焊枪12的高度和角度。

焊接工艺数据库用于存储不同焊缝及工况下的焊接工艺数据。

本发明提供了一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过吊车7将行走底盘4移动至焊接工位附近；

步骤S2、安装焊丝盘22，将焊丝穿过送丝机构18；

步骤S3、调至手动模式，对焊枪12进行粗调，设置焊枪12的位置、高度以及焊接工艺参数。

步骤S4、手动调节焊枪12的偏角，确保当焊枪12沿着曲面切线运动时，焊枪12始终垂直于焊缝，以适应不同的曲面倾角；

步骤S5、调至自动控制模式，焊枪12执行焊枪调整滑台2上的回零操作，线激光传感器5启动并开始扫描，自动将焊枪12行进方向归正；

步骤S6、达到起弧点后，工控机送出起弧信号，电磁阀17收到起弧信号后打开，开始铺设焊剂、送丝；

步骤S7、进行焊接，焊接完成后清理焊缝表面焊剂，完成焊接作业；

其中，步骤S5包括以下步骤：

步骤S51、焊接作业中，线激光传感器5扫描焊缝，获取X轴滑台9和Y轴滑台10组成的十字滑块以及行走底盘4的实时参数；

步骤S52、根据计算得到焊枪12目标位置并发出指示，驱动行走底盘4沿焊缝方向运动，保证焊枪12对焊缝进行自适应跟踪；

步骤S53、根据实时监测的焊缝宽度，调集焊接工艺数据库的信息，实时调节焊接工艺参数，以满足焊缝的宽窄变化。

如果焊接过程中缺少焊剂、焊丝或者出现其他异常时，程序主界面出现提示，同时发出蜂鸣声或报警灯，提醒用户处理异常。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，包括无导轨行走机构、焊枪调整滑台、埋弧焊机头总成和工控机，所述无导轨行走机构包括行走底盘，所述焊枪调整滑台和埋弧焊机头总成设置在行走底盘上，所述行走底盘前端的一侧设有线激光传感器，所述行走底盘的两侧设有行走履带，所述行走底盘设有控制接口，所述工控机与控制接口连接，

所述焊枪调整滑台包括沿竖向设置的X轴滑台，所述X轴滑台设有X轴滑块，所述X轴滑台的侧面沿左右方向设有Y轴滑台，所述Y轴滑台与X轴滑块固定连接，所述Y轴滑台设有Y轴滑块，所述焊枪调整滑台的左侧沿前后方向设有R轴滑台，所述R轴滑台与Y轴滑块固定连接，所述R轴滑台设有R轴滑块，所述X轴滑块、Y轴滑块和R轴滑块由驱动电机控制动作，所述R轴滑块的外侧固定设有夹具，所述夹具夹持焊枪；

所述埋弧焊机头总成包括焊剂料斗，所述焊剂料斗的侧面与导丝机构连通，所述焊剂料斗的后端与送丝机构连通，所述焊剂料斗的下端与焊接软管连通，所述送丝机构与焊丝盘连接，所述送丝机构和焊丝盘设有升降机构。

2.根据权利要求1所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述工控机包括手动控制模块和自动控制模块，所述手动控制模块设置小车运动速度，所述自动控制模块与驱动电机和线激光传感器连接。

3.根据权利要求1所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述焊枪调整滑台通过滑台基座安装在行走底盘上，所述埋弧焊机头总成通过转接盘安装在行走底盘上。

4.根据权利要求1所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述焊接软管设有电磁阀。

5.根据权利要求1所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述线激光传感器通过传感器支架固定在行走底盘的前端。

6.根据权利要求1所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述行走底盘的上端设有下吊环，所述升降机构的顶部设有上吊环。

7.一种船舶曲面分段大间隙埋弧焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过吊车将行走底盘移动至焊接工位附近；

步骤S2、安装焊丝盘，将焊丝穿过送丝机构；

步骤S3、对焊枪位置进行粗调，设置焊枪的位置、高度以及焊接工艺参数；

步骤S4、手动调节焊枪偏角，使焊枪沿着曲面切线运动时，焊枪垂直于焊缝；

步骤S5、执行焊枪在焊枪调整滑台上的回零操作，线激光传感器启动并开始扫描，将焊枪行进方向归正；

步骤S6、达到起弧点后，由工控机送出起弧信号，电磁阀收到起弧信号后打开，开始铺设焊剂、送丝；

步骤S7、进行焊接，焊接完成后清理焊缝表面焊剂，完成焊接作业。

8.根据权利要求7所述的船舶曲面分段大间隙埋弧焊接装置，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：

步骤S51、线激光传感器扫描焊缝，获取X轴滑台和Y轴滑台组成的十字滑块以及行走底盘的实时参数；

步骤S52、根据计算得到焊枪的目标位置并发出指示，驱动行走底盘沿焊缝方向运动，使得焊枪对焊缝进行自适应跟踪；

步骤S53、根据实时监测的焊缝宽度，实时调节焊接工艺参数以满足焊缝的宽窄变化。

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