CN116810224A - 管型构件高效自动化焊接装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于焊接装置领域，具体涉及一种管型构件高效自动化焊接装置，以解决现有的导管在滚轮架上焊接时的精度和效率较低的问题，其包括管型构件定位机构和管型构件焊接机构；管型构件定位机构包括用于对管型构件的一端进行固定的夹持组件，用于驱动管型构件绕轴线转动的驱动组件，以及用于对管型构件底部进行承托的支撑组件；管型构件焊接机构包括焊接机器人和用于驱动焊接机器人移动的控制组件。本申请具有通过夹持组件对管型构件的一端进行夹持固定，支撑组件对管型构件的底部进行承托，控制组件使焊接机器人进入管型构件的内部，对加强环和管型构件之间进行焊接，焊接过程中管型构件位置稳定，提高管型构件的焊接精度和焊接效率。

Description

管型构件高效自动化焊接装置

技术领域

本申请属于焊接装置领域，更具体地，涉及管型构件高效自动化焊接装置。

背景技术

随着陆地油气资源的逐渐减少，海洋油气资源的开发和利用已经愈发受到重视，深水海洋石油平台是开发海洋油气资源的重要依托。深水海洋石油平台结构中的导管架是其主体钢结构，其中导管通常使用厚板卷制再焊接而成，同时为加强导管在深海海况中的承载能力，需要在导管内部焊接加强环或压溃环增加其结构强度，且工艺要求加强环焊接均应采用双面开坡口双面焊接。目前管型构件内加强环与压溃环焊接多采用人工或半自动焊接小车的焊接方式，焊接过程将管型构件竖直放置，完成加强环一侧焊接之后翻转管型构件焊接另一侧，焊接效率低，且工人在管型构件内焊接作业环境恶劣。

机器人自动焊接可有效解决上述问题，然而现有的导管在机器人焊接加强环时，通常的方式为：将卷制焊接后的导管水平放置，使用滚轮架支撑，由电机驱动滚轮带动导管旋转，将焊接机器人手臂伸入导管内，导管在转动过程中，焊接机器人对加强环和导管的内壁之间进行焊接。

现有相关技术中存在以下问题：滚轮架与导管依靠摩擦传动，容易出现打滑错位的现象，影响焊接的稳定性和焊接质量；同时由于导管外表面存在余高明显的纵向焊缝，当纵向焊缝转动到滚轮架处时，凸起的余高会与滚轮碰撞，使导管发生颠簸，产生的振动会影响导管与加强环的焊接质量。

发明内容

为了提高导管与加强环之间的焊接精度和焊接效率，本申请提供一种管型构件高效自动化焊接装置。

本申请提供的一种管型构件高效自动化焊接装置,采用如下的技术方案：

一种管型构件高效自动化焊接装置，包括管型构件定位机构和管型构件焊接机构；所述管型构件定位机构包括用于对管型构件的一端进行固定的夹持组件，用于驱动管型构件绕轴线转动的驱动组件，以及用于对管型构件底部进行承托的支撑组件，管型构件转动过程中，支撑组件对管型构件承托的同时避让运动中的纵焊缝；所述管型构件焊接机构包括焊接机器人和用于驱动焊接机器人移动的控制组件。

通过采用上述技术方案，在管型构件内焊接加强环时，通过夹持组件对管型构件的一端进行夹持固定，支撑组件对管型构件的底部进行承托，且能够对管型构件上的纵焊缝进行避让，使管型构件的位置更加稳定，通过控制组件使焊接机器人进入管型构件的内部，从而能够对加强环和管型构件之间进行焊接，且驱动组件驱动管型构件发生转动，完成加强环的一周与管型构件内壁的焊接，焊接过程中管型构件位置稳定，从而能够提高管型构件与加强环之间的焊接精度和焊接效率。

作为进一步优选的，所述夹持组件包括固定架和设置有多个活动卡爪的自定心卡盘，多个所述活动卡爪环绕设置，所述自定心卡盘转动连接于固定架上，所述自定心卡盘上设置有用于驱动多个活动卡爪相互靠近或远离的第一驱动件，所述驱动组件用于驱动自定心卡盘转动。

通过采用上述技术方案，将管型构件的一端放置于自定心卡盘的中部，通过第一驱动件驱动多个活动卡爪运动，使活动卡爪与管型构件的外壁抵接，从而将管型构件固定，再通过第二驱动件驱动自定心卡盘发生转动，从而能够带动管型构件转动，结构简单，操作方便，提高加工效率且工人劳动强度较低。

作为进一步优选的，所述支撑组件包括支撑架、多个滚轮和伸缩支架，多个所述伸缩支架均设置于支撑架上，所述滚轮转动连接于对应的伸缩支架上，所述滚轮的转动轴线与管型构件的轴线相平行，所述支撑组件还包括有用于驱动伸缩支架伸缩的第二驱动件，所述第二驱动件设置于支撑架上。

通过采用上述技术方案，第二驱动件驱动伸缩支架伸长能够使滚轮与管型构件外壁接触，通过滚轮对管型构件进行支撑，使支撑组件能够适用于不同管径的管型构件，适用性更好。

作为进一步优选的，所述第二驱动件包括液压缸和用于检测管型构件焊缝的位移传感器，所述液压缸固定安装于所述支撑架上，所述伸缩支架设置于液压缸的活塞杆上，所述位移传感器设置于所述伸缩支架靠近滚轮的一端且与液压缸电性连接。

通过采用上述技术方案，液压缸驱动伸缩支架伸长，从而使滚轮与管型构件的外壁抵接，多个滚轮对管型构件实现支撑，伸缩组件上的位移传感器能够对管型构件外壁上的焊缝进行检测，当管型构件转动使焊缝靠近滚轮时，对应的位移传感器驱使液压缸启动，从而使伸缩支架缩短，滚轮与管型构件的外壁脱离，滚轮避让焊缝后，液压缸使伸缩支架伸长，滚轮与管型构件的外壁接触进行支撑，多个滚轮依次避让管型构件上的焊缝，使管型构件在转动过程中更加稳定，从而在焊接过程中效果更好。

作为进一步优选的，所述支撑架的底部设置有固定于地面上的支撑轨道，所述支撑架沿管型构件的轴线方向滑动设置于支撑轨道上。

通过采用上述技术方案，支撑架在支撑轨道上滑动，从而调节滚轮对管型构件的支撑位置，能够根据管型构件的长度调节支撑架的位置，使滚轮对管型构件不同的位置进行支撑，提高支撑效果，使管型构件在焊接过程中更加稳定。

作为进一步优选的，所述自定心卡盘上设置有卡爪基座，所述活动卡爪与卡爪基座可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，活动卡爪与卡爪基座之间为可拆卸连接，从而能够对活动卡爪进行拆卸更换，以便于根据管型构件的规格更换为不同型号的活动卡爪，以提高对管型构件的夹持固定的效果。

作为进一步优选的，所述自定心卡盘的中部开设有穿孔，所述管型构件焊接机构设置有两组，两组所述管型构件焊接机构分别位于所述固定架的两侧，两组所述管型构件焊接机构能够从管型构件的两端进入进行焊接。

通过采用上述技术方案，焊接机器人能够穿过穿孔进入管型构件的内部，从而能够同时从两侧对管型构件和加强环同时进行焊接，提高加强环和管型构件之间的焊接效果且效率更高。

作为进一步优选的，所述控制组件包括安装架、推送件和支架本体，所述安装架设置于支架本体上，所述焊接机器人设置于安装架上，所述推送件用于驱动安装架沿管型构件的轴线方向运动。

通过采用上述技术方案，推送件驱动在安装架带动焊接机器人运动，使焊接机器人沿管型构件的轴线方向运动，能够实现对管型构件的纵向连接缝进行焊接，且在焊接加强环时，能够准确将焊接机器人输送至合适的位置，以便于对加强环和管型构件之间进行焊接。

作为进一步优选的，所述推送件包括驱动电机、丝杆和滑块，所述驱动电机固定安装于所述安装架上，所述丝杆同轴固定连接于驱动电机的输出轴上，所述滑块滑动连接于安装架上，所述滑块与丝杆螺纹连接适配，所述滑块固定设置于所述支架本体上。

通过采用上述技术方案，启动驱动电机带动丝杆转动，丝杆转动能够驱动安装架相对滑块运动，从而带动焊接机器人的位置发生变化，且滑块滑动过程中较为稳定，从而提高焊接机器人运动的稳定性，使焊接精度更好。

作为进一步优选的，所述支架本体包括抬高件和变位轨道，所述抬高件滑动设置于变位轨道上，所述滑块设置于抬高件的输出端，所述推送件、抬高件和变位轨道配合使所述焊接机器人在空间中移动。

通过采用上述技术方案，抬高件在变位轨道上滑动，同时抬高件能够驱动滑块在竖直方向上移动，使得焊接机器人能够移动至管型构件的内侧或外侧，便于使焊接机器人对管型构件外侧连接缝焊接完成后，将其移动至内侧进行焊接连接缝或者焊接加强环。

综上所述，本申请包括以下至少有益技术效果：

1.在管型构件内焊接加强环时，通过夹持组件对管型构件的一端进行夹持固定，支撑组件对管型构件的底部进行承托，保证工件变位精度，进而保证焊接质量，通过管型构件两侧的控制组件使两台焊接机器人分别进入管型构件的内部，从而实现焊接装置由两侧同时对加强环和管型构件之间进行焊接，且驱动组件驱动管型构件发生转动，完成加强环的一周与管型构件的焊接，焊接过程中管型构件位置稳定，从而能够提高管型构件与加强环之间的焊接精度和焊接效率；

2.液压缸驱动伸缩支架伸长，从而使滚轮与管型构件的外壁抵接，多个滚轮对管型构件实现支撑，能够适用于对不同管径的管型构件进行支撑，伸缩组件上的位移传感器能够对管型构件外壁上的余高明显的纵焊缝进行检测，当管型构件转动使焊缝靠近滚轮时，对应的位移传感器驱使液压缸启动，从而使伸缩支架缩短，滚轮与管型构件的外壁脱离，同时其他滚轮继续支撑管型构件，不影响管型构件的稳定性，滚轮避让焊缝后，液压缸使伸缩支架伸长，滚轮与管型构件的外壁接触进行支撑，多个滚轮依次避让管型构件上的焊缝，使管型构件在转动过程中更加稳定，从而在焊接过程中有效避免的纵缝可能引起的管型构件颠簸振动，保证焊接稳定性和质量；

3.推送件、抬高件和变位轨道配合使焊接机器人在空间中移动，能够先对卷制后的管型构件外壁和内壁的连接缝进行焊接，焊接完成后再对加强环和管型构件之间进行焊接，使管型构件的加工效率更高。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例的正视结构示意图；

图3是本申请实施例的侧视结构示意图；

图4是本申请实施例的俯视结构示意图；

图5是本申请实施例焊接管型构件连接缝的整体结构示意图；

图6是本申请实施例焊接管型构件和加强环的整体结构示意图；

图7是本申请实施例变位轨道和抬高件的整体结构示意图；

图8是本申请实施例展示固定架的整体结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1、管型构件定位机构；11、夹持组件；111、固定架；112、自定心卡盘；1121、穿孔；113、活动卡爪；114、卡爪基座；115、第一驱动件；12、驱动组件；13、支撑组件；131、支撑架；132、滚轮；133、伸缩支架；134、第二驱动件；1341、液压缸；1342、位移传感器；135、支撑轨道；2、管型构件焊接机构；21、焊接机器人；22、控制组件；221、安装架；222、推送件；2221、驱动电机；2222、丝杆；2223、滑块；223、抬高件；224、变位轨道；225、固定架。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种管型构件高效自动化焊接装置。

参照图1，管型构件高效自动化焊接装置包括管型构件定位机构1、管型构件焊接机构2，通过管型构件定位机构1对管型构件进行固定，以便于管型构件焊接机构2对管型构件上的连接缝进行焊接，且管型构件定位机构1能够驱动管型构件发生转动，以便于管型构件连接缝焊接完成之后，管型构件焊接机构2对管型构件内的加强环进行焊接，同样的，本实施例对管型构件内其他零部件的焊接适用。

为便于对管型构件进行夹持固定，管型构件定位机构1包括用于对管型构件的一端进行固定的夹持组件11，夹持组件11包括固定架111和设置有多个活动卡爪113的自定心卡盘112，固定架111固定连接于地面上，自定心卡盘112转动连接于固定架111上且轴线为水平方向，本实施例中活动卡爪113设置有三个，自定心卡盘112上滑动连接有三个卡爪基座114，活动卡爪113与卡爪基座114为可拆卸连接，通过螺钉将活动卡爪113固定连接于卡爪基座114上，能够对活动卡爪113进行拆卸更换，以便于根据管型构件的规格更换为不同型号的活动卡爪113，三个活动卡爪113环绕设置，自定心卡盘112上设置有用于驱动三个活动卡爪113相互靠近或远离的第一驱动件115，将管型构件水平放置且一端插入三个活动卡爪113之间，三个活动卡爪113相互靠近能够对管型构件夹紧固定，第一驱动件115包括转盘和旋转电机，转盘同轴转动连接于自定心卡盘112上，转盘靠近卡爪基座114的一侧设置有螺旋纹，卡爪基座114上开设有与螺旋纹嵌入适配的凹槽，旋转电机驱动转盘转动，从而带动三个活动卡爪113相互靠近或者相互远离，该结构为自定心卡盘112常规使用原理，因此未在图中示出。

为提高管型构件的稳定性，管型构件定位机构1还包括用于对管型构件底部进行承托的支撑组件13，支撑组件13包括支撑架131、多个滚轮132和伸缩支架133，多个伸缩支架133均固定安装于支撑架131上，滚轮132转动连接于对应的伸缩支架133上，滚轮132的转动轴线与管型构件的轴线相平行，支撑架131上设置有用于驱动伸缩支架133伸缩使滚轮132与管型构件外壁接触或脱离的第二驱动件134，第二驱动件134驱动伸缩支架133伸长能够使滚轮132与管型构件外壁接触，通过滚轮132对管型构件进行支撑，使支撑组件13能够适用于不同管径的管型构件的支撑；

支撑架131的底部设置有固定于地面上的支撑轨道135，支撑架131沿管型构件的轴线方向滑动连接于支撑轨道135上，支撑架131在支撑轨道135上滑动，从而调节滚轮132对管型构件的支撑位置，能够根据管型构件的长度调节支撑架131的位置，使滚轮132对管型构件不同的位置进行支撑，提高支撑效果。

管型构件通常由具有一定厚度的钢板卷制焊接而成，卷制后的管型构件在夹紧固定后，通过管型构件焊接机构2对管型构件的连接缝进行焊接，具体的，管型构件焊接机构2包括焊接机器人21和用于驱动焊接机器人21移动的控制组件22，焊接机器人21采用六轴工业机器人，实际焊接过程中，还需要设置焊接电源、焊接电缆、焊枪、送丝机和保护气装置，焊枪固定连接于焊接机器人21上，焊接电缆连接焊枪和焊接电源，焊接过程焊接机器人携带焊枪进入管内或关外，对焊缝进行焊接；

自定心卡盘112的中部开设有穿孔1121，管型构件焊接机构2设置有两组，两组管型构件焊接机构2分别位于固定架111的两侧，焊接机器人21能够穿过穿孔1121进入管型构件的内部，从而能够同时从两侧对管型构件和加强环同时进行焊接，提高加强环和管型构件之间的焊接效果且效率更高；

具体的，控制组件22驱动焊接机器人21沿管型构件的轴线方向运动，对管型构件的连接缝进行焊接，本实施例中，控制组件22包括安装架221、推送件222和支架本体，安装架221设置于支架本体上，焊接机器人21固定安装于安装架221上，推送件222用于驱动安装架221沿管型构件的轴线方向运动；

推送件222包括驱动电机2221、丝杆2222和滑块2223，驱动电机2221固定安装于安装架221上，丝杆2222同轴固定连接于驱动电机2221的输出轴上，丝杆2222的轴线方向与管型构件的轴线方向相平行，滑块2223滑动连接于安装架221上，滑块2223套设于丝杆2222上且与丝杆2222螺纹连接适配，滑块2223固定设置于支架本体上，启动驱动电机2221带动丝杆2222转动，丝杆2222转动能够驱动安装架221相对滑块2223滑动，从而驱动焊接机器人21沿管型构件的轴线方向运动，使焊接机器人21对管型构件的连接缝进行焊接；

支架本体包括抬高件223和变位轨道224，抬高件223滑动设置于变位轨道224上，滑块2223设置于抬高件223的输出端，推送件222、抬高件223和变位轨道224配合使所述焊接机器人21在空间中移动，安装架221沿水平方向滑动设置于变位轨道224上，且安装架221滑动方向与管型构件的轴线方向相垂直，抬高件223设置于变位轨道224和安装架221之间以用于抬高安装架221，具体的，抬高件223优选为在变位轨道224上滑动连接的竖直设置的无杆气缸，滑块2223固定安装于无杆气缸的输出轴上，即抬高件223的输出端，通过推送件222、抬高件223和变位轨道224配合使焊接机器人21在空间中移动；

支架本体还可为固定于地面上的固定架225，滑块2223固定连接于固定架225上，启动驱动电机2221带动丝杆2222转动，丝杆2222转动能够驱动安装架221相对滑块2223滑动，从而驱动焊接机器人21沿管型构件的轴线方向运动；

两组焊接机器人21能够同时对卷制后的管型构件外壁和内壁的连接缝进行焊接，实现双弧双面焊接，焊接完成后，使焊接外壁连接缝的焊接机器人21移动至管型构件的内部，再对加强环和管型构件之间进行焊接，使管型构件的加工效率更高；支架本体采用固定架225或者抬高件223和变位轨道224组合，可根据加工需要任意搭配。

管型构件连接缝焊接完成后，对管型构件内部的加强环进行焊接，在焊接加强环时使管型构件转动，自定心卡盘112转动连接于固定架111上，管型构件定位机构1包括驱动自定心卡盘112转动的驱动组件12，驱动组件12包括伺服电机和减速器，伺服电机通过减速器与自定心卡盘112的外周壁连接，启动伺服电机后带动自定心卡盘112转动，从而带动管型构件转动，以便于焊接机器人21完成加强环的一周与管型构件的焊接；

为避免管型构件上的焊缝与滚轮132接触后发生振动影响焊接效果，管型构件转动过程中，支撑组件13对管型构件承托的同时避让运动中的纵焊缝，第二驱动件134包括液压缸1341和用于检测管型构件焊缝的位移传感器1342，液压缸1341固定安装于支撑架131上，伸缩支架133安装于液压缸1341的活塞杆上，位移传感器1342固定安装于伸缩支架133靠近滚轮132的一端且与液压缸1341电性连接，液压缸1341驱动伸缩支架133伸长，从而使滚轮132与管型构件的外壁抵接，多个滚轮132对管型构件实现支撑，伸缩组件上的位移传感器1342能够对管型构件外壁上的焊缝进行检测，当管型构件转动使焊缝靠近滚轮132时，对应的位移传感器1342驱使液压缸1341启动，从而使伸缩支架133缩短，滚轮132与管型构件的外壁脱离，滚轮132避让焊缝后，液压缸1341使伸缩支架133伸长，滚轮132与管型构件的外壁接触进行支撑，多个滚轮132依次避让管型构件上的焊缝，使管型构件在转动过程中更加稳定。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：包括管型构件定位机构(1)和管型构件焊接机构(2)；

所述管型构件定位机构(1)包括用于对管型构件的一端进行固定的夹持组件(11)，用于驱动管型构件绕轴线转动的驱动组件(12)，以及用于对管型构件底部进行承托的支撑组件(13)，管型构件转动过程中，所述支撑组件(13)对管型构件承托的同时能够避让管型构件上的纵焊缝；

所述管型构件焊接机构(2)包括焊接机器人(21)和用于驱动焊接机器人(21)移动的控制组件(22)。

2.根据权利要求1所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述夹持组件(11)包括固定架(111)和设置有多个活动卡爪(113)的自定心卡盘(112)，多个所述活动卡爪(113)环绕设置，所述自定心卡盘(112)转动设置于固定架(111)上，所述自定心卡盘(112)上设置有用于驱动多个活动卡爪(113)相互靠近或远离的第一驱动件(115)，所述驱动组件(12)用于驱动自定心卡盘(112)转动。

3.根据权利要求1所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述支撑组件(13)包括支撑架(131)、多个滚轮(132)和伸缩支架(133)，多个所述伸缩支架(133)均设置于支撑架(131)上，所述滚轮(132)转动连接于对应的伸缩支架(133)上，所述滚轮(132)的转动轴线与管型构件的轴线相平行，所述支撑组件(13)还包括有用于驱动伸缩支架(133)伸缩的第二驱动件(134)，所述第二驱动件(134)设置于支撑架上(131)。

4.根据权利要求3所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述第二驱动件(134)包括液压缸(1341)和用于检测管型构件纵焊缝的位移传感器(1342)，所述液压缸(1341)固定安装于所述支撑架(131)上，所述伸缩支架(133)设置于液压缸(1341)的活塞杆上，所述位移传感器(1342)设置于所述伸缩支架(133)靠近滚轮(132)的一端且与液压缸(1341)电性连接。

5.根据权利要求3所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述支撑架(131)的底部设置有固定于地面上的支撑轨道(135)，所述支撑架(131)沿管型构件的轴线方向滑动设置于支撑轨道(135)上。

6.根据权利要求2所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述自定心卡盘(112)上设置有卡爪基座(114)，所述活动卡爪(113)与卡爪基座(114)可拆卸连接。

7.根据权利要求2所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述自定心卡盘(112)的中部开设有与管型构件连通的穿孔(1121)，所述管型构件焊接机构(2)设置有两组，两组所述管型构件焊接机构(2)分别位于所述固定架(111)的两侧，两组所述管型构件焊接机构(2)能够从管型构件的两端进入进行焊接。

8.根据权利要求1所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述控制组件(22)包括安装架(221)、推送件(222)和支架本体，所述安装架(221)设置于支架本体上，所述焊接机器人(21)设置于安装架(221)上，所述推送件(222)用于驱动安装架(221)沿管型构件的轴线方向运动。

9.根据权利要求8所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述推送件(222)包括驱动电机(2221)、丝杆(2222)和滑块(2223)，所述驱动电机(2221)固定安装于所述安装架(221)上，所述丝杆(2222)同轴固定连接于驱动电机(2221)的输出轴上，所述滑块(2223)滑动连接于安装架(221)上，所述滑块(2223)与丝杆(2222)螺纹连接适配，所述滑块(2223)固定设置于所述支架本体上。

10.根据权利要求8所述的管型构件高效自动化焊接装置，其特征在于：所述支架本体包括抬高件(223)和变位轨道(224)，所述抬高件(223)滑动设置于变位轨道(224)上，所述滑块(2223)设置于抬高件(223)的输出端，所述推送件(222)、抬高件(223)和变位轨道(224)配合使所述焊接机器人(21)在空间中移动。