CN117324730A - 一种自动化对接焊系统及自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化对接焊系统，用于第一焊接件与第二焊接件的对接焊，包括控制系统和焊机，控制系统控制焊机进行自动焊接，还包括自动操作单元和填充环仓，自动操作单元与控制系统连接，控制系统控制自动操作单元将第一焊接件和第二焊接件固定在焊机上；填充环仓内包括多个焊接填充环，自动操作单元在填充环仓内抓取焊接填充环，并将焊接填充环放置在第一焊接件和第二焊接件之间，焊接填充环用于消除第一焊接件和第二焊接件之间尺寸偏差的影响，以完成全位置自动焊接的一次成型。

Description

一种自动化对接焊系统及自动焊接方法

技术领域

本发明涉及对接焊技术领域，具体而言，涉及一种自动化对接焊系统及自动焊接方法。

背景技术

目前在工程中存在大量薄壁管与管件对接焊的需求，薄壁管与管件壁厚均小于等于3.5mm，在某些项目中可达到薄壁总对接焊口的60％—80％左右，属于需求量较大的焊接类型。由于管与管件成型方式上的差异，以及不同厂家不同批次的制造尺寸差异，管与管件接口处的外径与内径常常存在偏差，但是偏差一般处于标准范围内。

管与管件存在的直径、壁厚和椭圆度公差不利于全位置自动焊的实施，由此目前在各工程项目中主要采用手工氩弧焊的方式进行薄壁管与管件焊接。而手工焊接存在焊接速度慢、浪费劳动力的问题。当前需要一种能够实现自动化焊接不同尺寸、不同偏差的管与管件的方法。

薄壁管与管件对接焊项目整体呈现工程体量大、施工周期紧、质量要求高的特点，这与短期内无法快速增加的高水平焊工资源产生矛盾，因此研究高效、先进、优质的自动焊技术，以促进企业增产增量、改善劳动条件、降低劳动强度，具有重要的意义。

现有技术CN107052517A公开了一种低合金钢与镍基合金异种钢换热管对接自动焊接工艺，该工艺包括以下步骤：对换热管Ⅰ、换热管Ⅱ和熔化环进行清洁；装配换热管Ⅰ、换热管Ⅱ和熔化环；安装、调试焊接设备；设置焊接工艺参数，开始焊接处理。该技术方案不能解决本申请所针对的技术问题。

现有技术CN106825972A公开了及一种管件的焊接方法，其包括如下步骤：将第一焊接管件和第二焊接管件的焊接端部进行坡口处理，并使第一焊接管件的坡口底部形成一凸环，在第二焊接管件的坡口底部设有一与凸环对应的凹口；将第一焊接管件的凸环对应插入到第二焊接管件的底部的凹口中；然后进行焊接即可。该技术方案坡口加工复杂，且不能解决本申请针对的技术问题。

鉴于以上技术问题，特推出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供自动化对接焊系统及自动焊接方法，主要用于解决管与管件因尺寸偏差难以进行自动焊接一次成型的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种自动化对接焊系统，用于第一焊接件与第二焊接件的对接焊，包括控制系统和焊机，控制系统控制焊机进行自动焊接；

还包括自动操作单元和填充环仓，自动操作单元与控制系统连接，控制系统控制自动操作单元将第一焊接件和第二焊接件固定在焊机上；

填充环仓内包括多个焊接填充环，自动操作单元在填充环仓内抓取焊接填充环，并将焊接填充环放置在第一焊接件和第二焊接件之间，焊接填充环用于消除第一焊接件和第二焊接件之间尺寸偏差的影响，以完成全位置自动焊接的一次成型。

进一步的，填充环仓内包括多种规格的焊接填充环，控制系统控制自动操作单元选取焊接填充环。

进一步的，控制系统包括数据输入处理模块和组装模块，数据输入处理模块与组装模块信号连接，组装模块与自动操作单元连接，数据输入处理模块接收输入的第一焊接件和第二焊接件的尺寸数据，处理后生成焊接信息。

进一步的，自动化对接焊系统还包括夹紧装置、卡瓦和仿形卡瓦，第一焊接件为管，第二焊接件为管件，夹紧装置位于焊机上，卡瓦将管固定在夹紧装置上，仿形卡瓦将管件固定在夹紧装置上。

进一步的，自动操作单元包括机械手，自动焊接系统包括多种规格的卡瓦和多种规格的仿形卡瓦，组装模块根据焊接信息，控制机械手选取卡瓦和仿形卡瓦。

进一步的，夹紧装置包括机架、螺纹杆、电机和两个夹板，机架与焊机连接，螺纹杆与电机输出轴连接，两个夹板分别位于机架两侧，螺纹杆穿过两个夹板和机架，螺纹杆与两个夹板螺纹连接，两个夹板用于抵接卡瓦或者仿形卡瓦。

进一步的，焊接填充环上设置有多个钨极焊接点位，控制系统还包括焊接模块，焊接模块与数据输入处理模块信号连接，焊接模块与焊机连接。

进一步的，焊机包括钨极，焊接模块根据焊接信息调整钨极的位置，以对准焊接填充环上的钨极焊接点位。

进一步的，焊接填充环包括互相连接的外圈体和内圈体，内圈体位于外圈体的径向内侧，内圈体沿轴向方向的厚度小于外圈体厚度。

进一步的，内圈体在轴向方向的位置位于外圈体的中部，内圈体的轴向两侧分别与管和管件的端面抵靠，外圈体的径向内侧与管或管件的外径配合。

进一步的，外圈体的轴向一侧具有曲面部。

进一步的，控制系统还包括启动模块、切割模块、打磨模块和清洁模块，启动模块、切割模块、打磨模块、清洁模块和组装模块均与数据输入处理模块信号连接。

进一步的，自动化对接焊系统还包括依次通过自动运输单元连接的切割设备、平口机、打磨设备和清洁设备，数据输入处理模块还接收输入的第一焊接件和第二焊接件的材质数据，切割模块控制切割设备和平口机，打磨模块控制打磨设备，清洁模块控制清洁设备。

进一步的，清洁设备包括风机和清洁工具，清洁工具包括振动电机、清洁杆和清洁容器，清洁杆与振动电机的输出轴连接，清洁杆表面设置有吸水性材料，清洁杆与清洁容器通过管道连接。

应用本发明的自动化对接焊系统技术方案，至少实现了如下有益效果：

1、本申请的自动化对接焊系统通过设计填充环仓及其内部的焊接填充环，将焊接填充环放置在管与管件之间，再使用全位置自动焊机进行焊接，即实现对接接头两侧母材存在较大尺寸偏差的管与管件之间的全位置自动焊，无需采用定位焊，节约了焊接人员、降低了焊接难度和焊接时间，并且可以实现一次成型，从而大大提高焊接效率。

2、本申请的自动化对接焊系统通过设计自动操作单元，自动操作单元可根据管与管件的尺寸规格等参数选取对应一定规格的焊接填充环与管与管件配合，以及选取一定规格的卡瓦和仿形卡瓦用于夹紧管与管件，使得自动化对接焊系统自动化程度较高，可以完成多种不同尺寸规格的管与管件的自动焊接，适用范围较广。

3、本申请的自动化对接焊系统通过设计不同规格的焊接填充环以适配不同尺寸规格和不同尺寸偏差的管与管件，通过设计焊接填充环的具体形状，能够与管和管件配合并使得焊接接头的焊接质量较高，通过在焊接填充环上设计多个钨极焊接点位，以指导焊接不同壁厚差的管与管件时钨极位置，进一步提升焊接效果并使得焊接填充环适用范围较广。

4、本申请的自动化对接焊系统通过设计控制系统的各个模块，实现数据输入分析、传递信号及焊接数据和控制焊接过程各个步骤中的设备的功能，使得本自动化对接焊系统适用于多种尺寸规格、多种材质的管与管件自动焊接，并能够实现焊接全流程的自动化运行。

5、本申请对于无法实现填丝的焊接设备提供了一种新的填充方式，并可进一步通过填充环的成分设计，新材料的探索，获得满足特定性能的焊接接头。

为了实现上述目的，根据本发明的又一个方面，提出了一种管与管件对接焊的自动焊接方法，采用根据上述的自动化对接焊系统，自动焊接方法包括如下步骤：

焊接信息生成步骤，将待焊接的管与管件的尺寸数据和/或规格输入至控制系统中，控制系统根据内置程序判断焊接填充环的规格和焊接工艺参数，以生成焊接信息；

组装步骤，控制系统控制自动操作单元将管与管件固定在焊机上，控制系统根据焊接信息控制自动操作单元在填充环仓内选取焊接填充环，并将焊接填充环放置在管与管件之间；

焊接步骤，控制系统根据焊接信息调整焊机的焊接工艺参数，并控制焊机完成全位置自动焊接的一次成型。

进一步的，焊接信息还包括机头预定运动路线，在焊接步骤中，在焊机的焊接过程中，实时获取焊机机头的运动路线图，将运动路线图与机头预定运动路线进行对比，判断机头的运动是否出现偏移，若出现偏移，先尝试纠正机头的运动，若仍出现偏移，则控制焊机停机，并计算焊机偏移后焊点的偏移差和偏移方向，并根据偏移差和偏移方向绘制网点图。

进一步的，焊接信息还包括钨极焊接点位，在焊接步骤中，焊接前控制系统调整焊机的钨极的位置对准焊接填充环上的钨极焊接点位。

应用本发明的自动焊接方法技术方案，至少实现了如下有益效果：

1、本申请的自动焊接方法能够使用本申请提出的自动化对接焊系统，对于多种不同尺寸规格、不同尺寸偏差的管与管件对接焊，实现切割、打磨、清洁、组装和焊接的全部流程自动化焊接。

2、本申请的自动焊接方法通过在焊接步骤中对比机头运动路线与预定路线，使得焊机在焊接过程中出现问题时能够迅速自动调整焊机的焊点，若无法调整也能够立即停机并向用户展示能够直观了解焊点偏移的网点图，使得用户能够快速准确地调试焊机或更换工件。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了一个实施例的自动化对接焊系统总体控制示意图；

图2示出了一个实施例的管和管件焊接示意图；

图3示出了一个实施例的仿形卡瓦示意图；

图4示出了一个实施例的夹紧装置示意图；

图5示出了一个实施例的焊接填充环截面图；

图6示出了一个实施例的焊接填充环与管和管件配合示意图；

图7示出了一个实施例的清洁工具示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、切割设备；2、平口机；3、打磨设备；4、清洁设备；5、控制系统；6、焊机；7、夹紧装置；8、自动操作单元；9、填充环仓；10、卡瓦；11、仿形卡瓦；12、焊接填充环；13、外圈体；14、内圈体；15、钨极；16、振动电机；17、清洁杆；18、清洁容器；19、机架；20、螺纹杆；21、电机；22、夹板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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，仅是为了便于描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例：

本申请提出了一种自动化对接焊系统，用于第一焊接件与第二焊接件的对接焊，该自动化对接焊系统通过设计一种焊接填充环，能够实现对接接头两侧母材存在较大尺寸偏差的管与管件之间的全位置自动焊接的一次成型。

在本申请中，管主要包括各种直管，管件包括各种直管、弯管以及在管道系统中起连接、控制、变向、分流、密封、支撑等作用的各种零部件。在其他一些实施例中，自动化对接焊系统也可以用于管件与管件的对接焊，本领域技术人员可进行适应性调整。

如图1所示，自动化对接焊系统包括控制系统5和焊机6，控制系统5控制焊机6进行自动焊接。还包括自动操作单元8和填充环仓9，自动操作单元8与控制系统连接，控制系统5控制自动操作单元8将第一焊接件和第二焊接件固定在焊机6上。

自动化对接焊系统还包括夹紧装置7，夹紧装置7位于焊机6上，用于固定第一焊接件和第二焊接件。

结合图6所示，在填充环仓9内包括多个焊接填充环12，自动操作单元8在填充环仓9内抓取焊接填充环12，并将焊接填充环12放置在第一焊接件和第二焊接件之间，焊接填充环12用于消除第一焊接件和第二焊接件之间尺寸偏差的影响，以完成全位置自动焊接的一次成型。

在填充环仓9内包括多种规格的焊接填充环12，控制系统5控制自动操作单元8选取焊接填充环12。

具体来说，在本实施例中，第一焊接件为管，第二焊接件为管件。如图1所示，控制系统5包括数据输入处理模块和组装模块，数据输入处理模块与组装模块信号连接，组装模块与自动操作单元8连接，数据输入处理模块接收输入的管和管件的尺寸规格数据和尺寸偏差数据，处理后生成焊接信息。焊接信息传输到组装模块，组装模块和自动操作单元8电连接，以控制自动操作单元8在填充环仓9内选取特定规格的焊接填充环，并放置在待焊接的管和管件之间。

本申请的自动化对接焊系统通过设计填充环仓及其内部的焊接填充环，将焊接填充环放置在管与管件之间，再使用全位置自动焊机进行焊接，即实现对接接头两侧母材存在较大尺寸偏差的管与管件之间的全位置自动焊，无需采用定位焊，节约了焊接人员、降低了焊接难度和焊接时间，并且可以实现一次成型，从而大大提高焊接效率。

如图2所示，自动化对接焊系统还包括卡瓦10和仿形卡瓦11，卡瓦10用于将管固定在夹紧装置7上，仿形卡瓦11用于将管件固定在夹紧装置7上。仿形卡瓦的示意图如图3所示，在本实施例中，管件以弯管为例，仿形卡瓦根据不同弯管的外形，能够套设在弯管上，以方便夹紧装置夹紧，卡瓦能够套设在直管上。

优选地，自动操作单元8包括机械手，自动焊接系统包括多种规格的卡瓦10和多种规格的仿形卡瓦11。组装模块根据焊接信息，控制机械手选取一定规格的卡瓦10和仿形卡瓦11。

本申请的自动化对接焊系统通过设计自动操作单元，自动操作单元可根据管与管件的尺寸规格等参数选取对应一定规格的焊接填充环与管与管件配合，以及选取一定规格的卡瓦和仿形卡瓦用于夹紧管与管件，使得自动化对接焊系统自动化程度较高，可以完成多种不同尺寸规格的管与管件的自动焊接，适用范围较广。

如图4所示，优选地，夹紧装置7包括机架19、螺纹杆20、电机21和两个夹板22。结合图2所示，机架19与焊机6连接，螺纹杆20与电机21输出轴连接，两个夹板22分别位于机架19两侧，螺纹杆20穿过两个夹板22和机架19，螺纹杆20与两个夹板22螺纹连接，两个夹板22用于抵接卡瓦10或者仿形卡瓦11。

如图5所示，焊接填充环12包括互相连接的外圈体13和内圈体14，内圈体14位于外圈体13的径向内侧，内圈体14沿轴向方向的厚度W小于外圈体13厚度B。

结合图5、图6所示，内圈体14在轴向方向的位置位于外圈体13的中部，内圈体14的轴向两侧分别与管和管件的端面抵靠，外圈体13的径向内侧与管或管件的外径配合。在本申请中，对管和管件均进行I型坡口制备，且对坡口加工精度要求较低。

优选地，在本申请中，焊接填充环12的截面可以设置为T形，进一步优选地，如图5所示，外圈体13的轴向一侧具有曲面部。

在本实施例中，以3.5mm以下壁厚的管和管件为例，提出焊接填充环的具体参数设计规范如下：

外圈体13厚度B值一般选为3.2mm，当需增加填充量时，可进一步增加，增加限值应考虑熔池宽度，一般不大于4mm。

为避免管子整体待焊壁厚过大，外圈体13沿径向方向的宽度T应尽量小，一般取1mm，为避免焊接过程中变形，不建议小于0.8mm，即T值在0.8mm-1mm之间；

T值和内圈体径向方向宽度S的总和一般为管壁厚，并进行适当圆整。根据管与管件的尺寸偏差，以具体填充需求为基准减小W值或增加B值；

如图6所示，D值至少应大于管与管件中外径较大的一侧，考虑到与管和管件各个位置的适配性，一般建议D值与两侧最大外径之间相差不超过1mm，超过时，必须采用夹紧的措施，保证焊接填充环与管和管件整圈距离差不超过0.5mm。

以上所有尺寸允许的公差为±0.05mm。对于焊接填充环设计的优选推荐尺寸如下：对于管与管件的壁厚小于2mm的情况，B值为3.2mm，T值为1mm，W值为1.6mm；S值为0.6mm；对于管与管件的壁厚在2mm-3.5mm之间的情况，B值为3.2mm，T值为1mm，W值为1.6mm；S值为2mm。

本申请的自动化对接焊系统通过设计不同规格的焊接填充环以适配不同尺寸规格和不同尺寸偏差的管与管件，通过设计焊接填充环的具体形状，能够与管和管件配合并使得焊接接头的焊接质量较高。

进一步优选地，在焊接填充环12上设置有多个钨极焊接点位，例如图5中的a点、b点和c点，其中b点和c点位于曲面部上。这些钨极焊接点位用于指导焊接时钨极的位置。

如图1所示，控制系统5还包括焊接模块，焊接模块与数据输入处理模块信号连接，焊接模块与焊机6连接。焊机6包括钨极15，焊接模块根据焊接信息调整钨极15的位置，以对准焊接填充环12上的钨极焊接点位。

具体来说，优选地，当管与管件两侧的壁厚差在0.4mm以内，钨极推荐调整至a点位置；当两侧壁厚差在0.4mm-1.0mm区间时，钨极推荐调整至b点位置；当两侧壁厚在1.0mm以上时，钨极推荐调整至c点位置。

通过在焊接填充环上设计多个钨极焊接点位，以指导焊接不同壁厚差的管与管件时钨极位置，进一步提升焊接效果并使得焊接填充环适用范围较广。

此外，优选地，如图1所示，控制系统5还包括启动模块、切割模块、打磨模块和清洁模块，启动模块、切割模块、打磨模块、清洁模块和组装模块均与数据输入处理模块信号连接。还可以包括存储模块，分别与数据输入处理模块和启动模块信号连接，存储模块能够存储历史加工记录，方便用户调取数据或处理同样的管与管件。

自动化对接焊系统还包括依次通过自动运输单元连接的切割设备1、平口机2、打磨设备3和清洁设备4，数据输入处理模块还接收输入的第一焊接件和第二焊接件的材质数据，切割模块控制切割设备1和平口机2，打磨模块控制打磨设备3，清洁模块控制清洁设备4。这样，控制系统可以根据待焊接的管与管件的尺寸规格、材质等数据选用不同型号的切割设备1、平口机2、打磨设备3和清洁设备4，或者调节设备的加工参数。

进一步优选地，如图1所示，启动模块、切割模块、打磨模块、清洁模块、组装模块和焊接模块依次信号连接，每一个模块完成该步骤的任务后，依次向下一模块传输焊接信息和高电平信号。

清洁设备4包括风机和清洁工具，如图7所示，清洁工具包括振动电机16、清洁杆17和清洁容器18，清洁杆17与振动电机16的输出轴连接，清洁杆17表面设置有吸水性材料，清洁杆17与清洁容器18通过管道连接。清洁杆17可以对管或管件切割打磨后的端面进行清洁。

根据本发明的又一个方面，提出了一种管与管件对接焊的自动焊接方法，采用根据上述的自动化对接焊系统，自动焊接方法包括如下步骤：

焊接信息生成步骤S1，将待焊接的管与管件的尺寸规格、尺寸偏差、材质等数据输入至控制系统中，控制系统根据内置程序判断焊接填充环12的规格和焊接工艺参数等内容，以生成焊接信息。

加工步骤S2，如图1所示，控制系统5根据焊接信息依次控制切割设备、平口机、打磨设备、清洁设备进行切割、打磨和清洁操作。前一模块完成对应操作后，向下一模块发送高电平信号和焊接数据。在其他一些实施例中，也可以设置中央控制模块，向各个模块分别发送各个指令。

组装步骤S3，控制系统5控制自动操作单元8将管与管件固定在焊机6上，控制系统5根据焊接信息控制自动操作单元8在填充环仓9内选取焊接填充环12，并将焊接填充环12放置在管与管件之间。

焊接步骤S4，控制系统5根据焊接信息调整焊机6的焊接工艺参数，并控制焊机6完成全位置自动焊接的一次成型。

本申请的自动焊接方法能够使用本申请提出的自动化对接焊系统，对于多种不同尺寸规格、不同尺寸偏差的管与管件对接焊，实现切割、打磨、清洁、组装和焊接的全部流程自动化焊接。

在本申请中，焊接信息还包括机头预定运动路线，在焊接步骤S4中，在焊机6的焊接过程中，实时获取焊机6机头的运动路线图，将运动路线图与机头预定运动路线进行对比，判断机头的运动是否出现偏移，若出现偏移，先尝试纠正机头的运动，若仍出现偏移，则控制焊机6停机，并计算焊机6偏移后焊点的偏移差和偏移方向，并根据偏移差和偏移方向绘制网点图。

本申请的自动焊接方法通过在焊接步骤中对比机头运动路线与预定路线，使得焊机在焊接过程中出现问题时能够迅速自动调整焊机的焊点，若无法调整也能够立即停机并向用户展示能够直观了解焊点偏移的网点图，使得用户能够快速准确地调试焊机或更换工件。

焊接信息还包括钨极焊接点位，在焊接步骤S4中，焊接前控制系统5调整焊机6的钨极15的位置对准焊接填充环12上的钨极焊接点位。

下边以规格1”sch10S，实际外径内径为33.4*27.86mm管子与外径内径为34.2mm*27.06mm的弯头，材质为06Cr18Ni11Ti的对接接头为例，对采用封闭式小管全位置氩弧自动焊机进行焊接的具体流程如下：。

对自动化对接焊系统下达启动指令后，开始对管和管件制备I型坡口。控制系统根据焊接信息选用专用的切割设备、专用平口机进行切割、打磨。并控制专用打磨工具对焊接接头两端母材处10mm以内打磨表面至完全露出金属光泽。打磨后使用风机对内壁进行吹扫，并使用清洁工具对内外壁使用丙酮或酒精进行擦拭，确保无油无锈。运输工具在各个设备之间传送管和管件。

控制系统根据管子管件外径选择封闭式CWH-53机头，管一侧选择直径1寸的卡瓦，管件侧选择对应的仿形卡瓦，通过机械手选取对应规格的卡瓦和仿形卡瓦，将夹紧装置固定于机头下侧，与CWH-53机头成一体。

控制机械手在填充环仓中选择T型填充环，其尺寸B＝3.2mm，T＝1mm，S＝2mm，W＝1.6mm，D＝35mm，型号为IN348。

控制系统在焊接前调试焊机，检查焊机面板显示是否正常；运转焊接机头，检查设备是否有故障；检查氩气表、流量计、电磁气阀等气路是否畅通，并确定检定的仪表是否在标定的有效期内。

机械手将管与管件固定在夹紧装置上。将管件固定于仿形卡瓦上，再通过可调节螺母调节弧形托板与弯头之间的配合度，达到弯头固定以及组对的目的，随后与T型填充环以及另一管子进行配合，并用另一侧卡瓦固定住另一管子。

控制系统根据直管与弯头两侧的壁厚差为0.8mm，控制焊机将钨极调整于T型填充环的B位置，距离环正上方约1.5mm处。

控制系统使用专用的堵头将焊口氩气出口端进行封堵；通入正面气体和背面气体，气体为99.99％Ar，正面气体流量15L/min，预送气时间为10s。背面气体流量12L/min，预送气时间为20s。

控制系统根据焊接信息选择焊接参数库中对应管件外径、壁厚的工艺参数进行焊接，并根据实际焊接效果进行参数微调。最终采用的焊接工艺参数一共进行了4个分区：峰值电流120-150A，基值电流46A，峰值时间1s，基值时间1s、焊接速度100mm/min。

总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：

1、本申请的自动化对接焊系统通过设计填充环仓及其内部的焊接填充环，将焊接填充环放置在管与管件之间，再使用全位置自动焊机进行焊接，即实现对接接头两侧母材存在较大尺寸偏差的管与管件之间的全位置自动焊，无需采用定位焊，节约了焊接人员、降低了焊接难度和焊接时间，并且可以实现一次成型，从而大大提高焊接效率。

2、本申请的自动化对接焊系统通过设计自动操作单元，自动操作单元可根据管与管件的尺寸规格等参数选取对应一定规格的焊接填充环与管与管件配合，以及选取一定规格的卡瓦和仿形卡瓦用于夹紧管与管件，使得自动化对接焊系统自动化程度较高，可以完成多种不同尺寸规格的管与管件的自动焊接，适用范围较广。

3、本申请的自动化对接焊系统通过设计不同规格的焊接填充环以适配不同尺寸规格和不同尺寸偏差的管与管件，通过设计焊接填充环的具体形状，能够与管和管件配合并使得焊接接头的焊接质量较高，通过在焊接填充环上设计多个钨极焊接点位，以指导焊接不同壁厚差的管与管件时钨极位置，进一步提升焊接效果并使得焊接填充环适用范围较广。

4、本申请的自动化对接焊系统通过设计控制系统的各个模块，实现数据输入分析、传递信号及焊接数据和控制焊接过程各个步骤中的设备的功能，使得本自动化对接焊系统适用于多种尺寸规格、多种材质的管与管件自动焊接，并能够实现焊接全流程的自动化运行。

5、本申请对于无法实现填丝的焊接设备提供了一种新的填充方式，并可进一步通过填充环的成分设计，新材料的探索，获得满足特定性能的焊接接头。

6、本申请的自动焊接方法能够使用本申请提出的自动化对接焊系统，对于多种不同尺寸规格、不同尺寸偏差的管与管件对接焊，实现切割、打磨、清洁、组装和焊接的全部流程自动化焊接。

7、本申请的自动焊接方法通过在焊接步骤中对比机头运动路线与预定路线，使得焊机在焊接过程中出现问题时能够迅速自动调整焊机的焊点，若无法调整也能够立即停机并向用户展示能够直观了解焊点偏移的网点图，使得用户能够快速准确地调试焊机或更换工件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种自动化对接焊系统，用于第一焊接件与第二焊接件的对接焊，包括控制系统(5)和焊机(6)，所述控制系统(5)控制所述焊机(6)进行自动焊接，其特征在于：

还包括自动操作单元(8)和填充环仓(9)，所述自动操作单元(8)与所述控制系统连接，所述控制系统(5)控制所述自动操作单元(8)将所述第一焊接件和所述第二焊接件固定在所述焊机(6)上；

所述填充环仓(9)内包括多个焊接填充环(12)，所述自动操作单元(8)在所述填充环仓(9)内抓取所述焊接填充环(12)，并将所述焊接填充环(12)放置在所述第一焊接件和所述第二焊接件之间，所述焊接填充环(12)用于消除所述第一焊接件和所述第二焊接件之间尺寸偏差的影响，以完成全位置自动焊接的一次成型。

2.根据权利要求1所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述填充环仓(9)内包括多种规格的焊接填充环(12)，所述控制系统(5)控制所述自动操作单元(8)选取所述焊接填充环(12)。

3.根据权利要求2所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述控制系统(5)包括数据输入处理模块和组装模块，所述数据输入处理模块与所述组装模块信号连接，所述组装模块与所述自动操作单元(8)连接，所述数据输入处理模块接收输入的所述第一焊接件和所述第二焊接件的尺寸数据，处理后生成焊接信息。

4.根据权利要求3所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述自动化对接焊系统还包括夹紧装置(7)、卡瓦(10)和仿形卡瓦(11)，所述第一焊接件为管，所述第二焊接件为管件，所述夹紧装置(7)位于所述焊机(6)上，所述卡瓦(10)将所述管固定在所述夹紧装置(7)上，所述仿形卡瓦(11)将所述管件固定在所述夹紧装置(7)上。

5.根据权利要求4所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述自动操作单元(8)包括机械手，所述自动焊接系统包括多种规格的所述卡瓦(10)和多种规格的所述仿形卡瓦(11)，所述组装模块根据所述焊接信息，控制所述机械手选取所述卡瓦(10)和所述仿形卡瓦(11)。

6.根据权利要求5所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述夹紧装置(7)包括机架(19)、螺纹杆(20)、电机(21)和两个夹板(22)，所述机架(19)与所述焊机(6)连接，所述螺纹杆(20)与所述电机(21)输出轴连接，所述两个夹板(22)分别位于所述机架(19)两侧，所述螺纹杆(20)穿过所述两个夹板(22)和所述机架(19)，所述螺纹杆(20)与所述两个夹板(22)螺纹连接，所述两个夹板(22)用于抵接所述卡瓦(10)或者所述仿形卡瓦(11)。

7.根据权利要求3所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述焊接填充环(12)上设置有多个钨极焊接点位，所述控制系统(5)还包括焊接模块，所述焊接模块与所述数据输入处理模块信号连接，所述焊接模块与所述焊机(6)连接。

8.根据权利要求7所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述焊机(6)包括钨极(15)，所述焊接模块根据所述焊接信息调整所述钨极(15)的位置，以对准所述焊接填充环(12)上的所述钨极焊接点位。

9.根据权利要求4-6中的任一项所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述焊接填充环(12)包括互相连接的外圈体(13)和内圈体(14)，所述内圈体(14)位于所述外圈体(13)的径向内侧，所述内圈体(14)沿轴向方向的厚度小于所述外圈体(13)厚度。

10.根据权利要求9所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述内圈体(14)在轴向方向的位置位于所述外圈体(13)的中部，所述内圈体(14)的轴向两侧分别与所述管和所述管件的端面抵靠，所述外圈体(13)的径向内侧与所述管或所述管件的外径配合。

11.根据权利要求10所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述外圈体(13)的轴向一侧具有曲面部。

12.根据权利要求3所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述控制系统(5)还包括启动模块、切割模块、打磨模块和清洁模块，所述启动模块、所述切割模块、所述打磨模块、所述清洁模块和所述组装模块均与所述数据输入处理模块信号连接。

13.根据权利要求12所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述自动化对接焊系统还包括依次通过自动运输单元连接的切割设备(1)、平口机(2)、打磨设备(3)和清洁设备(4)，所述数据输入处理模块还接收输入的所述第一焊接件和所述第二焊接件的材质数据，所述切割模块控制所述切割设备(1)和所述平口机(2)，所述打磨模块控制所述打磨设备(3)，所述清洁模块控制所述清洁设备(4)。

14.根据权利要求13所述的自动化对接焊系统，其特征在于：所述清洁设备(4)包括风机和清洁工具，所述清洁工具包括振动电机(16)、清洁杆(17)和清洁容器(18)，所述清洁杆(17)与所述振动电机(16)的输出轴连接，所述清洁杆(17)表面设置有吸水性材料，所述清洁杆(17)与所述清洁容器(18)通过管道连接。

15.一种管与管件对接焊的自动焊接方法，其特征在于，采用根据上述权利要求1-14中的任一项所述的自动化对接焊系统，所述自动焊接方法包括如下步骤：

焊接信息生成步骤(S1)，将待焊接的所述管与所述管件的尺寸数据和/或规格输入至控制系统中，所述控制系统根据内置程序判断焊接填充环(12)的规格和焊接工艺参数，以生成焊接信息；

组装步骤(S3)，所述控制系统(5)控制自动操作单元(8)将所述管与所述管件固定在焊机(6)上，所述控制系统(5)根据所述焊接信息控制所述自动操作单元(8)在填充环仓(9)内选取焊接填充环(12)，并将所述焊接填充环(12)放置在所述管与所述管件之间；

焊接步骤(S4)，所述控制系统(5)根据所述焊接信息调整所述焊机(6)的焊接工艺参数，并控制所述焊机(6)完成全位置自动焊接的一次成型。

16.根据权利要求15所述的自动焊接方法，其特征在于：所述焊接信息还包括机头预定运动路线，在所述焊接步骤(S4)中，在所述焊机(6)的焊接过程中，实时获取所述焊机(6)机头的运动路线图，将所述运动路线图与所述机头预定运动路线进行对比，判断所述机头的运动是否出现偏移，若出现偏移，先尝试纠正所述机头的运动，若仍出现偏移，则控制所述焊机(6)停机，并计算所述焊机(6)偏移后焊点的偏移差和偏移方向，并根据所述偏移差和所述偏移方向绘制网点图。

17.根据权利要求15所述的自动焊接方法，其特征在于：所述焊接信息还包括钨极焊接点位，在所述焊接步骤(S4)中，焊接前所述控制系统(5)调整所述焊机(6)的钨极(15)的位置对准所述焊接填充环(12)上的所述钨极焊接点位。