CN1277902A - 五电极自动埋弧焊机 - Google Patents

Abstract

一种五电极全自动埋弧焊机,包括移动及旋转焊接件并将其固定的焊接工作台,组装在焊接工作台上的焊接头部、焊剂供给、回收装置、焊丝供给装置及焊接程序主控制系统,其中焊接头部的由焊接件检测传感器,摄像机,激光视野传感器控制的五个焊接电极,按顺序排列在X－Y滑轨上,按焊接运行方向,于焊接头部之后设置有自动破除焊渣并回收处理的焊渣处理装置。该机可实现从焊接头部的设定到焊渣去除的焊接全过程自动控制。

Description

五电极全自动埋弧焊机

本发明涉及一种五电极全动埋弧焊机，为保证电弧的安全性和焊接质量的稳定性，该机采用五电极组成焊接头部电极，并从焊接头部的设定到焊渣的去除，通过可编程序逻辑控制(PLC)及其与微机组成的自动控制系统，以实现焊接全过程无人化操作，仅用操作者的单触式操作即可进行埋弧焊焊接。

目前，金属焊接常用的方法主要有熔焊、压焊、钎焊等，其中在造船、结构件等制造业中最广泛使用的焊接方式有电极消耗式和电极无耗式。电极消耗式焊接方法又分为气体保护焊、气焊、埋弧焊等。现有的埋弧焊是先把焊剂堆在焊接件上面，然后埋入连续供给的焊丝，引弧后进行焊接，并不断产生焊渣，此时电弧被焊剂埋上，从外部看不见，焊剂起保护作用。埋弧焊因使用的焊丝粗、电流大、熔炕深，故大多用在厚钢板的高效率焊接上。该方法主要应用于造船业，钢管制造业及一般结构件的对接、搭接等焊接作业中。

常用的埋弧焊一般采用单极、双极或三极的电极方式，当采用双极时，所用电流为直流+交流或交流+交流。三个电极时，所用电流为直流+交流+交流或交流+交流+交流。一般在小直径管道内部焊接时，因受作业空间的限制采用单极或双极；在管道外部焊接时，单极、双极、三极的方式均可采用。上述埋弧焊与常用的气焊相比，具有焊接电流大、速度快、效率高的优点，特别是焊接厚板时，可减少焊接回路，从而减少焊接变形，提高焊接质量，但是焊接管道外部时，埋弧焊的电极数为1个或2个或3个时，作为大电流、高速度的焊接方法，受到电弧的稳定性、焊接可靠性、焊接件的材质、焊接部位的物理机械性能，以及在焊接自动化方面等的综合因素影响，很难构成完整自动控制系统，另外，焊接管道外部时，现有的自动埋弧焊设备只能追踪焊接方向，焊接参数主要靠操作者的经验来手动调整，焊渣也需手动处理，故焊接操作时间较长，工作效率较低。

本发明的目的是提供一种五电极全自动埋弧焊机，其从焊接头部的设定到焊渣的去除，实现焊接全过程自动控制，其操作简单，尤其采用五电极同步动作，能显著提高工作效率和焊接质量。

本发明的目的是这样实现的：该焊机包括移动及旋转焊接件并将其固定的焊接工作台，组装在焊接工作台上的焊接头部、焊剂供给、回收装置、焊丝供给装置及焊接程序主控制系统，其中焊接头部的由焊接件检测传感器、摄像机、激光视野传感器控制的五个焊接电极，按顺序排列在X-Y滑轨上，按焊接运行方向，于焊接头部之后设置有自动破除焊渣并回收处理的焊渣自动处理装置。

由于本发明是根据现有单、双极焊接电极的埋弧焊机的缺点改进的，把电极数增至五个，组装在X-Y滑轨上，并采用由焊接件检测传感器、摄像机、激光视野传感器进行自动控制，所以只要将焊接件置于焊接工作台上，即可使该装置的电极在焊接过程中总是对准焊线中心，并根据焊接沟槽的变化，通过PCL及与微机组成的自动控制系统调整焊接参数，如电流、电压、焊接速度等，使其在移动焊接件或调整电极与焊接件间距离、角度、控制焊接状态的同时，连续供给适量的焊剂和焊丝，按照预先设定的程序焊接。另外该装置还在焊接头部之后设置破除焊渣并回收处理的焊渣自动处理装置，故有利于实现从焊接全过程的焊接头部设定、引弧焊接、焊接状态控制、焊后焊渣破除、回收处理等工作程序进行全自动控制。因本发明与现有技术相比其操作简单，尤其是采用五电极同步动作，故显著提高工作效率和焊接质量。另外，本发明可以高速、高效率全自动地焊接圆形或四边形管道的1、2个焊接处，也适用于制造品种多样的各类铁制品厂。

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明一种具体结构示意图。

图2是焊接工作台的一种具体结构示意图。

图3是焊接接地体的一种具体结构示意图。

图4是X-Y滑轨及焊接头部的主视图和侧视图。

图5是焊剂供给装置的主视图和侧视图。

图6是焊剂回收装置的一种具体结构示意图。

图7是焊渣自动破除部的主视图、侧视图和局部放大图。

图8是焊渣回收部的一种具体结构示意图。

图9是焊丝供给装置的主视图和侧视图。

图10是根据焊接沟槽面积而控制最佳焊接参数的焊接程序自动控制系统框图。

图11是本发明主控制系统的电气原理框图。

图中主要序号名称为：

10焊接工作台：11地面导轨，12主体架，13固定支撑架，14轨道，15移动支撑架，16摩擦片，17焊接接地体，171液压缸，172连杆联动装置。

20焊接头部，21焊接件检测传感器，22摄像机，23激光视野传感器，24焊接电极，241第一电极，242第二电极，243第三电极，244第四电极，245第五电极，25X-Y滑轨。

30焊剂供给装置：31主供给管，32气缸，33主阀门，34焊剂供给量检测传感器，35辅助供给管，36辅助阀门，37焊剂槽。

40焊剂回收装置，41焊剂投入口，42焊剂贮存箱，43焊剂回收口，43’气缸，44第一过滤器，44’第二过滤器，45除铁器，46粉尘贮存漏斗，47，47’，47”集尘箱，48粉尘吸尘器，49涡轮鼓风机。

50焊丝供给装置：51焊丝，52绕丝盘，53旋转轴，54绕丝盘底座，55支架，56绕丝盘控制开关，561气缸，562垂直杆，563水平杆，564垫，565导向筒，566复位弹簧，57焊丝留量检测器，571基架，572铰链，573气缸，574传感器。

60焊渣自动处理装置：61焊渣自动破除部，611垂直缸，612导轨，613活动板，614驱动电机，615击锤调节器，6151倾斜调节器，6152位置调节器，616击锤，617导轮，618焊接件检测传感器、62焊渣回收部、621支架、622焊渣回收口，623回收管，624过滤器，625，628集尘箱，626粉尘吸尘器，627涡轮鼓风机，629洞孔。

70焊接程序主控制系统，80焊接件，90平台，100实际沟槽，200标准沟槽，300检测沟槽面积，400焊接控制电路，500比较电路。

根据图1-11详细说明本发明的具体结构和工作过程。该埋弧焊机的构成如图1所示，它包括移动及旋转焊接件并将其固定的焊接工作台10，组装其上的焊接头部20，焊剂供给装置30，焊剂回收装置40，焊丝供给装置50，焊渣自动处理装置60和控制上述装置的主控制系统70。利用该焊机可以实现从设定焊接头部到去除焊渣的所有焊接程序全自动操作。

该装置用按一次按钮的方法进行一连串的焊接工作，基本的过程是将连续消耗式电极对准焊线中心，移动焊接件或电极的同时连续散发适量的焊剂，按照所需要的电极数产生电弧进行焊接。电极在焊接过程中总是对着焊线的中心进行焊接，根据焊接沟槽等的变化调整焊接参数电流、电压、焊接速度。

如图2所示：焊接工作台10的主要作用是移送焊接件80，它由沿地面导轨11移动的焊接工作主体架12，组装其上的固定支撑架13和沿主体架12上的轨道14移动、支撑焊接件另一端的移动支撑架15，各自组装在固定支撑架13和移动支撑架15侧部的电动机驱动的用来旋转焊接件的摩擦片16等构成。

如图3所示，移动支撑架15和固定支撑架13上各有液压缸171和被液压缸驱动的连杆联动装置172，并且连杆联动装置作为焊接接地体17。当液压缸171上升时带动连杆联动装置172托起焊接件80，从而增加焊接件80的接地面积，且防止焊接件80的移动及摇动。即为了保证有充分的接地状态，焊接接地体17随着管道的直径变化总是保持良好的接地状态。

如图4所示焊接头部20主要用于焊接，它由检测焊接件传感器21，置于传感器21之后的检测焊线、焊接状态并调整焊接件和电极间距离的摄像机22和激光视野传感器23，按顺序排列其后并同在一条线上的五个焊接电极24，组装上述各件的X-Y滑动导轨25等部件构成。五个电极24可以调整相互间距离，也可以调整其焊接角度。

焊剂供给装置30的作用是防止电弧暴露，如图5所示，它由一端连通焊剂回收装置40的供给管31，设置在主供给管31上被气缸32控制的主阀门33，位于主阀门33下方的主供给管31上组装有焊剂供给量检测传感器34，设置在检测传感器34下方、且连在主供给管31上带有辅助阀门36的辅助供给管35，用主供给管31和辅助供给管35供给焊剂的焊剂槽37构成。主供给管31供给的焊剂堆在焊剂槽37里，并且为了使离主供给管31稍远一些的3、4、5电极243、244、245的焊剂供应量充足，设置了往3、4、5电极243、244、245部位供给焊剂的辅助供给管35。

如图4、5所示焊接电极24头部被埋在焊剂槽37内，并且被焊剂与空气隔离，防止电弧焊接时产生氧化物。

焊剂回收装置40用于往焊剂供给装置30供给焊剂并回收焊接余下的焊剂。如图6所示，放入到焊剂投入口41的焊剂被自重经过焊剂贮存箱42送到焊剂供给装置的主供给管31，焊接后遗留在焊接件上的焊剂被吸收到焊剂回收口43经第一过滤器44，被除铁器45去除铁粉等异物后进入焊剂贮存箱42再次使用，同时经过第一过滤器44及除铁器45的粉尘通过粉尘贮存漏斗46贮存到集尘箱47。焊剂回收口43设置在X-Y滑动导轨25上、位于焊剂槽37后部，被第一过滤器44分离的粉尘移送到第二过滤器44’，通过第二过滤器贮存到另外的集尘箱47’，移送到第二过滤器44’的粉尘被粉尘吸尘器48贮存到集尘箱47”。此时焊剂回收口43为紧密置于焊接件的上方，利用气缸43’铰接在X-Y滑动导轨25上。

焊剂回收设置40把贮存在焊剂贮存箱42的焊剂利用自重通过焊剂供给装置30的主供给管31散发在焊接部位，焊接之后把遗留在焊接件上的焊剂利用涡轮鼓风机49的真空吸尘方式回收再使用，并把焊剂中的微细粉尘用过滤器分离，经过一定时间后还可以把过滤器中的粉尘进行清理，同时利用焊剂供给功能，通过自动除铁器45去除回收焊剂中的铁粉等异物，提高焊剂的纯度并提高焊接性能。

焊渣自动处理装置60主要是焊后自动除去焊渣，如图7、8所示，主要由以下两部分组成：焊渣自动破除部61由设置在垂直缸611上部、使活动板613沿导轨612上、下移动的驱动电机614，组装在活动板613一侧下部的左、右击锤调节器615，分别连接在左、右击锤调节器上的左右击锤616，组装在左右击锤调节器上并用于缓解加到焊缝上的冲击力的导轮617，设置在活动板613下方用于检测焊接件的传感器618等部件构成。焊渣回收部62由利用支架621固定在活动板613一侧中部的焊渣回收口622，通过回收管623与焊渣回收口的过滤器624相连接、设置在过滤器下部的集尘箱625，与过滤器624上部相连接的粉尘吸尘器626，与粉尘吸尘器相连接的涡轮鼓风机627，设置在粉尘吸尘器下部的另外一个集尘箱628等构成。焊渣破除部的击锤调节器615由相对于焊线调节击锤616在30°～60°倾角内变化的倾斜调节器6151，调节击锤左右位置的位置调节器6152构成。另外，焊渣回收口622上面形成一个洞孔629，左、右击锤的末端进入此内，因此击锤在焊渣回收口内破除焊渣，同时焊渣在涡轮鼓风机627的真空作用下被吸入，通过回收口622和回收管623移送到过滤器624。

焊渣自动处理装置60在焊接完成形成焊渣之后，设置在活动板613下方的焊接件检测传感器618，一但检测到焊接件上的焊渣，即利用驱动电机614沿着导轨612下降活动板613，使焊渣在回收口622里面被击锤616破除，被破除的焊渣通过涡轮鼓风机627经过回收口622及回收管623移送到过滤器624。移送到过滤器中的粉尘及焊渣在离心力的作用下，粉尘通过管子吸入到吸尘器626中，焊渣贮存到设置在过滤器624下部的集尘箱625中，同时送到粉尘吸尘器中的粉尘贮存到设置在吸尘器626下部的集尘箱628中。贮存在集尘箱625、628中的焊渣及粉尘到规定量之后给操作者一个提示，让操作者处理。

焊丝供给装置50的作用是在焊接过程中稳定地供应焊丝51。如图9所示，它由绕焊丝用的绕丝盘52，旋转此绕丝盘52用的旋转轴53及组装其的底座54，用支架55装在绕丝盘底座54一侧上的防止焊丝51空丝，跑丝的控制开关56，组装在底座54下部检测焊丝留量的检测器57，移动焊丝51供给焊接头部的焊丝供给电机(图中未画)等构成。

防止空丝、跑丝的控制开关56是在焊丝供给或停止供给的瞬间，防止绕丝盘52因惯性不能旋转或无法立即停止用的。它由组装在底座54一侧的气缸561，气缸直接驱动且在端部有滑动斜面的垂直杆562，在垂直杆562作用下可以轴向移动，端部有滑动斜面且与垂直杆滑动斜面相接触的水平杆563，组装在导向筒565内的水平杆563另一端固装有在轴向力作用下与绕丝盘52侧面相接触的氨基甲酸乙脂垫564，水平杆563和导向筒565之间放置的弹簧566等构成。焊接开始或结束时根据焊丝供给装置发出的控制信号，驱动供给电机(图中未画)和气缸561联动，有效防止绕丝盘52因惯性产生的空丝、跑丝等误动作。

丝量检测器57用于检测绕丝盘52上的焊丝量，它由为了使绕丝盘底座54旋转而铰接在基架571上的两个绞链572，支撑在绕丝盘底座54另一端，并设置在基架571上的支撑焊丝51和绕丝盘52重量的气缸573，设置在气缸573的一侧、检测气缸573活塞位置的传感器574，根据传感器574的检测确定焊丝留量与设定值进行比较的比较电路500(图中未画)等构成。当焊丝留量比设定值小时给操作者一个警告信息。缠绕在绕丝盘52上的焊丝渐渐消耗，焊丝的留量不够焊接一次时，支撑焊丝和绕丝盘的气缸活塞上升，传感器检测其上升程度，并由此判断焊丝的留量和设定值比较，如比设定值小时给操作者一个警告信息。

焊丝供给装置50根据焊接条件的变化改变供给电机的旋转速度，适量而稳定地供应焊丝，当检测的焊丝留量不足焊一次(焊完一个工件)，给操作者一个警告信息。

另外，本发明为了操作焊机及其相应装置、观察焊接状态，设置了平台90，在平台90上操作并监控激光视野控制及整个焊接装置。

图10是随焊线状况而控制最佳焊接参数的自动控制系统的构成框图。在焊接开始之前，先设定相对于标准沟槽200的标准焊接参数，利用设置在焊接头部20的摄像机22和激光视野传感器23测量实际沟槽100的面积，与前面设定的标准沟槽200面积在比较电路500比较，往焊接控制电路400输入补偿信号(标准焊接电流/电压加上现在测量的电流/电压与标准焊接电流/电压之差)，此时焊接控制电路400调整焊接头部20的焊接电流及电压，控制焊接量。此时，在焊接头部20测量的焊接电流与电压及焊丝供应速度，为了再确定实际焊接电流及电压重新输入到比较电路500里。就这样在摄像机22及激光视野传感器23上测定的实际沟槽300面积与先设定的标准沟槽200面积相比较，如有差异时。调节标准焊接电流/电压，以此调节焊接量，从而保持电弧的稳定性并控制最佳焊接量。

本发明利用激光视野传感器23检测焊线的形象，找出焊线的中心，驱动X-Y滑动导轨25，使电极24总是对着焊线的中心(焊线的追踪)，计算焊线沟槽的面积与标准沟槽面积比较并由此补偿焊接条件，在焊接中测量实际焊接条件与先设定的焊接条件比较，确保输出理想的焊接条件有效提高焊接质量。

另外，根据焊接件的不同可以贮存和修整2500多个焊接条件，操作者容易掌握输出功能，并且与PLC控制系统相连接可以自动完成一连串焊接工作。

焊接程序主控制系统电气原理如图11所示，为使焊机及其相应装置可以实现手动控制、半自动控制、全自动控制，可由PLC通迅单元、各种信号转换装置、微机通迅单元、各种接口装置、操作盘、监控装置、激光视野系统等构成，根据具体情况由操作者选择各种操作方法。

如上面所述，本发明在焊接过程中，焊接工作台10移送焊接件80到其中部接近激光视野传感器23的位置，焊接件80被焊接工作台10旋转或移动，激光视野传感器23检测旋转或移动的焊接件80把其位置设定到适合焊接的位置。此时，焊接工作台10的焊接接地体17被起动固定了焊接件80，焊接件80被焊接工作台设定到焊接开始位置。设定好焊接件后，焊接头部20的焊接件检测传感器21检测出焊接件80，焊接头部20利用摄像机22及激光视野传感器23一直下降到焊剂槽37紧贴在焊接件80表面位置，利用激光视野传感器23，将1～5个电极设置到焊线中心位置。焊接头部20设定之后，在控制系统70上设定焊接条件，焊剂供给主阀门33开、通过主供给管31及辅助供给管35供给焊剂到焊剂槽37，开始移动焊接工作台10，同时5个电极按顺序产生电弧开始焊接。此时利用激光视野传感器23及摄像机22自动追踪焊线，检测焊线沟槽大小，与标准值比较，自动调节电流/电压值，以此提供多电极埋弧焊时的最佳焊接量。

焊接后，遗留在焊缝附近的焊剂被安装在焊接头部后面的回收口43吸收并过滤之后再使用。焊接后的焊渣被焊渣自动破除部61破除并被涡轮鼓风机627通过回收口622及回收管623吸收移送到625，628焊渣回收部，分离粉尘之后贮存到集尘箱。

上述焊接过程，根据焊接件检测传感器21检测出来的终止信号而结束。

Claims (8)

1、一种五电极全自动埋弧焊机，包括移动及旋转焊接件并将其固定的焊接工作台，组装在焊接工作台上的焊接头部、焊剂供给、回收装置、焊丝供给装置及焊接程序主控制系统，其特征是焊接头部的由焊接件检测传感器，摄像机，激光视野传感器控制的五个焊接电极，按顺序排列在X-Y滑轨上，按焊接运行方向，于焊接头部之后设置有自动破除焊渣并回收处理的焊渣自动处理装置。

2、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊接工作台中沿地面导轨移动的主体架上组装有固定支撑架和沿主体架上的轨道移动的移动支撑架，固定支撑架和移动支撑架的侧部组装有电机驱动的旋转焊接件的摩擦片。

3、根据权利要求2所述的焊机，其特征是固定支撑架和移动支撑架上分别有液压缸驱动的托起焊接件并作为焊接接地体的连杆联动装置。

4、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊接头部的用于检测焊线、焊接状态并调整焊接件与电极间距离的摄像机、激光视野传感器置于检测焊接件传感器之后，上述各件与位于其后的同在一条线上的五个焊接电极，组装在X-Y滑动导轨上。

5、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊剂供给装置中供给焊剂的焊剂槽与主供给管和辅助供给管相连接，主供给管上有气缸控制的主阀门，位于主阀门下方的主供给管上组装有焊剂供给量检测传感器，带有辅助阀门的辅助供给管位于检测传感器下方，并与主供给管相连通。

6、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊剂回收装置中焊剂回收口置于焊剂槽之后、焊接件上方，并利用气缸铰接在X-Y滑动导轨上，被真空吸收到焊剂回收口的遗留在焊接件上的焊剂，经第一过滤器和除铁器进入与焊剂主供给管相连通的焊剂贮存箱中，与此同时，被滤出的粉尘经第二过滤器、吸尘器进入集尘箱内。

7、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊丝供给装置中焊丝绕丝盘通过旋转轴组装在底座上，绕丝盘一侧利用支架组装有防止跑丝的控制开关，底座的一端利用铰链铰接在基架上，底座的另一端利用气缸支撑，并设置检测气缸活塞位置的传感器。

8、根据权利要求1所述的焊机，其特征是焊渣处理装置包括焊渣自动破除部和焊渣回收部，破除部的左、右击锤组装在电机驱动并沿导轨上、下移动的活动板一侧下部，活动板下方有检测焊接件传感器，回收部的焊渣回收口利用支架固装在移动板一侧的中部，并通过回收管与带有吸尘器和集尘箱的过滤器相连接。

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