專利名稱：帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備及其焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備及其焊接方法，特別 適用于不同直徑的母管與支管相貫形成的馬鞍形管端面和端面上帶圓錐臺(tái)的接頭表面的 防腐層堆焊，屬于自動(dòng)焊設(shè)備和焊接方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭是石化和電力產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域管網(wǎng)中常用的管接頭，其端面是 筒節(jié)與進(jìn)出口管即母管與支管相貫形成的馬鞍形端面，管端面上還帶有一個(gè)外面傾斜的圓 錐臺(tái)階，端面和側(cè)面的整圈寬度都不相同。如果管接頭是圓形端面，通常可通過埋弧自動(dòng) 焊、氣體保護(hù)焊或TIG焊等設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。當(dāng)馬鞍形端面一周高度變化較大，坡度較小 時(shí)，亦可采用馬鞍形軌跡控制方法實(shí)現(xiàn)高度變化，熔池不至于下淌，焊道成型尚可；但如果 馬鞍形端面曲線坡度較大，就只能采用焊接變位器，將焊接位置變位到水平位置進(jìn)行焊接。 而現(xiàn)有的馬鞍形坡口埋弧焊機(jī)，基本都是由PLC控制，其運(yùn)動(dòng)定位點(diǎn)數(shù)較少，只能用于一條 軌跡，多用于一道焊縫的馬鞍形端面接頭的坡口焊接；因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)備的變位器和操作機(jī)不 能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)控制，所有只能用于標(biāo)準(zhǔn)形狀管接頭的焊接。例如現(xiàn)有的一臺(tái)馬鞍形端面 管接頭埋弧自動(dòng)焊機(jī)，使用三菱Q系列PLC、QD75系列定位控制模塊，定位最大點(diǎn)數(shù)為600 個(gè)，如果周向按1度的角度設(shè)置1個(gè)定位點(diǎn)，一周即需360個(gè)定位點(diǎn)數(shù)，600個(gè)點(diǎn)數(shù)只夠一 周定位，即只夠一條焊道的定位點(diǎn)數(shù)。而需要加工的馬鞍形端面堆焊道數(shù)高達(dá)8(Γ100道， 每道軌跡又不相同，因此，現(xiàn)有馬鞍形端面管接頭埋弧自動(dòng)焊機(jī)無法實(shí)現(xiàn)對(duì)帶圓錐臺(tái)的馬 鞍形管接頭的自動(dòng)堆焊。由于沒有合適的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)焊接，目前只能采用手工焊接方法 對(duì)帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭進(jìn)行堆焊工作，具體的作法是首層采用308L焊條，堆焊厚度3 毫米；第二層采用309L焊條，堆焊厚度不小于4毫米；總厚度不小于7毫米。顯然，手工焊 接存在以下問題1、由于需要焊接的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭直徑在Φ 1500mm，窄面寬度200mm， 寬面230mm，側(cè)立面寬70，錐臺(tái)面寬102mm，堆焊量大，一個(gè)工件需要焊接兩周的時(shí)間；2、手工堆焊不容易保證焊道間距均勻，且堆焊面凸凹不平，需要磨平以后才能進(jìn) 行著色和超聲探傷，打磨量大；3、為保證有效的堆焊厚度，導(dǎo)致堆焊余量大，焊接后的磨削工作量增大。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自 動(dòng)堆焊設(shè)備及其焊接方法，該自動(dòng)焊設(shè)備應(yīng)通過五軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焊接位置始終保持水平，進(jìn) 行連續(xù)的自動(dòng)焊接，采用熱絲TIG焊接方法，從而大幅度提高焊接效率和焊接質(zhì)量。本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表 面自動(dòng)堆焊設(shè)備，它主要包括一個(gè)完成工件升降、旋轉(zhuǎn)和傾鈄的工位調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)焊槍機(jī) 械手和電氣控制裝置，工位調(diào)節(jié)裝置集成安裝在一個(gè)底座上，自動(dòng)焊槍機(jī)械手安裝在一個(gè)小底座上，在工作時(shí)，所述電氣控制裝置由PMAC控制器為核心按預(yù)先編制的馬鞍形軌跡控 制程序和操作指令，控制工位調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)焊槍機(jī)械手動(dòng)態(tài)配合，完成帶圓錐臺(tái)的馬鞍 形管接頭相貫線焊縫水平位的堆焊。它還包括一個(gè)激光定位器，所述工位調(diào)節(jié)裝置包括一 個(gè)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、一個(gè)工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)和一個(gè)工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)，在所述底座上設(shè)有一個(gè) 主動(dòng)側(cè)立柱和一個(gè)從動(dòng)側(cè)立柱，在主動(dòng)側(cè)立柱的上端部設(shè)有一個(gè)由第一軸承支承的第一支 承軸，右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)采用懸掛式固定在第一支承軸的端部，在從動(dòng)側(cè)立柱的上端部設(shè)有 一個(gè)由第二軸承支承的第二支承軸，左側(cè)的升降機(jī)構(gòu)也采用懸掛式固定在第二支承軸的端 部，左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)通過各自的滑板與工作臺(tái)底座連接；所述工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在工 作臺(tái)底座的一側(cè)，可以旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)位于工作臺(tái)底座的上方；在所述主動(dòng)側(cè)立柱的下部設(shè) 有一個(gè)所述工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)的由支承軸承支承的主傳動(dòng)軸，位于主傳動(dòng)軸一端的第一小齒 輪與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)固定連接在一起的從動(dòng)扇形齒相嚙合；所述激光定位器設(shè)置在右側(cè)的 升降機(jī)構(gòu)的上部并面向工作臺(tái)，激光定位器的中心位置與第一支承軸的中心位置相一致； 所述自動(dòng)焊槍機(jī)械手可以在位于底座一側(cè)的小底座上行走，焊槍的位置采用橫向進(jìn)退機(jī)構(gòu) 和縱向升降機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)；在自動(dòng)焊接開始時(shí)，首先用所述工位調(diào)節(jié)裝置把工件的最高點(diǎn)，調(diào)節(jié) 到略低于激光定位器的光點(diǎn)位置，再把焊槍調(diào)節(jié)到與工件的起焊點(diǎn)，提升焊槍使鎢極尖與 激光點(diǎn)重合，執(zhí)行復(fù)位然后再回到啟焊位置，調(diào)整好焊絲與鎢極的相對(duì)位置，然后起動(dòng)焊接 電源開始焊接。所述工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用第二伺服電機(jī)經(jīng)第二行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)第二小齒輪，第二 小齒輪驅(qū)動(dòng)固定安裝在工作臺(tái)下面的齒圈使工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)采用左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)同步工作，左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)的第 三電機(jī)經(jīng)第三行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠，絲杠經(jīng)絲母驅(qū)動(dòng)滑板連同工作臺(tái)底座一起作升降運(yùn) 動(dòng)。所述工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)采用第一伺服電機(jī)經(jīng)第一行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)軸，與主傳 動(dòng)軸固定連接的第一小齒輪經(jīng)與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)固定連接的從動(dòng)扇形齒驅(qū)動(dòng)左、右側(cè)的升 降機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)底座一起傾斜。使用所述的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備的焊接方法包括以下步 驟⑴安裝工件將工作臺(tái)轉(zhuǎn)到水平位置，將工件吊到工作臺(tái)上，調(diào)整工件中心與工作臺(tái)中心重合， 通過螺栓壓板將工件固定在工作臺(tái)上，通過工位調(diào)節(jié)裝置，把上端面焊接始點(diǎn)調(diào)整到接近 第一支承軸的軸中心位置；(2)選擇堆焊程序，輸入工件和焊接工藝參數(shù)堆焊軌跡設(shè)置了多種控制程序，焊接前通過電氣控制系統(tǒng)的觸摸屏選擇所需焊接 面的程序，輸入的馬鞍形管接頭工件的基本參數(shù)和焊接工藝參數(shù)，設(shè)定弧壓控制動(dòng)作合成 角度，弧壓設(shè)定值和焊槍與堆焊面角度等；馬鞍形管接頭工件的基本參數(shù)。包括底面母管 直徑φ 1，底面0度位寬度D1，底面90度位寬度D2，高面母管直徑Φ2，高面0度寬度D3， 高面90度寬度D4，支管外徑Φ 3，直管內(nèi)徑Φ4，中心高度L，外壁高度差(Τ1-Τ2)，外壁斜 度0，圓角半徑1 。其中底面0度寬度，底面90度寬度，高面0度寬度，高面90度寬度，差 用于馬鞍曲線內(nèi)部到外部的連續(xù)光滑過渡計(jì)算。外壁高度差用于外側(cè)面軌跡由下至上的均勻過渡計(jì)算，其它參數(shù)用于基本馬鞍軌跡計(jì)算。(3)調(diào)節(jié)焊絲與鎢極相對(duì)位置由送絲機(jī)將焊絲通過送絲導(dǎo)管送到焊絲導(dǎo)電嘴，通過焊絲位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整焊絲與電弧相對(duì)位置，使焊絲伸出方向?qū)?zhǔn)鎢極與工件接觸，接觸點(diǎn)與鎢極水平距離為8-9mm， 并保持焊絲與工件的焊接面形成約15°的夾角；將熱絲電源與導(dǎo)電嘴、焊絲與工件串聯(lián)形 成電流回路；保證焊接時(shí)可靠接觸，并且阻力最小為最好；(4)調(diào)整各軸初始位置執(zhí)行復(fù)位并通過回轉(zhuǎn)變位機(jī)構(gòu)將工件的焊接面調(diào)整為水平位置，通過手動(dòng)方式將各軸調(diào)到 設(shè)定起始原點(diǎn)位置，將焊槍鎢極尖對(duì)準(zhǔn)激光燈，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位，各軸初始坐標(biāo)將按工件設(shè)定 參數(shù)和位置賦值、計(jì)算；(5)執(zhí)行堆焊軌跡控制流程馬鞍軌跡是以接管中心一周分3600個(gè)角度進(jìn)行計(jì)算的，根據(jù)每個(gè)角度相貫點(diǎn)高 度變化值計(jì)算傾斜角度變化值和旋轉(zhuǎn)速度補(bǔ)償保證焊接位置水平和堆焊厚度一致。采用 PMAC控制器和交流侍服驅(qū)動(dòng)，通過馬鞍形數(shù)學(xué)公式程序，實(shí)現(xiàn)馬鞍形軌跡控制。焊接順序是 先焊低端面，一外側(cè)立面一內(nèi)立面一內(nèi)外R角一高端面。按下焊接按鈕，由電氣控制系統(tǒng)中 的計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的焊接程序依次完成工件的低面、高面、圓錐臺(tái)外斜面、圓錐臺(tái)內(nèi)立 面、底角和頂角的自動(dòng)堆焊。本發(fā)明的有益效果是這種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備，它主要 包括一個(gè)完成工件升降、旋轉(zhuǎn)和傾鈄的工位調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)焊槍機(jī)械手、激光定位器和電氣 控制裝置，工位調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)。在 工作時(shí)，電氣控制裝置按預(yù)先設(shè)置的操作指令控制工位調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)焊槍機(jī)械手動(dòng)態(tài)配 合，完成帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭端面防腐層的自動(dòng)堆焊。其優(yōu)點(diǎn)如下1、通過電氣控制裝置的協(xié)調(diào)控制達(dá)到了五軸聯(lián)動(dòng)，從而使工件的堆焊端面在焊接 過程中始終處于水平狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了工件焊接過程中的水平變位。2、采用熱絲TIG焊接工藝和水平位連續(xù)焊接，焊接接頭少，沒有上、下坡，整體焊 道一致、平整，焊接質(zhì)量好。3、完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)焊接，減少了堆焊面打磨量，提高了焊材利用率。4、采用熱絲技術(shù)，在送絲導(dǎo)電嘴與工件間加入電壓，使送絲導(dǎo)電嘴與工件間焊絲 流過電流，加熱焊絲，減少焊絲對(duì)電弧熱量吸收，從而提高焊接效率。5、控制程序中集成了弧壓控制功能，通過檢測(cè)電弧電壓，能夠修改計(jì)算軌跡值滿 足焊接過程弧壓和熱絲電流穩(wěn)定的要求，并能通過設(shè)AVC定動(dòng)作角度設(shè)定兩個(gè)軸合成動(dòng)作 比例值。6、由控制程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)端面不等寬軌跡的均勻過渡，使堆焊層與馬鞍端面接管外 邊緣平行。通過控制焊接速度的變化實(shí)現(xiàn)堆焊厚度一致。


圖1是一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)正視圖。圖2是一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)俯視圖。圖3主要示出了焊槍機(jī)械手的結(jié)構(gòu)圖。
圖4主要示出了使工作臺(tái)傾斜機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖5是工件相關(guān)尺寸示意圖。圖6是馬鞍端面接管內(nèi)臂堆焊軌跡示意圖。圖中1、底座，la、小底座，2、主動(dòng)側(cè)立柱，2a、第一伺服電機(jī)，2b、第一行星減速機(jī)， 2c、主傳動(dòng)軸，2d、第一小齒輪，2e、從動(dòng)扇形齒，2f、支承軸承，2g、第一支承軸，2h、第一軸 承，3、從動(dòng)側(cè)立柱，3a、第二軸承，3b、第二支承軸，4、工作臺(tái)，4a、第二伺服電機(jī)，4b、第二行 星減速機(jī)，4c、第二小齒輪，4d、齒圈，4e、工作臺(tái)底座，5、升降機(jī)構(gòu)，5a、第三伺服電機(jī)，5b、第 三行星減速機(jī)，5c、絲杠，5d、滑板，5e、絲母，5f、配重，5g、連接凸盤，6、焊槍機(jī)械手，6a、支承 架，6b、橫向進(jìn)退機(jī)構(gòu)，6c、縱向升降機(jī)構(gòu)6d、焊槍，7、激光定位器，8、送絲機(jī)，8a、焊絲導(dǎo)管， 9、熱絲電纜，10、工件。
具體實(shí)施例方式圖1、2、3、4示出了一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭焊接設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。圖中，自動(dòng) 焊設(shè)備包括一個(gè)完成工件升降、旋轉(zhuǎn)和傾鈄的工位調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)焊槍機(jī)械手6、激光定位 器7和電氣控制裝置，工位調(diào)節(jié)裝置集成安裝在一個(gè)底座1上，自動(dòng)焊槍機(jī)械手6安裝在一 個(gè)小底座Ia上，在工作時(shí)，電氣控制裝置按預(yù)先設(shè)置的操作指令控制工位調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng) 焊槍機(jī)械手動(dòng)態(tài)配合，完成帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭相貫線焊縫的焊接。下面主要介紹工 位調(diào)節(jié)裝置包括的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)。在底座1上設(shè)有一個(gè)主動(dòng)側(cè)立柱2和一個(gè)從動(dòng)側(cè)立柱3，在主動(dòng)側(cè)立柱2的上端部 設(shè)有一個(gè)由第一軸承2h支承的第一支承軸2g，右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5采用懸掛式固定在第一支 承軸2g的端部。在從動(dòng)側(cè)立柱3的上端部設(shè)有一個(gè)由第二軸承3a支承的第二支承軸3b， 左側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5也采用懸掛式固定在第二支承軸3b的端部。左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5都設(shè) 有配重5f并通過各自的滑板5d與工作臺(tái)底座4e連接。工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)采用左、右側(cè)的升 降機(jī)構(gòu)5同步工作，左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5的第三伺服電機(jī)5a經(jīng)第三行星減速機(jī)5b驅(qū)動(dòng)絲 杠5c，絲杠5c經(jīng)兩個(gè)絲母5e驅(qū)動(dòng)滑板5d連同工作臺(tái)底座4e —起作升降運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在工作臺(tái)底座4e的一側(cè)，可以旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)4位于工作臺(tái)底 座4e的上方。工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用第二伺服電機(jī)4a經(jīng)第二行星減速機(jī)4b驅(qū)動(dòng)第二小齒 輪4c，第二小齒輪4c驅(qū)動(dòng)固定安裝在工作臺(tái)4下面的齒圈4d使工作臺(tái)4轉(zhuǎn)動(dòng)。在主動(dòng)側(cè)立柱2的下部設(shè)有一個(gè)工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)的由支承軸承2f支承的主傳動(dòng) 軸2c，位于主傳動(dòng)軸2c —端的第一小齒輪2d與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5上的連接凸盤5g固定 連接在一起的從動(dòng)扇形齒2e相嚙合，從動(dòng)扇形齒2e的上端還活動(dòng)套裝在第一支承軸2g上 (圖1、4)。工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)采用第一伺服電機(jī)2a經(jīng)第一行星減速機(jī)2b驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)軸2c， 與主傳動(dòng)軸2c固定連接的第一小齒輪2d經(jīng)與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5固定連接的從動(dòng)扇形齒2e 驅(qū)動(dòng)左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5和工作臺(tái)底座4e —起傾斜。激光定位器7設(shè)置在右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)5的上部并面向工作臺(tái)4，激光定位器7的 中心位置與第一支承軸2g的中心位置相一致(圖1)。自動(dòng)焊槍機(jī)械手6可以在位于底座 1 一側(cè)的小底座Ia上行走，焊槍6d的位置采用橫向進(jìn)退機(jī)構(gòu)6b和縱向升降機(jī)構(gòu)6c調(diào)節(jié)。 在自動(dòng)焊接開始時(shí)，首先用工位調(diào)節(jié)裝置把工件(10)的起焊點(diǎn)調(diào)節(jié)到激光定位器7的光點(diǎn) 位置，再把焊槍6d調(diào)節(jié)到與工件10的起焊點(diǎn)平面成15度夾角，調(diào)節(jié)好焊絲與鎢極的相對(duì)位置，然后即可進(jìn)入焊接狀態(tài)。最后舉例說明使用上述自動(dòng)焊設(shè)備的焊接方法(1)安裝工件將工作臺(tái)4轉(zhuǎn)到水平位置，將工件10吊到工作臺(tái)4上，通過工作臺(tái)面上固定的調(diào) 整絲杠，調(diào)整工件10中心與工作臺(tái)4中心重合，通過螺栓壓板將工件10固定在工作臺(tái)4上， 通過工位調(diào)節(jié)裝置，把焊接始點(diǎn)端面接近第一支承軸2g的軸中 心。(2)輸入工件基本常規(guī)參數(shù)圖5示出了通過電氣控制系統(tǒng)的觸摸屏輸入的馬鞍形管接頭工件10的基本參數(shù)。 底面母管直徑Φ 1 = 3951mm,底面0度位寬度Dl = 205mm,底面90度位寬度D2 = 230mm, 高面母管直徑Φ 2 = 3784mm,高面0度寬度D3 = 125mm,高面90度寬度D4 = 115mm,支管 外徑Φ3 = 1498mm，支管內(nèi)徑=736mm，中心高度L= 130mm，外壁高度差T1-T2 = 10mm，外 壁斜度α = 15度，圓角半徑R= 20mm。度寬度，輸入焊道間距4mm，，弧壓=11. 3V，焊接速 度=200mm/min，提前送氣時(shí)間5S，引弧電流50A，基值焊接電流160A，峰值焊接電流280A， 滯后停氣時(shí)間10S，等參數(shù)。(3)調(diào)節(jié)送絲機(jī)構(gòu)將TIG電源的輸出負(fù)極接焊槍6d、正極接工件10，由送絲機(jī)8將焊絲通過送絲導(dǎo) 管8a送到焊絲導(dǎo)電嘴，使焊絲伸出與工件10接觸，并通過回轉(zhuǎn)變位機(jī)構(gòu)將工件10的焊接 面調(diào)整為水平位置，保持焊絲與工件10的焊接面形成約15度夾角；將熱絲電源與導(dǎo)電嘴、 焊絲與工件10串聯(lián)形成電流回路；通過焊絲位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整焊絲與電弧相對(duì)位置，保證 焊絲送到電弧熔池邊緣，并與工件(10)保持接觸；峰值電流不至于燒斷焊絲為最好。焊槍 角度與下端面垂直。(4)調(diào)整各軸初始位置焊接順序是由內(nèi)到外，通過手動(dòng)方式調(diào)整各軸使焊槍鎢極尖對(duì)準(zhǔn)低面0度外R角 處第一道位置，提升焊槍與激光點(diǎn)重合，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位，再將焊槍調(diào)到設(shè)定起始原點(diǎn)0度位置。(5)各面堆焊軌跡控制流程低端面焊接按下焊接按鈕，執(zhí)行提前送保護(hù)氣一鎢極接觸工件一提起設(shè)定高度一高頻引弧一 電流上升一脈沖電流一送絲一啟動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一傾斜軸和機(jī)械手其它三軸根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)角 位置對(duì)應(yīng)軌跡各軸計(jì)算值相應(yīng)調(diào)整，使焊接位置始終處于水平位置，機(jī)械手滑座軸根據(jù)焊 道數(shù)和底面寬度差對(duì)一周不同位置進(jìn)行調(diào)整一焊接速度根據(jù)坡度和軌跡補(bǔ)償后寬度變化 計(jì)算調(diào)整一根據(jù)弧壓檢測(cè)值確定下一目標(biāo)位置值是否需要修改完成弧壓自動(dòng)控制一達(dá)到 一周和設(shè)定搭接量后按45度角向外移到下一軌跡一重復(fù)以上軌跡控制過程一到最外一道 軌跡一到終點(diǎn)后執(zhí)行電流衰減收弧一延時(shí)停保護(hù)氣，完成工件10的低面的焊接工作。外斜面焊接選擇側(cè)立面焊接程序一調(diào)整焊槍與底面夾角為約30度以90度位置不刮工件10 表面為準(zhǔn)一執(zhí)行(4)復(fù)位程序一按下焊接按鈕，執(zhí)行提前送保護(hù)氣一鎢極接觸工件一提起 設(shè)定高度一高頻引弧一電流上升一脈沖電流一送絲一啟動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一傾斜軸和其它三 軸根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置對(duì)應(yīng)計(jì)算值相應(yīng)調(diào)整使焊接位置始終處于水平位置，橫移軸和升降軸根據(jù)焊道數(shù)和底面寬度差對(duì)一周不同位置進(jìn)行調(diào)整一焊接速度根據(jù)坡度和軌跡補(bǔ)償后寬度變化計(jì)算調(diào)整一根據(jù)弧壓檢測(cè)值確定下一目標(biāo)位置值是否需要修改，來完成弧壓自動(dòng)控 制一達(dá)到一周和設(shè)定搭接量后按45度角沿斜度角向上移到下一軌跡一重復(fù)以上軌跡控制 過程一到最外一道軌跡一到終點(diǎn)后執(zhí)行電流衰減收弧一延時(shí)停保護(hù)氣，完成工件10的低 面的焊接工作。內(nèi)立面焊接選擇內(nèi)立面焊接，將焊槍與內(nèi)立面調(diào)整垂直一工件轉(zhuǎn)的0度位置一傾斜軸調(diào)到0 位置，將鎢極尖對(duì)準(zhǔn)起始焊道位置一升槍與激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位一將焊槍重新移到 起始焊接位置一按焊接按鈕一執(zhí)行送保護(hù)氣一鎢極接觸工件一提起設(shè)定高度一高頻引弧 —電流上升一脈沖電流一啟動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一達(dá)到一周和搭接設(shè)定值后以45°角向上移動(dòng) 到下一圈軌跡一焊接到上部后由程序計(jì)算啟焊端點(diǎn)位置一執(zhí)行引弧焊接一收弧一轉(zhuǎn)到下 一焊接起始位置一收弧一提高焊槍到下一焊道高度繼續(xù)焊接一完成焊接。圖6是馬鞍接管 內(nèi)壁堆焊軌跡展開圖，采用橫向方式堆焊，馬鞍端面以下為連續(xù)堆焊，a為焊接起點(diǎn)，按箭頭 方向焊接，焊接到位置b后，焊槍上移設(shè)定寬度，進(jìn)入第二道焊接軌跡起點(diǎn)c，到馬鞍端面出 現(xiàn)不連續(xù)焊道為止。馬鞍端面部分采用斷續(xù)方式焊接，程序根據(jù)與馬鞍端面上端設(shè)定寬度 計(jì)算起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)位置，也可采用手動(dòng)方式設(shè)定起弧點(diǎn)，收弧點(diǎn)與起點(diǎn)對(duì)稱。執(zhí)行過程如 下馬鞍接管轉(zhuǎn)動(dòng)到d位置后引弧焊接，達(dá)到對(duì)稱位置e后收弧?？辙D(zhuǎn)到下一對(duì)稱位f置后 引弧繼續(xù)焊接到位置g，完成該層焊接。焊槍向上移動(dòng)進(jìn)入下一焊道高度，引弧點(diǎn)位置為h， 重復(fù)該程序到最后一段。邊角封邊采用馬鞍軌跡控制方式實(shí)現(xiàn)，焊接起點(diǎn)為j，終點(diǎn)為k，焊 槍與工件夾角需要調(diào)整。頂角焊接選擇頂角焊接程序一將工件調(diào)整到初始位置一將焊槍角度調(diào)整到與所焊角切線 垂直一升焊槍到鎢極尖與激光點(diǎn)重合一執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位一將焊槍返回到啟焊點(diǎn)位置一執(zhí)行 焊接程序一其它過程與底面相同。上端面焊接方法與底面基本相同，不再贅述。
權(quán)利要求
一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備，它主要包括一個(gè)完成工件升降、旋轉(zhuǎn)和傾鈄的工位調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)焊槍機(jī)械手(6)和電氣控制裝置，工位調(diào)節(jié)裝置集成安裝在一個(gè)底座(1)上，自動(dòng)焊槍機(jī)械手(6)安裝在一個(gè)小底座(1a)上，在工作時(shí)，所述電氣控制裝置按預(yù)先設(shè)置的操作指令控制工位調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)焊槍機(jī)械手動(dòng)態(tài)配合，完成帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭相貫線焊縫的焊接；其特征是它還包括一個(gè)激光定位器(7)，所述工位調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、一個(gè)工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)和一個(gè)工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)，在所述底座(1)上設(shè)有一個(gè)主動(dòng)側(cè)立柱(2)和一個(gè)從動(dòng)側(cè)立柱(3)，在主動(dòng)側(cè)立柱(2)的上端部設(shè)有一個(gè)由第一軸承(2h)支承的第一支承軸(2g)，右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)采用懸掛式固定在第一支承軸(2g)的端部，在從動(dòng)側(cè)立柱(3)的上端部設(shè)有一個(gè)由第二軸承(3a)支承的第二支承軸(3b)，左側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)也采用懸掛式固定在第二支承軸(3b)的端部，左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)通過各自的滑板(5d)與工作臺(tái)底座(4e)連接；所述工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在工作臺(tái)底座(4e)的一側(cè)，可以旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)(4)位于工作臺(tái)底座(4e)的上方；在所述主動(dòng)側(cè)立柱(2)的下部設(shè)有一個(gè)所述工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)的由支承軸承(2f)支承的主傳動(dòng)軸(2c)，位于主傳動(dòng)軸(2c)一端的第一小齒輪(2d)與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)固定連接在一起的從動(dòng)扇形齒(2e)相嚙合；所述激光定位器(7)設(shè)置在右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)的上部并面向工作臺(tái)(4)，激光定位器(7)的中心位置與第一支承軸(2g)的中心位置相一致；所述自動(dòng)焊槍機(jī)械手(6)可以在位于底座(1)一側(cè)的小底座(1a)上行走，焊槍(6d)的位置采用橫向進(jìn)退機(jī)構(gòu)(6b)和縱向升降機(jī)構(gòu)(6c)調(diào)節(jié)；在自動(dòng)焊接開始時(shí)，首先用所述工位調(diào)節(jié)裝置把工件(10)的上端面調(diào)整到略低于激光點(diǎn)，焊槍調(diào)整到起焊點(diǎn)，提升焊槍到到激光定位器(7)的光點(diǎn)位置執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位，再把焊槍(6d)調(diào)節(jié)到與工件(10)的起焊點(diǎn)，調(diào)節(jié)焊絲與工件接觸平面成15度夾角，然后起動(dòng)電源開始焊接。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備，其特征是所述 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用第二伺服電機(jī)(4a)經(jīng)第二行星減速機(jī)(4b)驅(qū)動(dòng)第二小齒輪(4c)，第 二小齒輪(4c)驅(qū)動(dòng)固定安裝在工作臺(tái)(4)下面的齒圈(4d)使工作臺(tái)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備，其特征是所述 工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)采用左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)同步工作，左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)的第三電 機(jī)(5a)經(jīng)第三行星減速機(jī)(5b)驅(qū)動(dòng)絲杠(5c)，絲杠(5c)經(jīng)絲母(5e)驅(qū)動(dòng)滑板(5d)連同 工作臺(tái)底座(4e) —起作升降運(yùn)動(dòng)。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備，其特征是所述 工作臺(tái)傾鈄機(jī)構(gòu)采用第一伺服電機(jī)(2a)經(jīng)第一行星減速機(jī)(2b)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)軸(2c)，與主 傳動(dòng)軸(2c)固定連接的第一小齒輪(2d)經(jīng)與右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)固定連接的從動(dòng)扇形齒 (2e)驅(qū)動(dòng)左、右側(cè)的升降機(jī)構(gòu)(5)和工作臺(tái)底座(4e) —起傾斜。
5.使用權(quán)利要求1所述的帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備的焊接方法，其 特征是所述焊接方法包括以下步驟(1)安裝工件將工作臺(tái)⑷轉(zhuǎn)到水平位置，將工件(10)吊到工作臺(tái)⑷上，通過固定在工作臺(tái)上的 調(diào)整絲杠，調(diào)整工件(10)中心與工作臺(tái)(4)中心重合，在工件下部四周，焊四塊固定連接 板，通過螺栓壓板將工件(10)固定在工作臺(tái)(4)上，通過工位調(diào)節(jié)裝置，使上端面略低于第 一支承軸(2g)的軸中心；(2)輸入常規(guī)參數(shù)通過電氣控制系統(tǒng)的觸摸屏輸入的馬鞍形管接頭工件(10)的基本參數(shù)和焊接工藝參數(shù)；(3)調(diào)節(jié)焊絲與鎢極的相對(duì)位置由送絲機(jī)(8)將焊絲通過送絲導(dǎo)管(8a)送到焊絲導(dǎo)電嘴，使焊絲伸出與工件(10)接觸，并通過回轉(zhuǎn)變位機(jī)構(gòu)將工件(10)的焊接面調(diào)整為水平位置，保持焊絲與工件(10)的焊 接面形成約15°的夾角；將熱絲電源與導(dǎo)電嘴、焊絲與工件(10)串聯(lián)形成電流回路；通過 焊絲與鎢極位置調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整焊絲與電弧相對(duì)位置，保證焊絲送到電弧熔池邊緣，對(duì)準(zhǔn)電 弧中心方向，并與工件(10)保持接觸；(4)調(diào)整各軸初始位置復(fù)位通過手動(dòng)方式將各軸調(diào)到設(shè)定起始原點(diǎn)位置，提升焊槍，將鎢極尖與激光點(diǎn)重合，執(zhí)行 原點(diǎn)復(fù)位，各軸初始坐標(biāo)將按工件(10)設(shè)定參數(shù)和程序的初始位置賦值、計(jì)算；(5)執(zhí)行堆焊軌跡控制流程選擇焊接程序按下焊接按鈕，由電氣控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的焊接程序依 次完成工件(10)的低面、底角、圓錐臺(tái)外斜面、圓錐臺(tái)內(nèi)立面、頂角和高面的自動(dòng)堆焊。
全文摘要
一種帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面自動(dòng)堆焊設(shè)備及其焊接方法，屬于自動(dòng)焊設(shè)備和焊接方法技術(shù)領(lǐng)域。該設(shè)備包括工位調(diào)節(jié)裝置、自動(dòng)焊槍機(jī)械手、激光定位器和電氣控制裝置。工作時(shí)，電氣控制裝置按預(yù)先設(shè)置的馬鞍形軌跡計(jì)算程序指令控制工位調(diào)節(jié)裝置和自動(dòng)焊槍機(jī)械手動(dòng)態(tài)配合，完成帶圓錐臺(tái)的馬鞍形管接頭表面防腐層的堆焊。其優(yōu)點(diǎn)如下電氣控制裝置控制五軸聯(lián)動(dòng)，使工件的堆焊處端面處于水平狀態(tài)。采用熱絲TIG焊接工藝和水平位連續(xù)焊接，焊接質(zhì)量好。完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)焊接，減少了堆焊面打磨量，提高了焊材利用率。采用熱絲技術(shù)，在送絲導(dǎo)電嘴與工件間加入電壓，使送絲導(dǎo)電嘴與工件間焊絲流過電流，加熱焊絲，減少焊絲對(duì)電弧熱量吸收，從而提高焊接效率。
文檔編號(hào)B23K9/167GK101804493SQ20101011008
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者李堅(jiān), 谷文, 高殿寶 申請(qǐng)人:中國第一重型機(jī)械股份公司;中國第一重型機(jī)械集團(tuán)大連加氫反應(yīng)器制造有限公司