專利名稱：一種中厚板單道多層焊接裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中厚板單道多層焊接裝置及方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)《2011中國鋼鐵工業(yè)年鑒》，我國現(xiàn)有中厚板軋機總生產(chǎn)能力為9331萬t/a，2010年共生產(chǎn)中厚板7221萬t，這些中厚板被廣泛的應(yīng)用于船舶制造、壓力容器、橋梁、高層建筑、核電等行業(yè)。厚板的傳統(tǒng)焊接方法一般采用多層多道焊。隨著工件的厚度逐漸增加，傳統(tǒng)的方法表現(xiàn)出很大的局限性。由于焊接結(jié)構(gòu)材料強度高，其焊接性較差，需要焊前預(yù)熱，焊材厚，結(jié)構(gòu)大，給預(yù)熱帶來很多困難，焊接勞動條件差，耗時長。并且傳統(tǒng)的焊接方法熱輸入量大，熱影響區(qū)寬、晶粒粗大，在厚板大約束度和大量填充金屬凝固收縮力的共同作用下，焊接接頭存在較大的殘余應(yīng)力和焊接變形，焊接接頭力學(xué)性能差，容易產(chǎn)生裂紋等焊接缺陷?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中多采用高強度鋼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的剛度大，焊后產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力，一旦變形很難矯正，因此需要在較低的線能量下進行焊接，而這將導(dǎo)致焊接效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種中厚板單道多層焊接裝置及方法，它具有可焊接效率高和焊接質(zhì)量好的優(yōu)點。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種中厚板單道多層焊接裝置，它包括計算機、運動控制器、機器人、擺動機構(gòu)、焊槍、焊機和電纜，擺動機構(gòu)還包括編碼器、電機、減速器、承力板、擺動連桿、連接耳和固定板，其特征在于擺動機構(gòu)是由編碼器、電機、減速器、承力板、擺動連桿、連接耳和固定板構(gòu)成 ，其中電機的上部連有編碼器，電機的下部與減速器相連，電機和減速器通過螺栓結(jié)構(gòu)固定在承力板上，承力板的右端與機器人末關(guān)節(jié)相連，擺動連桿一端通過鍵和螺栓結(jié)構(gòu)與減速器輸出軸固定連接，另一端通過螺栓與連接耳相連，固定板一側(cè)通過螺栓與連接耳相連，另一側(cè)通過螺栓與焊槍連接；擺動機構(gòu)上的編碼器通過電纜與運動控制器相連，焊槍通過電纜與焊機相連。所述計算機與運動控制器的通訊通過DR9接口進行連接；所述焊槍為曲柄焊槍；所述的焊接方法是焊接接頭板材厚度尺寸范圍為3(T45mm，焊接接頭坡口形式為V形帶墊板坡口，角度為5° 8°，間隙寬度為8 15mm ;采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步驟:
(1)焊前準(zhǔn)備:清理待焊工件兩側(cè)壁的雜質(zhì)及氧化膜，在工作臺上裝配固定好；
(2)焊接:焊接保護氣采用二氧化碳和氬氣的混合氣體，氣體流量為2(T25L/min，焊接采用單道多層的焊接方法，焊接過程中熔滴過渡形式為射流過渡，導(dǎo)電嘴與工件表面保持10° 20°的夾角；焊接工藝參數(shù)為:電弧電壓27 32V，焊接電流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min ;每層焊完后清理焊縫表面，再進行下一層焊接。本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明通過單道多層的焊接方法可以有效的提高中厚板的焊接效率，通過控制電弧的擺動可以改善側(cè)壁熔合效果，提高焊接質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為擺動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為焊絲端部的運動軌跡。在圖中，1、計算機 2、運動控制器 3、機器人 4、擺動機構(gòu) 5、焊槍 6、焊機
7、電纜8、編碼器9、電機10、減速器11、承力板12、擺動連桿13、連接耳 14、固定板。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它包括計算機1、運動控制器2、機器人3、擺動機構(gòu)4、焊槍5、焊機6和電纜7，擺動機構(gòu)4還包括編碼器8、電機9、減速器10、承力板11、擺動連桿12、連接耳13和固定板14，其結(jié)構(gòu)特點是擺動機構(gòu)4是由編碼器8、電機9、減速器10、承力板11、擺動連桿12、連接耳13和固定板14構(gòu)成，其中電機9的上部連有編碼器8，電機9的下部與減速器10相連，電機9和減速器10通過螺栓結(jié)構(gòu)固定在承力板11上，承力板11的右端與機器人3末關(guān)節(jié)相連，擺動連桿12 —端通過鍵和螺栓結(jié)構(gòu)與減速器10輸出軸固定連接，另一端通過螺栓與連接耳13相連，固定板14 一側(cè)通過螺栓與連接耳13相連，另一側(cè)通過螺栓與焊槍5連接；擺動機構(gòu)4上的編碼器8通過通訊電纜與運動控制器2相連，焊槍5的通過電纜7與焊機6相連。所述計算機I與運動控制器2的通訊通過DR9接口進行連接；所述焊槍5為曲柄焊槍；
在焊接過程中機器人3控制焊接路徑，擺動機構(gòu)4控制焊接過程中電弧的擺動，焊接時通過機器人3和擺動機構(gòu)4的協(xié)同運動，實現(xiàn)電弧在焊縫間隙內(nèi)往復(fù)擺動前進，從而實現(xiàn)中厚板的單道成形。 通過減速器10的輸出軸帶動擺動機構(gòu)4進行轉(zhuǎn)動，繼而帶動焊槍5的擺動，通過電機9正反轉(zhuǎn)狀態(tài)的不停改變實現(xiàn)電弧在間隙的連續(xù)擺動。編碼器8安裝于電機9上，用于記錄電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在擺動過程中，電機9的運轉(zhuǎn)狀態(tài)經(jīng)運動控制器2實時傳輸?shù)接嬎銠C1，計算機I通過軟件系統(tǒng)發(fā)出信號，經(jīng)運動控制器2改變電機9的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。計算機I與運動控制器2的通訊通過DR9接口。焊接方法，所述的焊接接頭板材厚度尺寸范圍為3(T45mm。焊接接頭坡口形式為V形帶墊板坡口，角度為5° 8°，間隙寬度為8 15mm;
采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步驟:
A、焊前準(zhǔn)備:清理待焊工件兩側(cè)壁的雜質(zhì)及氧化膜，無需預(yù)熱，在工作臺上裝配固定
好;
B、焊接:焊接保護氣采用二氧化碳和氬氣的混合氣體，氣體流量為2(T25L/min，焊接采用單道多層的焊接方法。焊接過程中熔滴過渡形式為射流過渡。焊接工藝參數(shù)為:電弧電壓27 32V，焊接電流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min。每層焊完后清理焊縫表面，再進行下一層焊接。圖3為焊絲端部的運動軌跡圖，焊絲的運動軌跡是焊接方向和擺動方向的耦合路徑。在中厚板單道多層焊時為了保證側(cè)壁的熔合，所以焊絲擺動到兩側(cè)壁時停留0.2、.3ms，因此只有焊接方向的運動。為了充分說明本發(fā)明的特性，下面給出實際焊接實例。針對Q235低碳鋼進行到底焊實驗，坡口為V形帶墊板坡口，坡口角度為12°，間隙寬度為14mm，側(cè)壁高度為35mm。保護氣為20%Ar+80%C02，流量為20L/min。焊接電流為285A，焊接電壓為30.1V，焊接速度為25cm/min，擺幅為6，側(cè)壁停留時間為0.25s。通過觀察焊接結(jié)果的焊縫外觀圖和焊縫宏觀截面圖，可以看出側(cè)壁熔合效果好，焊縫表面平整，無飛濺。
權(quán)利要求
1.一種中厚板單道多層焊接裝置，它包括計算機、運動控制器、機器人、擺動機構(gòu)、焊槍、焊機和電纜，擺動機構(gòu)還包括編碼器、電機、減速器、承力板、擺動連桿、連接耳和固定板，其特征在于擺動機構(gòu)是由編碼器、電機、減速器、承力板、擺動連桿、連接耳和固定板構(gòu)成，其中電機的上部連有編碼器，電機的下部與減速器相連，電機和減速器通過螺栓結(jié)構(gòu)固定在承力板上，承力板的右端與機器人末關(guān)節(jié)相連，擺動連桿一端通過鍵和螺栓結(jié)構(gòu)與減速器輸出軸固定連接，另一端通過螺栓與連接耳相連，固定板一側(cè)通過螺栓與連接耳相連，另一側(cè)通過螺栓與焊槍連接；擺動機構(gòu)上的編碼器通過電纜與運動控制器相連，計算機與運動控制器的通訊通過DR9接口進行連接，焊槍通過電纜與焊機相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板單道多層焊接裝置，其特征在于所述焊槍為曲柄焊槍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板單道多層焊接方法，其特征在于焊接接頭板材厚度尺寸范圍為3(T45mm，焊接接頭坡口形式為V形帶墊板坡口，角度為5° 8°，間隙寬度為8^15mm ;采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步驟: (1)焊前準(zhǔn)備:清理待焊工件兩側(cè)壁的雜質(zhì)及氧化膜，在工作臺上裝配固定好； (2)焊接:焊接保護氣采用二氧化碳和氬氣的混合氣體，氣體流量為2(T25L/min，焊接采用單道多層的焊接方法，焊接過程中熔滴過渡形式為射流過渡，導(dǎo)電嘴與工件表面保持10° 20°的夾角；焊接工藝參數(shù)為:電弧電壓27 32V，焊接電流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min ;每層焊完后清理焊縫表面，再進行下一層焊接。
全文摘要
一種中厚板單道多層焊接裝置及方法，屬于材料加工工程中的焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體的是提供了一種針對30~45mm厚的中厚板的單道多層GMAW焊接方法及裝置，該裝置包括焊槍、擺動結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)；焊接接頭坡口形式為V形帶墊板坡口，角度為5°~8°，間隙寬度為8~15mm；焊接保護氣采用二氧化碳和氬氣的混合氣體，氣體流量為20~25L/min，焊接過程中的熔滴過渡形式為射流過渡。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過單道多層的焊接方法可以有效的提高中厚板的焊接效率，通過控制電弧的擺動可以改善側(cè)壁熔合效果，提高焊接質(zhì)量。
文檔編號B23K9/16GK103143818SQ201310080538
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者熊震宇, 顧網(wǎng)平, 萬文, 薛誠 申請人:南昌航空大學(xué)