一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置及方法与流程

本申请涉及激光焊接领域，尤其涉及一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置及方法。

背景技术：

封闭式薄壁筒体构件经常见于航空、航天结构件中，例如火箭发动机的尾喷管、航空发动机的机匣等。

目前，大型薄壁筒体构件的制造一般是分瓣成型+焊接的方式进行制造。例如将筒体构件分为3至9瓣，每瓣120度至40度，采用激光焊接将单个瓣体拼接成一个筒体构件。众所周知，激光焊接变形小且效率高，在薄壁构件的焊接中具有得天独厚的优势。但是，激光焊接对焊缝间隙的要求极高，一般要求焊缝间隙小于0.1mm。对于大型的薄壁构件来说0.1mm的对缝间隙极难保证。尤其是对于这种多瓣拼接而成的筒体构件，经过多瓣拼接后，最后筒体合拢时由于多次焊接变形的累积导致最后一条合拢焊缝的对缝间隙难以达到激光焊接的要求。

就目前技术而言，当焊缝间隙超过焊接要求时其主要解决方式是采用人工刮削的方式进行钳修。这种人工钳修方式不但工作量巨大、周期长，而且极易导致焊缝边缘修配成波浪形，对缝间隙不均匀焊接时产生气孔、击穿孔、咬边、塌陷等缺陷，更严重的如果刮削量过大会导致筒体的周长变短，整个筒体报废。

技术实现要素：

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置及方法。

本发明实施例第一方面提供了一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置，所述装置包括上型面机构、运动机构、控制机构、检测机构、悬臂支撑机构和下型面机构；

所述上型面机构和下型面机构分别固定在悬臂支撑机构的顶部和底部，所述上型面机构用于支撑工件型面，所述下型面机构的底部设置运动机构；

所述检测机构，用于检测焊接过程中的焊缝间隙，并将检测结果发送至控制机构；

所述控制机构，用于根据所述检测机构发送的检测结果控制运动机构的运动状态进而带动所述下型面机构进行竖直方向的运动。

优选地，所述上型面机构和下型面机构均为框架式结构，所述上型面机构的上表面和下型面机构的上表面均加工为弧面结构。

优选地，所述弧面结构的弧面所对圆心角的度数为30°至90°。

优选地，所述悬臂支撑机构包括用于安装上型面机构的上型面安装平面板和用于安装下型面机构的下型面安装平面板，且所述上型面安装平面板和下型面安装平面板之间通过立梁固定连接，所述上型面安装平面板的下表面通过斜梁与所述立梁固定连接。

优选地，所述检测机构包括ccd摄像头，所述ccd摄像头安装在焊接头上，用于检测焊接头在焊接过程中的焊缝间隙。

优选地，所述控制机构包括工控机，所述工控机包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行如下操作：

接收检测机构发送的检测结果；

根据所述检测结果判断当前焊缝间隙是否处于预设的间隙范围；

当当前焊缝间隙没有处于预设的间隙范围时，控制所述运动机构向上或向下运动；

当当前焊缝间隙处于预设的间隙范围时，获取预设的焊接参数并发送至外部的焊接系统。

优选地，所述运动机构包括水平旋进螺杆和升降座，所述控制机构控制所述水平旋进螺杆作水平方向的旋进运动，所述水平旋进螺杆的两端分别套设有两个升降座，所述两个升降座随着水平旋进螺杆的水平旋进做竖直方向的运动。

优选地，所述装置还包括锁紧机构，所述锁紧机构固定在所述上型面机构的上表面，所述锁紧机构包括压梁和压块，多个所述压块均匀的固定在两个平行设置的压梁中间，用于压紧工件。

优选地，所述装置还包括束带机构，所述束带机构设置在上型面机构和下型面机构之间，用于在上型面机构和下型面机构之间的相对位置发生变化时产生合拢力。

本发明实施例第二方面提供了一种如本发明实施例第一方面所述的筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置的调控方法，所述方法包括：

s1、将两个半圆工件的两端分别安装在上型面机构和下型面机构上，使两个半圆工件的截面相对；

s2、通过检测机构检测两个半圆工件的其中一个截面的焊缝间隙；

s3、当当当前焊缝间隙没有处于预设的间隙范围时，控制所述运动机构向上或向下运动，直至当前焊缝间隙处于预设的间隙范围；

s4、当当前焊缝间隙处于预设的间隙范围时，获取预设的焊接参数并发送至外部的焊接系统；

s5、重复s2-s4，对两个半圆工件的另一个截面的焊缝间隙进行调控。

本发明的有益效果如下：本发明所述调控装置能够通过检测到的焊缝间隙控制运动机构，进而使得下型面机构带动筒体构件进行上下运动，然后通过不断反馈焊缝间隙的结果从而有效调节筒体构件合拢时的间隙精度，对解决封闭式筒体构件最后筒体合拢时误差累积具有重要意义。本发明对于其它封闭式筒体构件焊接间隙的控制具有很好的指导意义，特别适用于对于焊接间隙要求严格的激光焊等高能束焊接工艺。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置的结构原理示意图；

图2为本发明实施例所述的筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置的立体结构示意图；

图3为本发明实施例所述的上型面机构1的立体结构示意图；

图4为本发明实施例所述的下型面机构8的立体结构示意图；

图5为本发明实施例所述的悬臂支撑机构5的平面结构示意图；

图6为本发明实施例所述的悬臂支撑机构5的立体结构示意图；

图7为本发明实施例所述的运动机构2的平面结构示意图；

图8为本发明实施例所述的运动机构2的立体结构示意图；

图9为本发明实施例所述的锁紧机构3的平面结构示意图；

图10为本发明实施例所述的锁紧机构3的立体结构示意图；

图11为半圆筒体合拢示意图；

图12为本发明实施例所述的筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置的运动原理示意图；

图13为最终筒体构件合拢示意图。

附图标记：

1、上型面机构，2、运动机构，2-1、水平旋进螺杆，2-2、升降座，3、锁紧机构，3-1、压梁，3-2、压块，4、控制机构，5、悬臂支撑机构，5-1、上型面安装平面板，5-2、下型面安装平面板，5-3、立梁，5-4、斜梁，6、检测机构，7、束带机构，8、下型面机构。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提出了一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控装置，所述装置包括上型面机构1、运动机构2、控制机构4、检测机构6、悬臂支撑机构5和下型面机构8；

所述上型面机构1和下型面机构8分别固定在悬臂支撑机构5的顶部和底部，所述上型面机构1用于支撑工件型面，所述下型面机构8的底部设置运动机构2；

所述检测机构6，用于检测焊接过程中的焊缝间隙，并将检测结果发送至控制机构4；

所述控制机构4，用于根据所述检测机构6发送的检测结果控制运动机构2的运动状态进而带动所述下型面机构8进行竖直方向的运动。

具体的，上型面机构1和下型面机构8共同组成型面机构，上型面机构1如图3所示，为框架式结构，采用框板焊接并按照工件的几何型面加工出胎体型面，即为弧面结构，并安装在悬臂支撑机构5的上部。上型面胎体按照筒体工件的型面一般选取弧面所对圆心角的度数为30°至90°。下型面机构8的结构如图4所示，同样为框架结构，并采用框板焊接并按照工件的几何型面加工出胎体型面，即为弧面结构，并安装在运动机构2的顶部，组合成可上下运动调整的下型面，下型面胎体按照筒体工件的型面一般选取弧面所对圆心角的度数为30°至90°。运动机构2设置在悬臂支撑机构5的下部。

如图5和图6所示，本实施例所述的悬臂支撑机构5同样为框架式结构，有两个安装平面，即上型面安装平面板5-1和下型面安装平面板5-2，上型面安装平面板5-1用于安装上型面机构1，下型面安装平面板5-2用于安装下型面机构8。两个安装平面之间通过立梁5-3固定连接。同时，为了保证上型面安装的更加稳固，在上型面安装平面板5-1和立梁5-3之间加设了斜梁5-4。本实施例中，悬臂支撑机构5采用悬臂式结构也是为了便于筒体整体焊接完成后的脱模处理。

本实施例所述的检测机构6包括ccd摄像头，所述ccd摄像头安装在焊接头上，采用同轴视场方式检测焊接头在焊接过程中的焊缝间隙。

本实施例所述的控制机构4包括工控机，所述工控机包括处理器，所述处理器内置有处理器可执行的操作指令，以执行如下操作：

接收检测机构6发送的检测结果；

根据所述检测结果判断当前焊缝间隙是否处于预设的间隙范围；

当当前焊缝间隙没有处于预设的间隙范围时，控制所述运动机构2向上或向下运动；

当当前焊缝间隙处于预设的间隙范围时，获取预设的焊接参数并发送至外部的焊接系统。

具体的，当检测机构6将检测记过发送至控制机构4后，控制机构4中的工控机对焊缝间隙是否合格进行判定，当焊缝间隙满足要求时，工控机直接选取焊接参数进行焊接；当焊缝间隙不满足要求时，工控机判定间隙不合格，通过运动机构2对下型面机构8进行上下运动，调整焊缝间隙直至满足焊缝间隙要求。

如图7和图8所示，本实施例所述的运动机构2包括水平旋进螺杆2-1和升降座2-2，所述控制机构4控制所述水平旋进螺杆2-1作水平方向的旋进运动，所述水平旋进螺杆2-1的两端分别套设有两个升降座2-2，所述两个升降座2-2随着水平旋进螺杆2-1的水平旋进做竖直方向的运动。

进一步的，如图9和图10所示，本实施例所述的装置还包括锁紧机构3，用于对工件的压紧，采用螺纹压紧方式。所述锁紧机构3固定在所述上型面机构1的上表面，所述锁紧机构3包括压梁3-1和压块3-2，多个所述压块3-2均匀的固定在两个平行设置的压梁3-1中间，用于压紧工件。

更进一步的，本实施例所述的装置还包括束带机构7，该束带机构7可采用市面上常用的柔性绑带，可调节长度并具有锁紧功能。所述束带机构7设置在上型面机构1和下型面机构8之间，用于在上型面机构1和下型面机构8之间的相对位置发生变化时产生合拢力。

实施例2

本实施例提出了一种筒体构件纵缝激光焊接间隙自适应调控方法，所述方法应用于实施例1所述的调控装置中，在此不再赘述装置内容。所述调控方法包括：

s1、将两个半圆工件的两端分别安装在上型面机构1和下型面机构8上，使两个半圆工件的截面相对；

s2、通过检测机构6检测两个半圆工件的其中一个截面的焊缝间隙；

s3、当当当前焊缝间隙没有处于预设的间隙范围时，控制所述运动机构2向上或向下运动，直至当前焊缝间隙处于预设的间隙范围；

s4、当当前焊缝间隙处于预设的间隙范围时，获取预设的焊接参数并发送至外部的焊接系统；

s5、重复s2-s4，对两个半圆工件的另一个截面的焊缝间隙进行调控。

具体的，筒体工件结构设定为锥筒体结构，厚度3mm，材料为tc4钛合金，大端直径φ1600，小端直径φ600，高度600mm。为制造出整体构件，首先将筒体构件分为6瓣，每瓣60度，采用热成型方式成形出单个瓣体零件，采用机械加工方式将单个瓣体加工到所需尺寸。

如图11所示，首先在进行焊接之前，采用激光拼接工艺将单瓣成型工件拼成两个半圆，工件合拢时，将两个半圆工件安装在上型面机构1和下型面机构8上，通过检测机构6检测焊缝间隙，当焊缝间隙大于要求的间隙(例如0.1mm)时，控制机构4发出信号给运动机构2，运动机构2上下运动导致下型面机构8做同样的上下运动，使得筒体构件最后一条焊缝对缝间隙减小，如图12所示。在运动过程中，束带机构7和锁紧机构3产生合拢力以配合下型面机构8的运动。控制机构4选取焊接参量，将焊接参量传递给外部的焊接系统，最后进行焊接。然后转动工件180度，重复上述工步，完成最后工件的合拢焊缝。工件整体完成焊接后，采用x光机对焊缝内部质量进行探伤，目视检测焊缝表面质量，焊缝内部质量满足hb/z20017-2012ⅰ级焊缝要求，焊缝。最终筒体构件合拢状态如图13所示。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。