一种埋弧焊装置及其焊接方法与流程

本发明属于焊接领域，涉及一种埋弧焊装置及其焊接方法。

背景技术：

目前，船体结构钢t型构件及角接构件形成角焊缝，角焊缝的焊接通常采用专用细丝埋弧自动角焊设备进行埋弧自动焊焊接，现有市面上售卖的细丝埋弧焊设备通常是以专机的形式进行提供，将送丝机构、焊枪、焊接电源等集成一体，这种成套焊接细丝埋弧角焊专机价格非常昂贵。

同时，由于采用集成式机构，该焊接行走设备体积大，需要较大场地，笨重移动不方便，焊接过程焊接小车容易跑偏，两个靠轮之间间距大，起弧端需安装较长引、熄弧板才能满足焊接小车焊接安装要求。对于预留焊接空间窄小的角焊缝焊接，则力不从心，无法应对。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种埋弧焊装置及其焊接方法，用于解决现有技术中标准的埋弧焊设备无法在空间窄小中进行焊接的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种埋弧焊装置，所述角焊装置包括：

角焊机构，包括角焊小车，以及置于所述角焊小车的焊枪；

送丝机构，包括送丝小车，及安装于所述送丝小车上的导电杆和盘绕有焊丝的送丝盘，所述导电杆通过送丝软管连接所述焊枪，所述送丝软管内设有由所述送丝盘送入的所述焊丝，所述送丝软管与所述焊枪、所述导电杆之间采用可拆卸连接；

焊接电源，分别与所述导电杆、焊接时置于所述角焊小车底部的第一板件电性连接。

于本发明的一实施例中，在所述角焊小车上还固接有支架，所述支架转动连接一夹持件，该夹持件夹持所述焊枪。

于本发明的一实施例中，在所述角焊小车上相对于焊缝侧设有一侧向伸出的抵靠件，所述抵靠件包含伸出杆和固接在所述伸出杆端部的滚轮，所述滚轮在角焊时抵靠置在所述第一板件上的第二板件。

于本发明的一实施例中，所述抵靠件还包含固接在所述伸出杆上的磁性组件，所述磁性组件靠近所述滚轮设置。

于本发明的一实施例中，所述送丝软管由内向外依次设有弹簧管、第一绝缘套、焊接电缆和第二绝缘套，所述弹簧管内设有由所述送丝盘送入的所述焊丝。

于本发明的一实施例中，所述送丝软管的一端设有第一接头，该第一接头与所述导电杆螺纹连接，所述送丝软管的另一端设有第二接头，该第二接头与所述焊枪螺纹连接。

于本发明的一实施例中，所述第一接头、第二接头分别通过钎焊连接所述焊接电缆。

于本发明的一实施例中，所述送丝小车设有支撑柱，所述支撑柱固接所述送丝盘和所述导电杆。

本发明还提供了一种利用上述埋弧焊设备的焊接方法，包括如下步骤：

将第一板件固定到装焊平台或专用胎架上，将第二板件置于所述第一板件上；

角焊小车放置于所述第一板件上，且靠近所述第二板件和所述第一板件之间的焊缝处放置，置于所述角焊小车的焊枪通过送丝软管连接送丝机构的导电杆；

所述角焊小车在以所述导电杆为中心点，所述送丝软管为半径的范围内对在所述第一板件与所述第一板件之间的焊缝进行焊接。

于本发明的一实施例中，在焊接之前或焊接过程中，通过所述角焊小车上支架的夹持件带动焊枪转动，至焊枪内的焊丝对中所述焊缝根部。

如上所述，本发明的埋弧焊装置，将焊接电源、角焊机构和送丝机构相互独立设置，在焊接过程中只需将角焊机构放置在第一板件上，焊接电源和送丝机构直接放置在地面或其他平台上，角焊机构在第一板件上随焊缝移动即可，从而可以使用于窄小的焊接空间和短焊缝。

附图说明

图1显示为本发明的埋弧焊装置于一实施例中的结构示意图。

图2显示为本发明的埋弧焊装置中角焊小车的结构示意图。

图3显示为图2中角焊小车中夹持件的结构示意图。

图4显示为图1中送丝软管的结构示意图。

图5显示为图4中送丝软管的剖面示意图。

图6显示为平直形第一板件和第二板件于一实施例中的焊缝示意图。

图7显示为平直形第一板件和第二板件于另一实施例中的焊缝示意图。

图8显示为曲面形第一板件和第二板件于一实施例中的焊缝示意图。

图9显示为曲面形第一板件和第二板件于另一实施例中的焊缝示意图。

元件标号说明

1焊接电源3112第一绝缘套

11电缆3113弹簧管

12接地线312导电嘴

2送丝机构313第二接头

21送丝盘314导杆

22调整丝轮315第一接头

23送丝轮4角焊小车

24导电杆41电源

25送丝小车控制线42支架

26角焊小车控制线43伸出杆

27控制面板44磁性组件

28支撑柱45绝缘套

3焊枪5操控面板

31送丝软管61第二板件

311第二绝缘套62第一板件

3111焊接电缆

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

目前，船体结构钢t型构件及角接构件形成角焊缝，角焊缝的焊接有两种焊接方法，其中一种是对装配后的t型构件及角接焊缝采用专用细丝埋弧自动角焊设备进行埋弧自动焊焊接，现有的细丝埋弧焊设备通常是以专机的形式进行提供，将送丝机构2、焊枪3、焊接电源1等集成一体，在焊接时，将细丝埋弧焊设备放置其中角结构件上，可以称之为第一板件62，靠近侧向放置的船体结构钢t型构件，可以称之为第二板件61，将焊枪3对准第一板件62和第二板件61构成的焊缝进行焊接。整套售卖的细丝埋弧焊设备价格十分昂贵。同时，由于采用集成式机构，该焊接行走设备体积大，需要较大场地，笨重移动不方便，焊接过程焊接小车容易跑偏，两个靠轮之间间距大，起弧端需安装较长引、熄弧板才能满足焊接小车焊接安装要求。对于短焊缝、空间窄不规则、不能加装引熄弧板及有一定曲面度的结构角焊缝焊接则力不从心，无法应对，且对焊接环境要求严格。

另外，针对船体机构c-mn钢常用的材料，leg船液罐用镍合金的焊缝熔深流动性差，焊接难度更大，在大型b型液货舱制造中，镍合金钢经淬火、高温回火调制处理，强度高、线膨胀系数比c-mn钢大，焊接过程极易出现变形，焊接接头易出现低温脆性断裂，焊接过程要严格控制线能量。因此针对这类液货舱制造需要采用细丝埋弧焊设备才能保证焊缝根部熔深、焊脚尺寸、焊缝表面平整度、焊接接头质量稳定性及生产效率。

因此，本发明为解决液货舱制造中存在的短焊缝、预留给焊接设备空间狭小的问题，提供了一种细丝埋弧焊接装置。

请参阅图1，本发明提供的埋弧焊接装置包括有角焊机构、送丝机构2和焊接电源1，角焊机构、送丝机构2和焊接电源1三个部件相互独立设置，以下针对这三个独立部件进行详细说明。

如图2所示，角焊机构，包括角焊小车4，以及安装在角焊小车4上的焊枪3，在角焊时，焊枪3在角焊小车4的带动下沿焊缝移动，此时送丝机构2和焊接电源1的位置不变。角焊小车4内部可设有电源41和第一电机，该电源41采用可充电的充电电池，例如锂电池，无需电源线，只需在角焊之前将电池充满电。第一电机通过轴连接角焊小车4的其中一个或多个车轮，该电源41给第一电机供电后，在控制盒设置的移动参数如速度下驱动第一电机，从而控制角焊小车4移动。

焊接电源1，分别与所述导电杆24、焊接的第一板件62电性连接。如图1所示，具体的，导电杆24通过电缆11与焊接电源1正极连接，第一板件62通过接地线12与焊接电源1的负极连接。

如图3所示，角焊小车4上固接一支架42，该支架42转动连接有一用于夹持焊枪3的夹持件，具体地，夹持件可包括一对夹块，两夹块的一端通过调整件相连，同时，该调整件在穿过夹块后连接支架42，调整件可选用螺栓、螺钉等，可改变两夹块的距离，其中一夹块与支架42转动连接，可以选择在夹块上设置一转轴，在支架42上设置轴孔供转轴伸入，同时轴孔内可放置有轴承。当调整件旋松后，两夹块之间的距离扩大，调整件不再连接支架42和夹块时，可转动夹块。此时，可以将焊枪3安装在两夹块之间，先利用调整件将焊枪3固定在夹持件上，随后，转动夹持件至所需位置，再利用调整件将支架42和夹持件相连，确定焊枪3位置，当然，也可以在焊接过程中调节焊枪3角度。在本实施例中，在角焊过程中，角焊小车4需放置在焊接工件中的第一板件62上，焊枪3需相对于第一板件62呈45°形式固定在角焊小车4上。

进一步地，由于在角焊过程中焊枪3内部始终处于导电状态，为确保在焊接过程中即使焊枪3出现漏电情况时，对角焊小车4的其他电元件不会产生影响，本实施例中，在焊枪3外部包裹一层绝缘套45。

参阅图1，在角焊过程中，在本实施例中，在角焊小车4上相对于焊缝侧设置一抵靠件，该抵靠件侧向伸出，抵靠件包含一伸出杆43和固接在该伸出杆43端部的滚轮，该滚轮在角焊时始终抵靠置于第一板件62上的第二板件61，保证角焊小车4和第二板件61之间的距离始终保持不变。进一步地，为确保焊接过程焊接小车不会跑偏，可在伸出杆43上固接有一磁性组件44，磁性组件44可选用一永磁铁，该磁性组件44靠近滚轮设置。在角焊时，磁性组件44与第二板件61之间产生吸引力，角焊小车4在磁性元件的作用下始终抵靠在第二板件61上。

需要说明的是，角焊小车4通过四个车轮压在第一板件62，其中，车轮采用橡胶或耐磨塑材料制作，防止车轮刮伤第一板件62表面。

如图1所示，送丝机构2，包括送丝小车，及安装于送丝小车上的导电杆24和盘绕有焊丝的送丝盘21，导电杆24通过送丝软管31连接焊枪3，送丝软管31内设有由所述送丝盘21送入的所述焊丝，所述送丝软管31与所述焊枪3、所述导电杆24之间采用可拆卸连接。需要说明的是，在送丝盘21上配置有一送丝电机(图中未示出)，送丝电机驱动送丝盘21转动从而向焊枪3进行送丝。

其中，如图1所示，送丝机构2还包括一固接在角焊小车4上的支撑柱28，送丝盘21、导电杆24均固接在该支撑柱28上。支撑柱28上还安装有调整丝轮22和送丝轮23，调整丝轮22、送丝轮23均安装在同一安装板上，安装板固接于支撑柱28。导电杆24的一端连接安装板，导电杆24的另一端连接送丝软管31。其中，调整丝轮22包括两个第一调整丝轮和一个第二调整丝轮，第一调整丝轮和第二调整丝轮相对设置，第二调整丝轮相对于第一调整丝轮之间的间隙设置，焊丝从第一调整丝轮和第二调整丝轮之间穿过。在安装板上开设有可供第二调整丝轮移动的凹槽，在安装板侧壁上开设有供螺栓伸入的螺纹孔，螺纹孔与凹槽相通，第二调整丝轮通过连接件连接螺栓，使得通过螺栓旋入带动第二调整丝轮沿凹槽相对第一调整丝轮移动，可将第一调整丝轮之间的焊丝压紧。送丝轮23置于调整丝轮和导电杆24之间，在焊丝的两侧分别设置一上述送丝轮23，辅助经调整丝轮调整的焊丝进入导电杆24并经送丝软管31送入焊枪3内。

相应地，在送机机构上还设有一控制面板27，该控制面板27与送丝盘21的送丝电机电性连接，可通过控制面板27来送丝电机的转速，从而控制送丝速度。

另外，导电杆24通过电缆11与焊接电源1电性连接。为确保焊丝在送丝软管31中的焊丝不会因局部发生弯曲而导致焊丝损害，在本实施例中，如图4和图5所示，送丝软管31由内向外依次设有弹簧管3113、第一绝缘套3112、焊接电缆3111、和第二绝缘套311。其中，弹簧管3113采用不锈钢材质，从而可防止焊丝污染，同时具备较高的耐磨性及弹性，在焊接过程中不容易卡死，保证送丝稳定性好。弹簧管3113外套设有第一绝缘套3112，将弹簧管3113和焊接电缆3111相隔离绝缘，防止弹簧管3113与焊接电缆3111导电。另外，采用第二绝缘套311将焊接电缆3111和第一绝缘套3112一体同包裹，第二绝缘套311保护焊接电缆3111表面免遭破坏。

在本实施例中，如图4所示，送丝软管31的一端设有第一接头315，该第一机头与导电杆24采用可拆卸连接例如螺纹连接，送丝软管31的另一端设有第二接头313，该第二接头313与焊枪3同样可采用螺纹连接，此时，第二接头313、第一接头315分别通过钎焊连接焊接电缆3111，确保连接可靠性高，利于电流稳定传导。此时焊接电缆3111通过第一接头315、导电杆24与焊接电源1正电极相连，焊接电缆3111通过第二接头313与焊枪3连接。其中，第一接头315和第二接头313采用中空设计，弹簧管3113可伸入第一接头315、第二接头313内并卡接，从而保证伸出接头的弹簧管3113不发生晃动，焊接进入或移出送丝软管31时不会发生折弯现象。

进一步地，如图4所示，焊枪3包含导杆314和导电嘴312，导杆314采用空心紫铜棒，具有优异的导电性。焊丝从导电杆24的中空部分穿过，从到导电嘴312中穿出。导电杆24分别与第二接头313、导电嘴312螺纹连接，方便各个部分拆卸更换。

另外，送丝小车底部可以安装有与角焊小车4同样材质的车轮，车轮采用橡胶或耐磨塑材料制作，为了保证送丝小车行走稳定。在送丝小车上还可安装有驱动送丝小车的车轮移动的第二电机，该第二电机固接于送丝小车上，其第二电机的伸出轴可轴向连接送丝小车的车轮，控制面板27与第二电机电性连接，控制第二电机的启停和转速，当然其送丝小车和/或焊接小车的车轮还可以安装有车轮转向机构，从而可以帮助送丝小车或焊接小车转向行走。在焊接过程中，其送丝小车和角焊小车4之间的距离取决于送丝软管31的长度。角焊小车4相距送丝小车的距离为送丝软管31长度内进行焊接。

在本发明中，将焊接电源1、角焊机构和送丝机构2相互独立设置，在焊接过程中只需将角焊机构放置在第一板件62上，焊接电源1和送丝机构2直接放置在地面或其他平台上，角焊机构在第一板件62上随焊缝移动即可，从而可以使用于窄小的焊接空间和短焊缝。

进一步地，本发明的埋弧焊接装置还可包含有一操控面板5，该操控面板5与焊接电源1电性连接，由操控面板5来控制焊接电源1的开启和焊接电源1的输出电流、电压的大小；还通过送丝小车控制线25连接送丝小车的控制面板27，通过角焊小车控制线26连接角焊小车4的控制盒，可以控制送丝电机、第一电机、第二电机的转速。相应地，在操控面板5上可以设置对应的总开关(即控制面板27启动、关闭)、电流调节按钮、电压调节按钮、送丝方向(即控制送丝电机转向)、第一行走开关(即控制第一电机转动方向)、第二行走开关(即控制第二电机转动方向)、焊接开关(即控制焊接电源1向导电杆24供电，从而控制焊接的开始和停止)，在焊接之前，通过操控面板5根据实际需要调整焊接的工艺参数。

本发明还提供了一种上述埋弧焊设备的焊接方法，包括如下步骤：

s1，提供一种上述埋弧焊设备；

s2，将工件的第一板件62固定到装焊平台或专用胎架上，将第二板件61装配到所述第一板件62上；

s3，角焊小车4放置于所述第一板件62上，且靠近第二板件61和第一板件62之间的焊缝处放置；

s4，送机小车和焊接电源1置于第二板件61和第一板件62外，角焊小车4的焊枪3通过送丝软管31连接送丝机构2的导电杆24。

s5，角焊小车4在以导电杆24为中心点，送丝软管31为半径的范围内对在第一板件62与第二板件61之间的焊缝进行焊接。

需要说明的是，焊枪3和导电杆24之间的连接可以是s5中焊接之前的任一步骤完成即可。同时，焊接之前需要保证焊接电源1与导电杆24、第一板件62之间的电源线连接是否可靠。

进一步地，在s5中还包括：在焊接之前或焊接过程中，通过角焊小车4上支架42的夹持件带动焊枪3转动，至焊枪3内的焊丝对中焊缝根部。本实施例中，焊枪3需相对于第一板件62呈45°形式固定在角焊小车4上，同时检查焊丝与焊缝根部是否对中。

进一步地，在s5中，转动焊枪3至焊接位置后，送丝盘21上的焊丝经调整丝轮、送丝轮23、送入送丝软管31送入焊枪3内，从焊枪3的导电嘴312穿出。

另外，在焊接之前需要预设焊接工艺参数，例如焊接电流、电压、送丝电机的转速即送丝速度、第二电机转速即角焊小车4行走速度，同时在待焊接的焊缝上铺设焊剂。

进一步地，在s5中还包括：在预设焊接工艺参数后，且焊接之前，先在试板上进行试焊，试板的厚度需要第一板件62或第二板件61相同，焊接后及时回收可再利用的焊剂并过滤掉块状的氧化渣，检查送丝软管31的送丝状态，防止送丝软管31勾到杂物或打结，确保送丝顺畅。

进一步地，在s5中，若焊接过程是针对厚板大尺寸焊脚填充角焊或是开坡口深熔焊镍合金钢角焊，由于第一板件62或第二板件61的板厚较厚，采用多层多道焊的方法对焊缝进行填充。其中，打底焊缝焊接时，确保首道焊缝根部熔合良好，检查焊缝表面无缺陷后，再依次焊接后续焊道。

另外，在焊接过程中若镍合金钢及角结构件之间的焊缝较长时，为减小焊接应力和控制变形，角接两侧正反两条焊缝尽可采用分中分段退焊法，先焊接中间对称1/3角焊缝，然后再分别进行两端剩余角焊缝的焊接。按照此方法对镍合金钢角接焊缝6进行焊接时，先将细丝埋弧自动行走角焊设备按照需要焊接角焊缝的位置进行操作，先将角焊小车4移至角焊缝长度1/3处向前进行角焊缝焊接焊到2/3出的位置，再对两端剩余焊缝进行焊接，此法能有有效控制镍合金钢的焊接变形。

在本实施例中，焊接方法还包括：完成焊接后，将送丝小车和角焊小车4的送丝软管31拆除，可在送丝小车上安装与导电杆24对应的焊枪3，形成标准埋弧焊设备，可用于传统平焊。

本发明利用上述埋弧焊装置针对厚度20毫米，规格20×1000×3000mm的5ni钢角焊缝进行焊接，查看焊接状况。焊前铺好焊剂，焊丝选择thermanitc276，直径2.4mm，采用marathon104焊剂，焊缝形式见图6-图9，具体焊接工艺参数见表1。

表1.20毫米厚5ni钢细丝埋弧自动角焊焊接过程工艺参数记录

利用上述埋弧焊装置进行角焊后，其焊缝未发现表面裂纹、咬口等表面缺陷，焊道表面与母材间呈圆滑过渡、焊缝成形良好，焊脚k＝9～10mm。

依据abs(americanbureauofshipping)船级社规范要求对焊接构件取样进行焊接接头理化性能试验：

折断试验；焊道根部断口上未发现裂纹、未熔合、气孔等缺陷。

宏观检查及硬度测定，焊缝及热影响均未发现裂纹及未熔合等缺陷，焊缝根部熔深较深；

硬度测试结果为：焊缝及热影响区的硬度基本分布在hv280以下，最高硬度值为299hv；整体测量值均小于380hv的规定。

从上述焊接试验中可看出，采用本发明的埋弧焊装置能够获得高焊接质量角焊缝焊接接头，焊接接头各项检测性能均满足abs船级社规范要求，此项焊接工艺已经获得abs船级社认可。

本发明的埋弧焊装置满足镍合金钢平面及曲面位置平角焊位置的焊接需求，同时，将送丝软管31拆卸后可还原成原有设备，同时，由于焊接时只需要角焊小车4来带动焊枪3移动，因此适合短焊缝及狭窄空间作业，设备结构简单，操作便捷。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。