专利名称：钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法和装置，应用于船舶行业、 电力行业的大管径钢管插接法兰自动焊接，属于自动焊接技术领域。
背景技术：
目前，我国船舶行业钢管法兰焊的工件，尤其是大口径工件普遍存在圆度差及钢 管端面切割后端面存在马蹄的情况，管径越大管子的圆度误差及下料时端面与轴心的垂直 度误差就会越大，进行法兰焊接时的难度也越大。造成一般自动焊接设备难以对应，甚至有 些进口焊接设备也无法正常发挥作用。而手工焊接劳动强度大，而且焊接质量无法保证。举例说明参照附图1，是一个钢管法兰间组对剖面图，C、D点间隙很大，且不一 致。焊接时有一部分金属肯定要流进间隙，如果以等条件焊接，会造成焊接成型不一致。另 外，钢管端部有马蹄时，如B面，其端部外端面与法兰外端面的距离也是有变化的，要焊后 成型一致也存在这个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法和装置，自动检测 工件偏差，自动调节焊枪位置、摆动幅度和焊接速度，解决背景技术存在的上述问题。本发明的技术方案为
钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，包含焊缝检测机构、合成摆动焊接机构，焊缝 检测机构由轴向检测单元和径向检测单元组成，对钢管与法兰间隙产生的偏差进行两维检 测，轴向检测单元完成钢管轴向马蹄产生的偏差的测量，径向检测单元完成径向钢管与法 兰间隙产生的偏差的测量；合成摆动焊接机构由轴向摆动单元、径向摆动单元、焊接单元组 成，轴向摆动单元、径向摆动单元的摆动速度和摆动幅度由控制系统根据参数设定和焊缝 检测机构检测偏差计算，通过两维、十字合成摆动使焊接单元按设定的方向摆动，形成具有 焊角高度的角焊缝，焊接单元由轴向摆动单元、径向摆动单元驱动，工件旋转，摆动幅度根 据检测偏差自动跟踪焊缝，同时根据设定调整焊接速度、焊接电流，自动调整来跟踪补偿焊 缝偏差，完成钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接工作。本发明还设有变位机构，变位机构由变位气缸、变位托板组成，焊缝检测机构、合 成摆动焊接机构安装在托板上，变位托板由气缸驱动可以进行90度回转，实现焊缝检测机 构和合成摆动焊接机构的位置变换，实现三维控制，保证焊缝检测点与跟踪焊接点重合。本发明所说的轴向检测单元包含轴向检测探头、轴向气缸、轴向传感器，轴向气缸 控制轴向检测探头进退，前进到位时轴向检测探头将接触钢管管壁端面，当工件旋转时，通 过气缸的作用使轴向检测探头与管壁端面一直保持紧密接触，随着偏差变化轴向运动，轴 向检测探头的轴向运动由轴向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。所说的轴向 传感器为直线位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。本发明所说的径向检测单元包含径向检测探头、径向气缸、径向传感器，径向气缸控制径向检测探头进退，前进到位时轴径检测探头将接触法兰内壁，当工件旋转时，通过气 缸的作用使探头与法兰内壁一直保持紧密接触，随着偏差变化径向运动，径向检测探头的 径向运动由径向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。所说的径向传感器为直线 位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。本发明所说的轴向摆动单元、径向摆动单元，由步进电机驱动，摆动速度和摆动幅 度由控制系统根据参数设定和焊缝检测机构检测偏差计算，轴向摆动单元、径向摆动单元 的两个步进电机的摆幅变化将与焊缝检测机构的两检测传感器反映的焊缝偏差一致。钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法，包含如下步骤首先通过法兰内表面检测 组对间隙，通过钢管端面检测钢管端部与法兰外端面距离，对上述二个数据进行分度采点 测量，同时控制系统将检测的间隙等数据与预存的相对应的焊接参数进行比对；确定相对 应的焊接参数后，反馈到驱动装置，自动调节旋转速度和焊接单元的摆动幅度，从而实现焊 接速度随间隙大小变化的要求。本发明还设有变位托板，焊接单元安装在托板上，变位托板进行90度回转，实现 焊缝检测、合成摆动位置变换，实现三维控制，保证焊缝检测点与跟踪焊接点重合。本发明更具体的步骤对钢管与法兰间隙产生的偏差进行两维检测，轴向检测完 成钢管轴向马蹄产生的偏差的测量，径向检测完成径向钢管与法兰间隙产生的偏差的测 量；根据检测结果控制焊接单元两维、十字合成摆动，焊接单元完成焊接工件，形成具有焊 角高度的角焊缝；工件旋转，根据检测偏差，焊接单元摆动，自动跟踪焊缝，同时根据设定调 整焊接速度、焊接电流，自动调整来跟踪补偿焊缝偏差，完成钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊 接工作。本发明的积极效果是本发明实现了自动检测工件偏差，自动调节焊枪位置、摆动 幅度和焊接速度，可以提高焊接质量和工作效率。
附图1为焊接工件示意图中钢管1、法兰2、法兰内表面A、钢管端面B、钢管与法兰间隙C和D ； 附图2为本发明结构示意图中径向传感器3、径向汽缸4、径向检测探头5、轴向检测探头6、轴向气缸7、轴向传 感器8、焊接单元9、轴向摆动电机10、径向摆动电机11、变位汽缸12、变位托板13 ； 附图3为本发明使用状态图中本发明设备14、外焊缝焊接装置15、工件16、工件驱动旋转装置17、工件定位装 置18。
具体实施例方式下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。参照附图1，是一个钢管法兰间组对剖面图，C、D点间隙很大，且不一致。焊接时 有一部分金属肯定要流进间隙，如果以等条件焊接，会造成焊接成型不一致。另外，钢管端 部有马蹄时，如B面，其端部外端面与法兰外端面的距离也是有变化的，要焊后成型一致也 存在这个问题。要解决上述问题，必须在间隙处及钢管端部与法兰外端面距离增大时增加 熔敷金属量，并且增减熔敷金属的量与间隙及端面距离差的大小变化要相对应，此外，表面焊枪的焊接宽度也是变化的。实现上述目的有两个途径一是靠焊接电流的变化，加快焊丝 的送进来完成；二是通过控制焊接速度来完成；本发明第一步通过A面检测组对间隙，通过 B面检测钢管端部与法兰外端面距离，对上述二个数据进行分度采点测量，同时控制系统将 检测的间隙等数据与预存的相对应的焊接参数进行比对。确定相对应的焊接参数后，反馈 到驱动装置，自动调节旋转速度和焊枪的摆动幅度，从而实现焊接速度随间隙大小变化的 要求，达到理想的焊接效果。
参照附图2，钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，包含焊缝检测机构、合成摆动焊接 机构，焊缝检测机构由轴向检测单元和径向检测单元组成，对钢管与法兰间隙产生的偏差 进行两维检测，轴向检测单元完成钢管轴向马蹄产生的偏差的测量，径向检测单元完成径 向钢管与法兰间隙产生的偏差的测量；合成摆动焊接机构由轴向摆动单元、径向摆动单元、 焊接单元组成，轴向摆动单元、径向摆动单元的摆动速度和摆动幅度由控制系统根据参数 设定和焊缝检测机构检测偏差计算，通过两维、十字合成摆动使焊接单元按设定的方向摆 动，形成具有焊角高度的角焊缝，焊接单元由轴向摆动单元、径向摆动单元驱动，工件旋转， 摆动幅度根据检测偏差自动跟踪焊缝，同时根据设定调整焊接速度、焊接电流，自动调整来 跟踪补偿焊缝偏差，完成钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接工作。本发明还设有变位机构，变位机构由变位气缸12、变位托板13组成，焊缝检测机 构、合成摆动焊接机构安装在托板上，变位托板由气缸驱动可以进行90度回转，实现焊缝 检测机构和合成摆动焊接机构的位置变换，实现三维控制，保证焊缝检测点与跟踪焊接点重合。本发明所说的轴向检测单元包含轴向检测探头6、轴向气缸7、轴向传感器8，轴向 气缸控制轴向检测探头进退，前进到位时轴向检测探头将接触钢管管壁端面，当工件旋转 时，通过气缸的作用使轴向检测探头与管壁端面一直保持紧密接触，随着偏差变化轴向运 动，轴向检测探头的轴向运动由轴向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。所说的 轴向传感器为直线位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。本发明所说的径向检测单元包含径向检测探头3、径向气缸4、径向传感器5，径向 气缸控制径向检测探头进退，前进到位时轴径检测探头将接触法兰内壁，当工件旋转时，通 过气缸的作用使探头与法兰内壁一直保持紧密接触，随着偏差变化径向运动，径向检测探 头的径向运动由径向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。所说的径向传感器为 直线位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。本发明所说的轴向摆动单元、径向摆动单元，由步进电机驱动，步进电机为轴向摆 动电机10、径向摆动电机11，摆动速度和摆动幅度由控制系统根据参数设定和焊缝检测机 构检测偏差计算，轴向摆动电机10、径向摆动电机11的摆幅变化与焊缝检测机构的两检测 传感器反映的焊缝偏差一致。所说的焊接单元9为焊枪。参照附图2、3，工作过程。1、设备复位到准备就绪状态。2、变位气缸动作，变换到焊缝检测位置。3、跟踪装置的轴向气缸、径向气缸动作，使轴向检测探头与钢管管壁端面接触， 径向检测探头与法兰内壁接触。
4、工件快速旋转一周，通过轴向传感器、径向传感器检测焊缝一周的偏差，并将 数据发送、保存到控制系统。5、轴向气缸、径向气缸动作退回到位。6、变位气缸动作，变换到跟踪焊接位置。7、工件回到检测零点位置。8、焊枪调整到焊接起点位置。 9、焊接电源启动，合成摆动机构按设定参数使焊枪摆动。10、工件按焊接速度启动旋转。11、焊接过程中，摆动幅度、焊接速度、焊接电流按考虑检测偏差后的计算结果自 动调节，实现焊缝一周的跟踪焊接。12、工件焊接结束，焊枪退回到原位。
权利要求
1.一种钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于包含焊缝检测机构、合成摆 动焊接机构，焊缝检测机构由轴向检测单元和径向检测单元组成，对钢管与法兰间隙产生 的偏差进行两维检测，轴向检测单元完成钢管轴向马蹄产生的偏差的测量，径向检测单元 完成径向钢管与法兰间隙产生的偏差的测量；合成摆动焊接机构由轴向摆动单元、径向摆 动单元、焊接单元组成，轴向摆动单元、径向摆动单元的摆动速度和摆动幅度由控制系统根 据参数设定和焊缝检测机构检测偏差计算，通过两维、十字合成摆动使焊接单元按设定的 方向摆动，形成具有焊角高度的角焊缝，焊接单元由轴向摆动单元、径向摆动单元驱动，工 件旋转，摆动幅度根据检测偏差自动跟踪焊缝，同时根据设定调整焊接速度、焊接电流，自 动调整来跟踪补偿焊缝偏差，完成钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接工作。
2.根据权利要求1所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于还设有变 位机构，变位机构由变位气缸(12)、变位托板(13)组成，焊缝检测机构、合成摆动焊接机构 安装在托板上，变位托板由气缸驱动可以进行90度回转，实现焊缝检测机构和合成摆动焊 接机构的位置变换，实现三维控制，保证焊缝检测点与跟踪焊接点重合。
3.根据权利要求1或2所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于所说 的轴向检测单元包含轴向检测探头(6)、轴向气缸(7)、轴向传感器(8)，轴向气缸控制轴向 检测探头进退，前进到位时轴向检测探头将接触钢管管壁端面，当工件旋转时，通过气缸的 作用使轴向检测探头与管壁端面一直保持紧密接触，随着偏差变化轴向运动，轴向检测探 头的轴向运动由轴向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。
4.根据权利要求3所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于所说的轴 向传感器为直线位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。
5.根据权利要求1或2所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于所说 的径向检测单元包含径向检测探头(3)、径向气缸(4)、径向传感器(5)，径向气缸控制径向 检测探头进退，前进到位时轴径检测探头将接触法兰内壁，当工件旋转时，通过气缸的作用 使探头与法兰内壁一直保持紧密接触，随着偏差变化径向运动，径向检测探头的径向运动 由径向传感器检测，转变为电气信号传输给控制系统。
6.根据权利要求5所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于所说的径 向传感器为直线位移传感器，可以将位移量转换成模拟电压信号。
7.根据权利要求1或2所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接装置，其特征在于所 说的轴向摆动单元、径向摆动单元，由步进电机驱动，步进电机为轴向摆动电机(10)、径向 摆动电机(11 )，摆动速度和摆动幅度由控制系统根据参数设定和焊缝检测机构检测偏差计 算，轴向摆动电机(10)、径向摆动电机(11)的摆幅变化与焊缝检测机构的两检测传感器反 映的焊缝偏差一致。
8.一种钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法，其特征在于包含如下步骤首先通过法 兰内表面检测组对间隙，通过钢管端面检测钢管端部与法兰外端面距离，对上述二个数据 进行分度采点测量，同时控制系统将检测的间隙等数据与预存的相对应的焊接参数进行比 对；确定相对应的焊接参数后，反馈到驱动装置，自动调节旋转速度和焊接单元的摆动幅 度，从而实现焊接速度随间隙大小变化的要求。
9.根据权利要求8所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法，其特征在于设有变 位托板，焊接单元安装在托板上，变位托板进行90度回转，实现焊缝检测、合成摆动位置变换，实现三维控制，保证焊缝检测点与跟踪焊接点重合。
10.根据权利要求8或9所述之钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法，其特征在于更具 体的步骤对钢管与法兰间隙产生的偏差进行两维检测，轴向检测完成钢管轴向马蹄产生 的偏差的测量，径向检测完成径向钢管与法兰间隙产生的偏差的测量；根据检测结果控制 焊接单元两维、十字合成摆动，焊接单元焊接工件，形成具有焊角高度的角焊缝，工件旋转， 根据检测偏差，焊接单元摆动，自动跟踪焊缝，同时根据设定调整焊接速度、焊接电流，自动 调整来跟踪补偿焊缝偏差，完成钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接工作。
全文摘要
本发明涉及一种钢管法兰插接焊缝检测跟踪焊接方法和装置，应用于船舶行业、电力行业的大管径钢管插接法兰自动焊接，属于自动焊接技术领域。技术方案是首先通过法兰内表面检测组对间隙，通过钢管端面检测钢管端部与法兰外端面距离，对上述二个数据进行分度采点测量，同时控制系统将检测的间隙等数据与预存的相对应的焊接参数进行比对；确定相对应的焊接参数后，反馈到驱动装置，自动调节旋转速度和焊接单元的摆动幅度，从而实现焊接速度随间隙大小变化的要求。本发明实现了自动检测工件偏差，自动调节焊枪位置、摆动幅度和焊接速度，可以提高焊接质量和工作效率。
文档编号B23K9/12GK102133675SQ201110023079
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者贺宗会 申请人:唐山开元自动焊接装备有限公司