专利名称：一种中厚板单道多层焊接装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种中厚板单道多层焊接装置及方法。
背景技术：
根据《2011中国钢铁工业年鉴》，我国现有中厚板轧机总生产能力为9331万t/a，2010年共生产中厚板7221万t，这些中厚板被广泛的应用于船舶制造、压力容器、桥梁、高层建筑、核电等行业。厚板的传统焊接方法一般采用多层多道焊。随着工件的厚度逐渐增加，传统的方法表现出很大的局限性。由于焊接结构材料强度高，其焊接性较差，需要焊前预热，焊材厚，结构大，给预热带来很多困难，焊接劳动条件差，耗时长。并且传统的焊接方法热输入量大，热影响区宽、晶粒粗大，在厚板大约束度和大量填充金属凝固收缩力的共同作用下，焊接接头存在较大的残余应力和焊接变形，焊接接头力学性能差，容易产生裂纹等焊接缺陷。现代工业生产中多采用高强度钢结构，这种结构的刚度大，焊后产生很高的残余应力，一旦变形很难矫正，因此需要在较低的线能量下进行焊接，而这将导致焊接效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种中厚板单道多层焊接装置及方法，它具有可焊接效率高和焊接质量好的优点。本发明是这样来实现的，一种中厚板单道多层焊接装置，它包括计算机、运动控制器、机器人、摆动机构、焊枪、焊机和电缆，摆动机构还包括编码器、电机、减速器、承力板、摆动连杆、连接耳和固定板，其特征在于摆动机构是由编码器、电机、减速器、承力板、摆动连杆、连接耳和固定板构成 ，其中电机的上部连有编码器，电机的下部与减速器相连，电机和减速器通过螺栓结构固定在承力板上，承力板的右端与机器人末关节相连，摆动连杆一端通过键和螺栓结构与减速器输出轴固定连接，另一端通过螺栓与连接耳相连，固定板一侧通过螺栓与连接耳相连，另一侧通过螺栓与焊枪连接；摆动机构上的编码器通过电缆与运动控制器相连，焊枪通过电缆与焊机相连。所述计算机与运动控制器的通讯通过DR9接口进行连接；所述焊枪为曲柄焊枪；所述的焊接方法是焊接接头板材厚度尺寸范围为3(T45mm，焊接接头坡口形式为V形带垫板坡口，角度为5° 8°，间隙宽度为8 15mm ;采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步骤:
(1)焊前准备:清理待焊工件两侧壁的杂质及氧化膜，在工作台上装配固定好；
(2)焊接:焊接保护气采用二氧化碳和氩气的混合气体，气体流量为2(T25L/min，焊接采用单道多层的焊接方法，焊接过程中熔滴过渡形式为射流过渡，导电嘴与工件表面保持10° 20°的夹角；焊接工艺参数为:电弧电压27 32V，焊接电流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min ;每层焊完后清理焊缝表面，再进行下一层焊接。本发明的技术效果是:本发明通过单道多层的焊接方法可以有效的提高中厚板的焊接效率，通过控制电弧的摆动可以改善侧壁熔合效果，提高焊接质量。
图1为本发明装置的结构示意图。图2为摆动机构的结构示意图。图3为焊丝端部的运动轨迹。在图中，1、计算机 2、运动控制器 3、机器人 4、摆动机构 5、焊枪 6、焊机
7、电缆8、编码器9、电机10、减速器11、承力板12、摆动连杆13、连接耳 14、固定板。
具体实施例方式如图1和图2所示，本发明是这样来实现的，它包括计算机1、运动控制器2、机器人3、摆动机构4、焊枪5、焊机6和电缆7，摆动机构4还包括编码器8、电机9、减速器10、承力板11、摆动连杆12、连接耳13和固定板14，其结构特点是摆动机构4是由编码器8、电机9、减速器10、承力板11、摆动连杆12、连接耳13和固定板14构成，其中电机9的上部连有编码器8，电机9的下部与减速器10相连，电机9和减速器10通过螺栓结构固定在承力板11上，承力板11的右端与机器人3末关节相连，摆动连杆12 —端通过键和螺栓结构与减速器10输出轴固定连接，另一端通过螺栓与连接耳13相连，固定板14 一侧通过螺栓与连接耳13相连，另一侧通过螺栓与焊枪5连接；摆动机构4上的编码器8通过通讯电缆与运动控制器2相连，焊枪5的通过电缆7与焊机6相连。所述计算机I与运动控制器2的通讯通过DR9接口进行连接；所述焊枪5为曲柄焊枪；
在焊接过程中机器人3控制焊接路径，摆动机构4控制焊接过程中电弧的摆动，焊接时通过机器人3和摆动机构4的协同运动，实现电弧在焊缝间隙内往复摆动前进，从而实现中厚板的单道成形。 通过减速器10的输出轴带动摆动机构4进行转动，继而带动焊枪5的摆动，通过电机9正反转状态的不停改变实现电弧在间隙的连续摆动。编码器8安装于电机9上，用于记录电机运转状态。在摆动过程中，电机9的运转状态经运动控制器2实时传输到计算机1，计算机I通过软件系统发出信号，经运动控制器2改变电机9的运转状态。计算机I与运动控制器2的通讯通过DR9接口。焊接方法，所述的焊接接头板材厚度尺寸范围为3(T45mm。焊接接头坡口形式为V形带垫板坡口，角度为5° 8°，间隙宽度为8 15mm;
采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步骤:
A、焊前准备:清理待焊工件两侧壁的杂质及氧化膜，无需预热，在工作台上装配固定
好;
B、焊接:焊接保护气采用二氧化碳和氩气的混合气体，气体流量为2(T25L/min，焊接采用单道多层的焊接方法。焊接过程中熔滴过渡形式为射流过渡。焊接工艺参数为:电弧电压27 32V，焊接电流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min。每层焊完后清理焊缝表面，再进行下一层焊接。图3为焊丝端部的运动轨迹图，焊丝的运动轨迹是焊接方向和摆动方向的耦合路径。在中厚板单道多层焊时为了保证侧壁的熔合，所以焊丝摆动到两侧壁时停留0.2、.3ms，因此只有焊接方向的运动。为了充分说明本发明的特性，下面给出实际焊接实例。针对Q235低碳钢进行到底焊实验，坡口为V形带垫板坡口，坡口角度为12°，间隙宽度为14mm，侧壁高度为35mm。保护气为20%Ar+80%C02，流量为20L/min。焊接电流为285A，焊接电压为30.1V，焊接速度为25cm/min，摆幅为6，侧壁停留时间为0.25s。通过观察焊接结果的焊缝外观图和焊缝宏观截面图，可以看出侧壁熔合效果好，焊缝表面平整，无飞溅。
权利要求
1.一种中厚板单道多层焊接装置，它包括计算机、运动控制器、机器人、摆动机构、焊枪、焊机和电缆，摆动机构还包括编码器、电机、减速器、承力板、摆动连杆、连接耳和固定板，其特征在于摆动机构是由编码器、电机、减速器、承力板、摆动连杆、连接耳和固定板构成，其中电机的上部连有编码器，电机的下部与减速器相连，电机和减速器通过螺栓结构固定在承力板上，承力板的右端与机器人末关节相连，摆动连杆一端通过键和螺栓结构与减速器输出轴固定连接，另一端通过螺栓与连接耳相连，固定板一侧通过螺栓与连接耳相连，另一侧通过螺栓与焊枪连接；摆动机构上的编码器通过电缆与运动控制器相连，计算机与运动控制器的通讯通过DR9接口进行连接，焊枪通过电缆与焊机相连。
2.根据权利要求1所述的一种中厚板单道多层焊接装置，其特征在于所述焊枪为曲柄焊枪。
3.根据权利要求1所述的一种中厚板单道多层焊接方法，其特征在于焊接接头板材厚度尺寸范围为3(T45mm，焊接接头坡口形式为V形带垫板坡口，角度为5° 8°，间隙宽度为8^15mm ;采用GMAW焊接方式，焊接方法包括如下步骤: (1)焊前准备:清理待焊工件两侧壁的杂质及氧化膜，在工作台上装配固定好； (2)焊接:焊接保护气采用二氧化碳和氩气的混合气体，气体流量为2(T25L/min，焊接采用单道多层的焊接方法，焊接过程中熔滴过渡形式为射流过渡，导电嘴与工件表面保持10° 20°的夹角；焊接工艺参数为:电弧电压27 32V，焊接电流27(Γ300Α，焊接速度27 30cm/min ;每层焊完后清理焊缝表面，再进行下一层焊接。
全文摘要
一种中厚板单道多层焊接装置及方法，属于材料加工工程中的焊接工艺技术领域，具体的是提供了一种针对30~45mm厚的中厚板的单道多层GMAW焊接方法及装置，该装置包括焊枪、摆动结构和控制系统；焊接接头坡口形式为V形带垫板坡口，角度为5°~8°，间隙宽度为8~15mm；焊接保护气采用二氧化碳和氩气的混合气体，气体流量为20~25L/min，焊接过程中的熔滴过渡形式为射流过渡。本发明的优点在于通过单道多层的焊接方法可以有效的提高中厚板的焊接效率，通过控制电弧的摆动可以改善侧壁熔合效果，提高焊接质量。
文档编号B23K9/16GK103143818SQ201310080538
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者熊震宇, 顾网平, 万文, 薛诚 申请人:南昌航空大学