快速自动预热碳钢焊接设备的制作方法

本发明涉及碳钢加热焊接领域，涉及大型结构件加热焊接、大直径管道加热焊接、重型机械结构件的快速自动预热碳钢焊接设备。

背景技术：

在焊接碳素钢、结构钢的工艺中，温度对焊接质量有着重大的影响。目前市面上的高强结构钢基本上是低碳低合金钢或低碳低合金调质钢。特别是焊接强度级别≥390mpa的材料。要获得焊缝组织优良的强韧性，防止冷裂纹，需要焊前预热，焊后低温后热处理或消氢处理。目前，焊接预热、消氢工艺是采用火焰或履带式电热器加热。火焰加热：采用气体燃烧的火焰进行加热，温度通过传导深入工件内部；电加热器加热：采用电热丝的电阻发热，温度通过传导深入工件内部。采用上述几种加热方式，均会产生一定问题：当采用火焰加热时，工件表面温度较高、内部温度较低，操作完全靠人工掌握，加热温度及不均匀。当采用电加热器加热时：电加热器与工件的间隙不一致，导致加热不均匀；电源接头容易损坏，有触电的危险，加热温度需要人工看护才能控制，容易过烧，导致产品报废或质量不稳定，且加热时间长，能耗很高；加热器本身生热，温度很高，容易烫伤操作工人。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，可自动加热且加热均匀，加热效率高、使用期长的快速自动预热碳钢焊接设备。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种快速自动预热碳钢焊接设备，包括工件变位机机构、焊接机器人移载机构、感应加热移载机构，所述焊接机器人移载机构、感应加热移载机构位于工件变位机机构的两侧；所述工件变位机机构的两个装夹卡盘能卡住碳钢工件的两端，并能带动所述碳钢工件旋转，被所述两个装夹卡盘卡住的碳钢工件呈x轴方向设置；所述焊接机器人移载机构包括机器人移行轨道、焊接机器人以及焊枪，所述机器人移行轨道沿x轴设置，所述焊接机器人通过机器人滑动组件沿机器人移行轨道滑动，所述焊枪位于焊接机器人的焊接自由端；所述感应加热移载机构包括加热移行轨道、感应加热控制箱以及感应加热线圈，所述加热移行轨道沿x轴设置，所述感应加热控制箱通过加热滑动组件沿加热移行轨道滑动，所述感应加热线圈设置在感应加热控制箱上并与其连接，所述感应加热线圈的形状与碳钢工件的形状匹配。

本发明快速自动预热碳钢焊接设备的有益效果是，主要优点在于，设备结构紧凑，占用空间小，能够兼容多种工件的自动预热焊接，维护方便。工件变位机机构能够保证工件自动夹紧及翻转，并配合焊接机器人移载机构、感应加热移载机构，实现了碳钢工件的全自动预热焊接。利用电磁感应原理在被加热物体(碳钢工件)内部产生电流(涡流)，而使物体(碳钢工件)发热的方法，可以在碳钢焊接时增强焊缝的韧性，防止冷裂纹。此快速自动预热碳钢焊接设备的设计形式，采用了感应加热预热系统，具有加热均匀、生产率高、控制精准、安全可靠及使用期长的特点。其中，加热均匀体现在：由于感应加热是钢材受到磁感应产生涡流而自身发热，所以加热温度很均匀，这一特性对焊接的预热及后热消氢非常有利；生产率高体现在：感应加热是钢材受到磁感应产生涡流而自身发热，不需要热传导，设备功率因素达到95％，加热时间短，生产效率高；使用期长体现在：红外电热器由于是电热丝发热，所以电热丝很快会烧损；而感应线圈本身不产生高温，不会被烧损，因此使用寿命很长。

优选地，所述工件变位机机构包括变位机底座、变位机驱动端、变位机从动端，所述变位机驱动端、变位机从动端对应的设置在变位机底座上，所述变位机驱动端/变位机从动端通过变位机滑动组件与变位机底座滑动连接，所述变位机滑动组件控制机变位机驱动端、变位机从动端中的一个向靠近和远离另一个的方向来回滑动，所述两个装夹卡盘分别设置在变位机驱动端、变位机从动端对应的端面上。变位机驱动端/变位机从动端通过变位机滑动组件与变位机底座滑动连接，以便于能在两个装夹卡盘之间装夹物体(碳钢工件)，变位机驱动端用以作用物体(碳钢工件)翻转，用以实现夹紧和翻转物体(碳钢工件)。

优选地，所述变位机滑动组件包括变位机滑轨、变位机平台、变位机驱动电机、变位机齿轮、变位机齿条，所述变位机滑轨固定在变位机底座上且沿x轴方向设置，所述变位机驱动端/变位机从动端固定在变位机平台上，所述变位机平台与变位机滑轨卡接且能延其滑动，所述变位机驱动电机固定在变位机平台上，所述变位机驱动电机的输出轴朝下，所述变位机齿轮固定在变位机驱动电机的输出轴端部，所述变位机齿条固定在变位机底座上并与所述变位机齿轮啮合。变位机滑动组件的变位机驱动电机控制变位机齿轮旋转，旋转的变位机齿轮继而与变位机齿条发生相对移动，由于变位机齿条设置在变位机滑轨上，变位机滑轨是固定不动的，变位机驱动电机固定在变位机平台且上，并且变位机平台与变位机滑轨卡接且能延其滑动，则变位机平台沿变位机滑轨滑动，继而带动了变位机平台上的变位机驱动端/变位机从动端滑动。

优选地，所述机器人滑动组件包括第一电机、第一齿轮、第一齿条，所述第一电机设置在焊接机器人的底部，所述焊接机器人的底部卡接在机器人移行轨道上并滑动连接，所述第一电机输出轴朝下，所述第一齿轮固定在第一电机的输出轴的自由端，所述第一齿条设置在机器人移行轨道上，并与所述第一齿轮啮合。同样，焊接机器人的底部的第一电机控制第一齿轮转动，通过第一齿条与第一齿轮的啮合，继而带动焊接机器人的底部沿机器人移行轨道来回滑动。

优选地，所述机器人移行轨道设置有两根，所述第一齿条设置在两根机器人移行轨道相对应的端面。保证了焊接机器人移动的稳定性。

优选地，所述加热滑动组件包括第二电机、第二齿轮、第二齿条，所述第二电机固定安装在感应加热控制箱的底板上，所述第二电机的输出轴穿过底板且朝下设置，所述第二齿轮固定设置在第二电机的输出轴的端部，所述底板与加热移行轨道卡接并能延其滑动，所述第二齿条沿x轴设置，所述第二齿条固定设置在加热移行轨道的一侧并与第二齿轮啮合。同样，感应加热控制箱的底部的第二电机控制第二齿轮旋转，通过第二齿条与第二齿轮的啮合，继而带动感应加热控制箱沿加热移行轨道来回滑动。

优选地，所述加热移行轨道设置有两根，所述第二齿条设置有一根。同样，保证了感应加热控制箱移动的稳定性。

优选地，所述感应加热控制箱与加热滑动组件之间设置有y轴滑动组件；所述y轴滑动组件包括y轴滑轨、支撑平台、驱动部，所述y轴滑轨固定在底板的顶部且沿y轴设置，所述支撑平台底部与y轴滑轨卡接并能延其滑动，所述感应加热控制箱固定在支撑平台上，所述感应加热控制箱通过驱动部将驱动感应加热控制箱沿y轴滑轨来回滑动。驱动部可以为上述的电机、齿条与齿轮的配合，也可以为电机丝杆组件，只要能实现感应加热控制箱在y轴滑轨上移动即可；当感应加热完成后，驱动部控制感应加热控制箱后退，给物体(碳钢工件)的翻转提供空间。

优选地，所述感应加热线圈与感应加热控制箱的侧壁之间设置有z轴滑动组件；所述z轴滑动组件包括设置在感应加热控制箱的侧壁上的z轴滑轨、主动轮、从动轮、套设在主动轮和从动轮上的传输带以及与z轴滑轨滑动连接的z轴平台，所述传输带、z轴滑轨均呈z轴方向设置，所述z轴平台与传输带的一边固定连接，所述感应加热线圈设置在z轴平台上。主动轮由电机驱动，控制传动带在z轴方向来回移动继而带动z轴平台在z轴滑轨上下滑动，以适用于不同尺寸的碳钢工件，同样，能给物体(碳钢工件)的翻转提供空间。

优选地，所述感应加热线圈呈框状，且具有供碳钢工件通过的让位腔，能对碳钢工件加热全面。

附图说明

图1为本实施例的立体图；

图2为本实施例中焊接机器人的立体图；

图3为本实施例中焊接机器人移载机构的立体图；

图4为本实施例中工件变位机机构的立体图；

图5为本实施例中感应加热移载机构第一种角度的立体图；

图6为本实施例中感应加热移载机构第二种角度的立体图；

图7为本实施例中感应加热移载机构的z轴滑动组件的立体图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1所示，本实施例的一种快速自动预热碳钢焊接设备，包括工件变位机机构1、焊接机器人移载机构2、感应加热移载机构3，焊接机器人22移载机构2、感应加热移载机构3位于工件变位机机构1的两侧；工件变位机机构1的两个装夹卡盘11能卡住碳钢工件4的两端，并能带动碳钢工件4旋转，被两个装夹卡盘11卡住的碳钢工件4呈x轴方向设置；焊接机器人22移载机构2包括机器人移行轨道21、焊接机器人22以及焊枪23，机器人移行轨道21沿x轴设置，焊接机器人22通过机器人滑动组件24沿机器人移行轨道21滑动，焊枪23位于焊接机器人22的焊接自由端；感应加热移载机构3包括加热移行轨道31、感应加热控制箱32以及感应加热线圈33，加热移行轨道31沿x轴设置，感应加热控制箱32通过加热滑动组件34沿加热移行轨道31滑动，感应加热线圈33设置在感应加热控制箱32上并与其连接，感应加热线圈33的形状与碳钢工件4的形状匹配。如图1、5－7所示，感应加热线圈33呈框状，且具有供碳钢工件4通过的让位腔41。

如图4所示，工件变位机机构1包括变位机底座12、变位机驱动端13、变位机从动端14，变位机驱动端13、变位机从动端14对应的设置在变位机底座12上，变位机驱动端13/变位机从动端14通过变位机滑动组件15与变位机底座12滑动连接，变位机滑动组件15控制机变位机驱动端13、变位机从动端14中的一个向靠近和远离另一个的方向来回滑动，两个装夹卡盘11分别设置在变位机驱动端13、变位机从动端14对应的端面上。

变位机滑动组件15包括变位机滑轨15a、变位机平台15b、变位机驱动电机15c、变位机齿轮15d、变位机齿条15e，变位机滑轨15a固定在变位机底座12上且沿x轴方向设置，变位机驱动端13/变位机从动端14固定在变位机平台15b上，变位机平台15b与变位机滑轨15a卡接且能延其滑动，变位机驱动电机15c固定在变位机平台15b上，变位机驱动电机15c的输出轴朝下，变位机齿轮15d固定在变位机驱动电机15c的输出轴端部，变位机齿条15e固定在变位机底座12上并与变位机齿轮15d啮合。

如图2、3所示，机器人滑动组件24包括第一电机241、第一齿轮242、第一齿条243，第一电机241设置在焊接机器人22的底部，焊接机器人22的底部卡接在机器人移行轨道21上并滑动连接，第一电机241输出轴朝下，第一齿轮242固定在第一电机241的输出轴的自由端，第一齿条243设置在机器人移行轨道21上，并与第一齿轮242啮合。

机器人移行轨道21设置有两根，第一齿条243设置在两根机器人移行轨道21相对应的端面。

如图5和6所示，加热滑动组件34包括第二电机34a、第二齿轮34b、第二齿条34c，第二电机34a固定安装在感应加热控制箱32的底板2a上，第二电机34a的输出轴穿过底板2a且朝下设置，第二齿轮34b固定设置在第二电机34a的输出轴的端部，底板2a与加热移行轨道31卡接并能延其滑动，第二齿条34c沿x轴设置，第二齿条34c固定设置在加热移行轨道31一侧并与第二齿轮34b啮合。

加热移行轨道31设置有两根，第二齿条34c设置有一根。

感应加热控制箱32与加热滑动组件34之间设置有y轴滑动组件35；y轴滑轨35a固定在底板32a的顶部且沿y轴设置，支撑平台35b底部与y轴滑轨35a卡接并能延其滑动，感应加热控制箱32固定在支撑平台35b上，感应加热控制箱32通过驱动部将驱动感应加热控制箱沿y轴滑轨来回滑动。

如图7所示，感应加热线圈33与感应加热控制箱32的侧壁之间设置有z轴滑动组件36；z轴滑动组件36包括设置在感应加热控制箱32的侧壁上的z轴滑轨36a、主动轮36b、从动轮36c、套设在主动轮36b和从动轮36c上的传输带36d以及与z轴滑轨36a滑动连接的z轴平台36e，传输带36d、z轴滑轨36a均呈z轴方向设置，z轴平台36e与传输带36d的一边固定连接，感应加热线圈33设置在z轴平台36e上。

可在工件变位机机构1底部配以移载机构，移载机构将点焊好的碳钢工件4移动到焊接机器人移载机构2与感应加热移载机构3之间的位置，工件变位机机构1的变位机驱动端13及变位机从动端14的装夹卡盘11将工件4固定；感应加热移载机构3的感应加热线圈33沿xyz轴同步移动，感应加热线圈33到达碳钢工件4的一端；变位机驱动端13的驱动碳钢工件4旋转，碳钢工件4加热到一定温度后，感应加热线圈33移动到碳钢工件4的下一段，进行加热；焊接机器人22移动到碳钢工件4被加热完的位置，本实施例采用六轴焊接机器人对工件进行焊接；此时碳钢工件4的状态为一边加热一边焊接，直到碳钢工件4全部加热焊接完成，移载机构将焊接完成的工件4下料；依次循环焊接。本实施例中的各电机、驱动部均可通过可编程控制器连接，并由可编程控制器驱动，可根据各种温度曲线的需要进行编程，实现自动化精准控制。

此外，还可采用安全的航空接头，漏电保护装置，消除了安全隐患；设备为全空冷设计，降低了系统损耗，并彻底消除了设备来水冷却系统的故障；完善的限制保护措施使得设备在各种工况下保持连续安全运行。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。