一种船体外壁半自动焊接设备的制作方法

本发明属于船舶制造技术领域，具体涉及一种船体外壁半自动焊接设备。

背景技术：

目前，船体外壁的焊接多采用人工手动焊接，对工人的技术要求很高，焊接时需要工人长时间站立操作，劳动强度大，且容易出现安全隐患，焊接质量也难以精准把控。

现有技术中也出现了一些能够自动焊接的装置，如中国专利公开号为cn103934596b的一种船体爬壁焊接装置，该装置在四根柔性纵骨和四套皮带松紧调节机构的配合下，可以在一定限度内自由伸缩和弯曲以贴合船体表面，并保持设备搭载底座的平衡姿态，从而使焊枪在稳定的姿态下进行焊接作业，高效地完成船体焊接工作。其虽然实现了焊接的自动化，但是对于大型船体来说，要想实现该焊接装置的精准行驶，难度很大，焊接精度难以保证；其次，该装置并不能保证焊枪与焊接面的距离保持恒定，导致其在曲率变化较大的焊接面，各部位的焊接质量层次不齐；再次，由于船体外壁的焊接面裸露于环境中，难免会产生生锈现象，若不能在焊接前将锈迹清理，则对焊接质量也会造成一定的影响，传统的方式是采用人工或其他机械预先清理，效率低，且成本高；最后，由于目前的焊接场所多为室外，若遇到室外温度较低的天气，由于温度低会导致冷却速度增大，焊接后的部位容易产生较多的焊接应力，同时，也会对焊接后的组织造成不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船体外壁半自动焊接设备，以解决上述提到的现有技术中导致的上述缺陷。

一种船体外壁半自动焊接设备，包括支撑架、柔性焊接座、清理机构、冷却机构、基座以及柔性贴合组件，所述基座的顶面设有滑轨，所述支撑架通过滑块滑动连接于滑轨上，基座的一侧安装有齿条，齿条啮合有驱动齿轮，驱动齿轮连接至伺服电机的输出端，所述伺服电机安装于与齿条同一侧的支撑架上，所述柔性贴合组件安装于基座的底面并用于实现与具有曲面或平面结构的船体外壁的吸附固定；

所述柔性焊接座安装于支撑架的另一端并能够实现柔性焊接座上的焊接头与焊接面保持一个恒定的焊接距离；

所述清理机构安装于柔性焊接座的前侧，并能够实现对待焊接的表面进行清理；

所述冷却机构安装于柔性焊接座的后侧并通过传动机构与清理机构连接，所述清理机构为冷却机构提供动力，以实现对焊接后的表面进行冷却处理。

优选的，所述柔性焊接座包括基板、导柱、导套以及导向轮，所述导柱固定于基板的顶面并滑动连接于支撑架上的通孔内，导柱的上端连接有限位块，所述导套固定于通孔的底部并与导柱滑动连接，导套与基板之间的导柱上套设有弹簧，所述导向轮有四个其均转动连接于基板底部的支座上，四个导向轮呈矩形阵列布置，用于焊接的焊接设备安装于基板上且焊接设备上的焊接头部分位于基板的下方。

优选的，所述清理机构包括支撑座、蜗轮、蜗杆以及刷盘，支撑座转动连接于基板的前侧并通过定位机构固定，所述蜗轮位于支撑座的下方并通过轴杆与支撑座上的轴承连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆连接于位于支撑座底部的两个导向轮之间并与导向轮固定，所述刷盘的底部设有金属丝。

优选的，所述冷却机构包括风机、换热管、固定座、固定环以及排风管，所述风机安装于基板的后侧，所述换热管由三段管体组成，分别包括进气段、换热段以及出气段，进气段的进气口位于基板的上方，进气段向下延伸至基板的下方并与换热段连接，换热段为一段圆弧形管体并通过固定环固定于固定座的底面，固定座为环形并安装于基板的底面，换热段位于焊接头的外周侧并与出气段连接，出气段的另一端延伸至基板的上方并连接至风机的进气端，所述排风管连接至风机的出气端；

所述传动机构包括主动轮一、从动轮一、从动轮二以及支座，主动轮一与蜗杆同轴设置并通过传送带连接至从动轮一，从动轮一与从动轮二通过一根转轴连接固定并同步旋转，转轴转动连接于基板底部的支座上，从动轮二通过传送带连接至风机的动力输入端。

优选的，所述定位机构包括定位块和插板，所述定位块固定于基板的顶面，定位块上设有一横向贯通的插孔一，支撑座的顶面设有一立板，立板上设有一横向贯通的插孔二并与插孔一配合，所述插板穿过插孔一与插孔二并将支撑座进行横向定位。

优选的，所述柔性贴合组件包括电磁铁以及若干个导向块，所述电磁铁安装于基座的底面，所述导向块通过导向机构穿过电磁铁并滑动连接于基座内，若干个导向块沿着基座的长度方向并排设置，且相邻两个导向块之间的间隙为0.01-0.1mm,电磁铁通过电源线连接至电源。

优选的，所述导向机构包括相互连接的圆柱形的导向杆一和导向杆二，导向杆一的一端与导向块连接，导向杆二的一端滑动连接于基座内，导向杆一的外径尺寸小于导向杆，且导向杆一与电磁铁上的导向孔配合并滑动连接。

优选的，所述定位块的顶部还设有一弹性的压板。

优选的，所述排风管的末端连接有扁平状的分流管。

优选的，所述基座上位于基座长度方向的两端安装有握持部，该握持部包括连接板和把手，连接板与基座连接，把手固定于连接板的外侧，所述连接板的上端还设有用于对滑块进行限位的限位板。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用基座作为载体，通过设置相应的驱动齿轮、齿条以及柔性焊接座，实现了船体外壁的分段焊接，焊接面的清理与焊接同步进行，焊接过程半自动化，相比传统的人工焊接，效率得到了显著提升。

(2)采用柔性贴合组件，能够适应不同曲率的船体外壁，有效保证了该装置能够与船体外壁紧密贴合，进而保证支撑架在行走过程中的稳定性，保证了焊接质量，并且，导向块越多，与船体外壁的贴合度就越高，相比传统的爬壁焊接装置，贴合度更好。

(3)本发明借助于导柱以及弹簧，能够保证基板与焊接面的距离保持恒定，即焊接头与焊接面的距离恒定，有效保证了不同曲率条件下的船体外壁焊接质量的稳定性。

(4)本发明在焊接的同时，配合前后两侧的清理机构和冷却机构，一方面，能够预先与焊接面表面的锈迹进行清理，进一步提高了焊接质量，另一方面，有效利用焊接热影响区的热量，将换热管内的空气加热，并用于焊缝的初步冷却，降低了冷却速度，提高了焊接质量，三者同步进行，显著提高了焊接效率。

(5)本发明中的清理机构可以借助于定位机构收起，能够适用于多种工况下的焊接处理，且本发明中清理机构及冷却机构均采用了纯机械的运动方式，省去了采用电气设备而产生的相关线路布置，更适合高处的船体外壁表面焊接工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中柔性贴合组件的主视图。

图3为本发明中柔性贴合组件的截面剖视图。

图4为本发明去掉基座及柔性贴合组件后的结构示意图。

图5、图6为本发明中清理机构、冷却机构及基板部分不同视角的结构示意图。

图7为本发明中清理机构收起时的示意图。

其中：

1-支撑架；

2-柔性焊接座，21-基板，22-导柱，23-导套，24-导向轮，25-限位块，26-弹簧；

3-清理机构，31-支撑座，32-蜗轮，33-蜗杆，34-刷盘，35-轴承，36-金属丝；

4-冷却机构，41-风机，42-换热管，420-进气段，421-换热段，422-出气段，43-固定座，44-固定环，45-排风管；

5-传动机构，51-主动轮一，52-从动轮一，53-从动轮二，54-支座；

6-定位机构，61-定位块，62-插板，63-插孔一，64-插孔二，65-立板，66-压板；

7-分流管；

8-基座，81-滑轨，82-滑块，83-齿条，84-驱动齿轮，85-伺服电机；

9-柔性贴合组件，91-电磁铁，92-导向块，93-导向杆一，94-导向杆二；

10-握持部，101-连接板，102-把手，103-限位板。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图7所示，一种船体外壁半自动焊接设备，包括支撑架1、柔性焊接座2、清理机构3、冷却机构4、基座8以及柔性贴合组件9，所述基座8的顶面设有滑轨81，所述支撑架1通过滑块82滑动连接于滑轨81上，基座8的一侧安装有齿条83，齿条83啮合有驱动齿轮84，驱动齿轮84连接至伺服电机85的输出端，所述伺服电机85安装于与齿条83同一侧的支撑架1上，所述柔性贴合组件9安装于基座8的底面并用于实现与具有曲面或平面结构的船体外壁的吸附固定；

所述柔性焊接座2安装于支撑架1的另一端并能够实现柔性焊接座2上的焊接头与焊接面保持一个恒定的焊接距离；

所述清理机构3安装于柔性焊接座2的前侧，并能够实现对待焊接的表面进行清理；

所述冷却机构4安装于柔性焊接座2的后侧并通过传动机构5与清理机构3连接，所述清理机构3为冷却机构4提供动力，以实现对焊接后的表面进行冷却处理。

在本实施例中，所述柔性焊接座2包括基板21、导柱22、导套23以及导向轮24，所述导柱22固定于基板21的顶面并滑动连接于支撑架1上的通孔内，导柱22的上端连接有限位块25，所述导套23固定于通孔的底部并与导柱22滑动连接，导套23与基板21之间的导柱22上套设有弹簧26，所述导向轮24有四个其均转动连接于基板21底部的支座上，四个导向轮24呈矩形阵列布置，用于焊接的焊接设备安装于基板21上且焊接设备上的焊接头部分位于基板21的下方。

在本实施例中，所述清理机构3包括支撑座31、蜗轮32、蜗杆33以及刷盘34，支撑座31转动连接于基板21的前侧并通过定位机构6固定，所述蜗轮32位于支撑座31的下方并通过轴杆与支撑座31上的轴承35连接，蜗轮32与蜗杆33啮合，蜗杆33连接于位于支撑座31底部的两个导向轮24之间并与导向轮24固定，所述刷盘34的底部设有金属丝36。

在本实施例中，所述冷却机构4包括风机41、换热管42、固定座43、固定环44以及排风管45，所述风机41安装于基板21的后侧，所述换热管42由三段管体组成，分别包括进气段420、换热段421以及出气段422，进气段420的进气口位于基板21的上方，进气段420向下延伸至基板21的下方并与换热段421连接，换热段421为一段圆弧形管体并通过固定环44固定于固定座43的底面，固定座43为环形并安装于基板21的底面，换热段421位于焊接头的外周侧并与出气段422连接，出气段422的另一端延伸至基板21的上方并连接至风机41的进气端，所述排风管45连接至风机41的出气端；

所述传动机构5包括主动轮一51、从动轮一52、从动轮二53以及支座54，主动轮一51与蜗杆33同轴设置并通过传送带连接至从动轮一52，从动轮一52与从动轮二53通过一根转轴连接固定并同步旋转，转轴转动连接于基板21底部的支座54上，从动轮二53通过传送带连接至风机41的动力输入端即输入端皮带轮，上述主动轮一51、从动轮一52、从动轮二53均采用皮带轮，且从动轮二53的外径大于风机的输入端皮带轮的外径，从而实现大速度比的动力传输。基板21上设有供传送带穿过的矩形孔。

在本实施例中，所述定位机构6包括定位块61和插板62，所述定位块61固定于基板21的顶面，定位块61上设有一横向贯通的插孔一63，支撑座的顶面设有一立板65，立板65上设有一横向贯通的插孔二64并与插孔一63配合，所述插板62穿过插孔一63与插孔二64并将支撑座进行横向定位，插板62与插孔一63或插孔二64为过盈配合。

在本实施例中，所述柔性贴合组件9包括电磁铁91以及若干个导向块92，所述电磁铁91安装于基座8的底面，所述导向块92通过导向机构穿过电磁铁91并滑动连接于基座8内，若干个导向块92沿着基座8的长度方向并排设置，且相邻两个导向块92之间的间隙为0.01-0.1mm,电磁铁91通过电源线连接至电源，电源线可设置于电磁铁31的一端。

在本实施例中，所述导向机构包括相互连接的圆柱形的导向杆一93和导向杆二94，导向杆一93的一端与导向块92连接，导向杆二94的一端滑动连接于基座1内，导向杆一93的外径尺寸小于导向杆，且导向杆一93与电磁铁91上的导向孔配合并滑动连接。

在本实施例中，所述定位块61的顶部还设有一弹性的压板66，其目的在于，当清理机构3不使用时，可将支撑座31向上翻转90度，立板65处于水平状态，此时旋转压板66，将其压在立板65上，从而实现清理机构3的固定。该压板65也能够实现对插板62的压紧定位。

在本实施例中，所述排风管45的末端连接有扁平状的分流管7，用于将排出的冷却风分散成扁平状，扩大散热面积。

在本实施例中，所述基座8上位于基座8长度方向的两端安装有握持部10，该握持部10包括连接板101和把手102，连接板101与基座8连接，把手102固定于连接板101的外侧，所述连接板101的上端还设有用于对滑块82进行限位的限位板103。

工作过程及原理：首先，借助于升降平台将该装置移动至工作位置，然后人工抓着把手102调整基座8的姿态，调整好后，启动电磁铁91，在巨大磁力作用下，基座8被紧紧吸附贴合在船体外壁表面，并位于焊接轨迹的上方，此时的支撑架2位于机座的一端，接着启动伺服电机85，伺服电机85带动驱动齿轮84旋转，并与齿条83配合，带动整个支撑架1沿着基座8的长度方向移动，与此同时，启动柔性焊接座2上的焊接设备，焊接头对准焊接面进行焊接作业，由于弹簧26的作用，其会挤压基板21，导向轮24紧贴在船体外壁上，并随着支撑架2的移动而行走；

在焊接时，位于基板21前侧的导向轮24之间连接有与其一起转动的蜗杆33，其会驱动蜗轮32转动，进而实现刷盘34的转动，借助于金属丝36对焊接接缝上的锈迹提前进行清理，保证焊接质量。与此同时，与蜗杆33同轴设置的主动轮一51也随之转动，并带动从动轮一52、从动轮二53以及风机的动力输入端一同转动，实现风机的旋转，焊接头附近产生的热量会对换热管42内的空气加热，风机41运转产生的抽吸作用将换热管42中的热风送至排风管45，最终通过分流管7排出，吹在焊接后的焊缝上，从而对焊缝进行初步冷却，避免环境温度过低造成冷却速度过大而产生的焊接质量缺陷。

本发明中，将清理机构3与基板21之间设计成了可转动的连接方式，目的在于，对于一些没有清理和冷却要求的焊接情形，可以将清理机构3向上翻转90度并通过压板7压紧固定，收起来，与此同时，拆掉主动轮一51与从动轮一52之间的传送带，即可关闭冷却机构4的冷却功能。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。