一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺及管道焊接机器人的制作方法

1.本发明涉及管道焊接技术领域，更具体的说是涉及一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺及管道焊接机器人。


背景技术：

2.管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。尤其是石油和天然气的管道在长时间的使用过程中，容易受到油气腐蚀和外部环境的影响，使得管壁变的越来越薄，以至于无法正常工作，甚至发生石油、天然气的泄露的情况，这不仅浪费了大量的自然资源，而且对附近的环境造成极大的污染。
3.在现有焊接设备中，由于焊丝与焊枪同步摆动，在焊丝接近焊道坡口钝边时，焊丝会阻挡电弧对钝边的熔化，从而需要加大焊枪电流，这就容易造成管道烧穿现象。
4.市面上存在多种管道焊接机器人，其不仅能够提高对管道壁厚较薄部位的焊接速度，而且还减轻了工人的劳动强度，提高焊接质量。
5.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺及管道焊接机器人。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺及管道焊接机器人，用于解决上述背景技术部分所记载的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺，采用以下方式进行焊接：焊枪在平移驱动机构和竖直驱动机构的驱动下能够进行移动；平移驱动机构能够驱动焊枪沿平行于焊接管道轴线的方向移动，竖直驱动机构能够驱动焊枪沿垂直于焊接管道轴线的方向移动；在焊枪焊接时，同步运行平移驱动机构和竖直驱动机构；平移驱动机构带动焊枪在两个待焊接管口的钝边之间往复摆动，摆动方向沿平行于焊接管道轴线的方向；当焊枪移动到管口钝边处，采用间歇供给焊丝或者调整焊丝位置的方式进行钝边熔化，消除焊丝对焊机熔化钝边过程的影响；焊枪采用间歇供给焊丝的方式具体为：焊丝导向装置固定于焊枪上，焊丝导向装置随着焊枪进行同步摆动，当焊丝和焊枪接近焊道坡口钝边时，停止输送焊丝，防止阻挡电弧对钝边的熔化，防止未熔合的未焊透，待钝边充分熔化后，供给焊丝进行焊接；调整焊丝位置的方式具体为：焊枪上安装摆丝机构和焊丝导向装置，当焊丝和焊枪接近管口钝边，电弧运动于坡口一侧钝边处，摆丝机构控制焊丝导向装置摆动，使其摆动距离小于电弧摆动量，并且使焊丝处于电弧区域内；当电弧在焊口一侧停留时，焊丝位于电弧内侧，且在电弧熔化范围
内，焊枪喷射的部分电弧能够用于熔化焊丝填充熔池，另外部分电弧用于熔化管口钝边；焊枪、平移驱动机构、竖直驱动机构安装在移动机构上；移动机构安装在焊接管道上的轨道，能够带动焊枪沿焊接管道周向移动，从而完成对管道的整圈焊接。
8.一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺的管道焊接机器人，包括外壳、运动机构、送丝机构、焊枪组件；所述运动机构安装在所述外壳的下底部，所述运动机构包括一对第一衔接板，所述第一衔接板上通过第一转轴转动连接有第一调整板，所述第一调整板上转动连接有第一卡轮，所述第一衔接板的一侧设有第一固定板和第二固定板，所述第一固定板和第二固定板均与外壳固定连接，所述第一固定板与第二固定板之间设有活动板，所述活动板上通过第二转轴转动安装有一对第二调整板，所述第二调整板上转动连接有第二卡轮，所述第二卡轮与第一卡轮相对应设置，且第二卡轮与第一卡轮之间设有一对第二衔接板，一对所述第二衔接板之间转动连接有驱动齿轮，靠近所述驱动齿轮的所述第一转轴和所述第二转轴与所述驱动齿轮同轴线布置，所述驱动齿轮上连接有驱动机构；所述送丝机构安装在所述外壳的侧壁上，用于输送焊丝；所述焊枪组件安装在所述外壳的另一个侧壁上，通过与焊丝相配合用于实现管道焊接工作。
9.进一步地，所述第一固定板与第二固定板之间连接有多个调节杆，用于固定活动板，保证活动板在调节时的稳定性，进而可以保证第一卡轮和第二卡轮固定在导轨上的效果，避免外壳出现脱轨现象，保证外壳整体的安全性，所述活动板滑动连接在多个调节杆上；所述第二固定板上安装有调节手柄，所述调节手柄用于控制活动板的滑动。
10.进一步地，所述驱动机构包括驱动电动机，所述驱动电动机安装在所述外壳内，所述第二衔接板的一侧设有齿轮箱，所述驱动电动机通过齿轮箱驱动所述驱动齿轮进行转动。
11.进一步地，所述送丝机构包括焊丝缠绕轮，所述焊丝缠绕轮转动连接在所述外壳的侧壁上，所述焊丝缠绕轮上缠绕有焊丝；所述焊丝缠绕轮的一侧设有送丝轮，所述外壳内安装有送丝电动机，所述送丝电动机输出轴与送丝轮相连接，通过送丝电动机带动送丝轮进行转动，进而用于起到输送焊丝的作用，通过与焊枪的相互配合，用于管道焊接。
12.进一步地，所述送丝轮的上侧设有从动送丝轮，所述从动送丝轮与所述外壳侧壁转动连接，且从动送丝轮与送丝轮相对应设置，当送丝轮转动时，从动送丝轮能够跟随送丝轮进行同步转动，进而用于更好的输送焊丝。
13.进一步地，所述焊丝缠绕轮与送丝轮之间设有第一引导管，所述送丝轮远离焊丝缠绕轮的一侧设有第二引导管，所述第一引导管和第二引导管均通过固定扣固定在所述外壳的侧壁上，所述第二引导管上连接有第三引导管，所述第三引导管的另一端连接有焊丝导向装置，第一引导管、第二引导管、第三引导管和焊丝导向装置均用于输送焊丝。
14.进一步地，所述焊枪组件包括固定块，用于安装竖直调整电动机和焊枪；所述外壳内设有连接板，所述固定块与连接板之间连接有一对连接杆，所述连接杆与外壳滑动连接，连接板和连接杆用于固定固定块；
所述连接杆的外侧设有保护套，用于保护连接杆。
15.进一步地，所述连接板的侧壁上固定连接有联动板，所述外壳内安装有平移调整电动机，所述联动板与平移调整电动机输出轴螺纹连接，当平移调整电动机运行时，联动板受到螺纹作用，带动联动板在外壳内滑动，由于连接板和联动板固定连接，进而带动连接板进行滑动，连接板通过一对连接杆带动固定块进行同步滑动，从而可以实现焊枪水平位置的调节，以便更好的进行焊接工作。
16.进一步地，所述固定块上安装有竖直调整电动机，所述固定块的侧壁上滑动连接有滑块，所述滑块与竖直调整电动机输出轴螺纹连接，所述固定块的侧壁上设有滑动槽，所述滑块滑动在滑动槽内，当竖直调整电动机运行时，滑块受到螺纹作用，在滑动槽内进行滑动，进而用于调节焊枪的竖直位置，以便焊枪更好的进行焊接工作。
17.进一步地，所述滑块上安装有焊枪，焊枪用于焊接，所述焊枪的外侧设有固定架，所述固定架上安装有焊枪固定架，所述焊枪固定架上安装有固定杆，所述焊丝导向装置安装在所述固定杆上，固定杆用于固定焊丝导向装置；所述焊枪固定架上安装有微调电动机，所述微调电动机与固定杆相对应设置，微调电动机用于微调固定杆，以便焊枪与焊丝更好的配合，防止未熔合缺陷导致的未焊透。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过相应机构的设置结合相应的工艺，可以大大降低焊丝吸收的热量，保证焊枪能够充分熔化管口钝边，防止未熔合缺陷导致的未焊透；还可以使得管道焊接机器人能够适用于管口不平或者管径不同的管道焊接工作，保证了管道的整体焊接效率，也可以保证焊接效果，另外，本发明中的管道焊接机器人还能够适用于椭圆形管道的焊接，大大提高了整体的适用范围，满足用户的焊接需求。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一实施例中管道焊接机器人的使用效果图；图2为本发明一实施例中管道焊接机器人的第一角度立体图；图3为图2中a处结构示意图；图4为图2中b处结构示意图；图5为图2中c处结构示意图；图6为本发明一实施例中管道焊接机器人的第二角度立体图；图7为图6中d处结构示意图；图8为本发明一实施例中管道焊接机器人的俯视图；图9为图8中e处结构示意图；图10为本发明一实施例中管道焊接机器人的第三角度立体图；图11为图10中f处结构示意图；图12为本发明一实施例中管道焊接机器人熔化管道钝边时的效果图；
图13为图12中h处结构示意图。
21.图中：1.外壳、2.运动机构、201.第一衔接板、202.第一调整板、203.第一卡轮、204.第一固定板、205.第二固定板、206.活动板、207.第二调整板、208.第二卡轮、209.调节杆、210.调节手柄、211.第二衔接板、212.驱动齿轮、213.齿轮箱、214.驱动电动机、3.送丝机构、301.焊丝缠绕轮、302.送丝轮、303.从动送丝轮、304.第一引导管、305.第二引导管、306.第三引导管、307.焊丝导向装置、4.焊枪组件、401.固定块、402.连接板、403.连接杆、404.联动板、405.平移调整电动机、406.保护套、407.竖直调整电动机、408.滑块、409.焊枪、410.固定架、411.微调电动机、412.固定杆。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明实施例公开了管道焊接机器人，参考图1-图11所示，包括外壳1、运动机构2、送丝机构3、焊枪组件4。
24.其中，管道的外侧设有导轨，导轨上设有多个啮合齿，啮合齿与驱动齿轮212相啮合，即图1所示的状态。
25.另外，运动机构2安装在外壳1的下底部，运动机构2用于安装在管道外侧的导轨上，进而用于对管道的外侧进行全位置焊接。
26.具体地，运动机构2包括一对第一衔接板201，第一衔接板201与外壳1底壁固定连接，保证第一衔接板201与外壳1的固定效果，第一衔接板201上通过第一转轴转动连接有第一调整板202，第一调整板202与第一衔接板201之间可以调节，进而用于调整第一卡轮203的倾斜角度，保证第一卡轮203能够与导轨相卡合。
27.此外，第一调整板202上转动连接有第一卡轮203，利用第一卡轮203可以将外壳1卡合在导轨上，保证外壳1的安装效果。
28.参考图1-图5所示，第一衔接板201的一侧设有第一固定板204和第二固定板205，第一固定板204和第二固定板205均与外壳1固定连接，第一固定板204与第二固定板205之间设有活动板206，活动板206上通过第二转轴转动安装有一对第二调整板207，第二调整板207上转动连接有第二卡轮208，第二卡轮208与第一卡轮203相对应设置，通过第二卡轮208与第一卡轮203的相互配合，用于将外壳1整体卡合在导轨上，以便外壳1沿着导轨进行移动，实现焊枪409对管道外壁的焊接工作。
29.其中，第一固定板204与第二固定板205之间连接有多个调节杆209，用于固定活动板206，保证活动板206在调节时的稳定性，进而可以保证第一卡轮203和第二卡轮208固定在导轨上的效果，避免外壳1出现脱轨现象，保证外壳1整体的安全性，活动板206滑动连接在多个调节杆209上。
30.另外，第二固定板205上安装有调节手柄210，调节手柄210用于控制活动板206的滑动，即方便工作人员调节一对第二卡轮208与一对第一卡轮203之间的间距，以便拆卸或安装外壳1。
31.具体地，第二卡轮208与第一卡轮203之间设有一对第二衔接板211，一对第二衔接板211之间转动连接有驱动齿轮212，靠近驱动齿轮212的第一转轴和第二转轴与驱动齿轮212同轴线布置，使得本发明中的焊枪409能够适用于椭圆形管的焊接工作，即使导轨围绕在椭圆形管外围使得导轨为椭圆形，也能够保证驱动齿轮212与导轨齿孔总是保持啮合的，不会出现空转不啮合，保证了传动的稳定性。
32.参考图1-图10所示，驱动齿轮212上连接有驱动机构，用于驱动驱动齿轮212的转动，进而可以实现外壳1沿着导轨进行移动，以便对管道进行焊接。
33.其中，驱动机构包括驱动电动机214，驱动电动机214安装在外壳1内，第二衔接板211的一侧设有齿轮箱213，驱动电动机214通过齿轮箱213驱动驱动齿轮212进行转动。
34.参考图1-图11所示，送丝机构3安装在外壳1的侧壁上，用于输送焊丝。
35.其中，送丝机构3包括焊丝缠绕轮301，焊丝缠绕轮301转动连接在外壳1的侧壁上，焊丝缠绕轮301上缠绕有焊丝。
36.另外，焊丝缠绕轮301的一侧设有送丝轮302，外壳1内安装有送丝电动机，送丝电动机输出轴与送丝轮302相连接，通过送丝电动机带动送丝轮302进行转动，进而用于起到输送焊丝的作用，通过与焊枪409的相互配合，用于管道焊接。
37.具体地，送丝轮302的上侧设有从动送丝轮303，从动送丝轮303与外壳1侧壁转动连接，且从动送丝轮303与送丝轮302相对应设置，当送丝轮302转动时，从动送丝轮303能够跟随送丝轮302进行同步转动，进而用于更好的输送焊丝。
38.此外，焊丝缠绕轮301与送丝轮302之间设有第一引导管304，送丝轮302远离焊丝缠绕轮301的一侧设有第二引导管305，第一引导管304和第二引导管305均通过固定扣固定在外壳1的侧壁上，第二引导管305上连接有第三引导管306，第三引导管306的另一端连接有焊丝导向装置307，第一引导管304、第二引导管305、第三引导管306和焊丝导向装置307均用于输送焊丝。
39.参考图1-图10所示，焊枪组件4安装在外壳1的另一个侧壁上，通过与焊丝相配合用于实现管道焊接工作。
40.其中，焊枪组件4包括固定块401，用于安装竖直调整电动机407和焊枪409，外壳1内设有连接板402，固定块401与连接板402之间连接有一对连接杆403，连接杆403与外壳1滑动连接，连接板402和连接杆403用于固定固定块401。
41.另外，连接杆403的外侧设有保护套406，用于保护连接杆403。
42.具体地，连接板402的侧壁上固定连接有联动板404，外壳1内安装有平移调整电动机405，联动板404与平移调整电动机405输出轴螺纹连接，当平移调整电动机405运行时，联动板404受到螺纹作用，带动联动板404在外壳1内滑动，由于连接板402和联动板404固定连接，进而带动连接板402进行滑动，连接板402通过一对连接杆403带动固定块401进行同步滑动，从而可以实现焊枪409水平位置的调节，以便更好的进行焊接工作。
43.参考图1-图11所示，固定块401上安装有竖直调整电动机407，固定块401的侧壁上滑动连接有滑块408，滑块408与竖直调整电动机407输出轴螺纹连接，固定块401的侧壁上设有滑动槽，滑块408滑动在滑动槽内，当竖直调整电动机407运行时，滑块408受到螺纹作用，在滑动槽内进行滑动，进而用于调节焊枪409的竖直位置，以便焊枪409更好的进行焊接工作。
44.其中，滑块408上安装有焊枪409，焊枪409用于焊接管道，焊枪409的外侧设有固定架410，固定架410上安装有焊枪固定架，焊枪固定架上安装有固定杆412，焊丝导向装置307安装在固定杆412上，固定杆412用于固定焊丝导向装置307。
45.优选的，焊枪409为氩弧焊，且氩弧焊的高度不能超过1mm。
46.另外，焊枪固定架上安装有微调电动机411，微调电动机411与固定杆412相对应设置，微调电动机411用于微调固定杆412，以便焊枪409与焊丝更好的配合，防止未熔合缺陷导致的未焊透。
47.具体使用时，先将外壳1安装在管道外侧的导轨上，使得第一卡轮203和第二卡轮208分别卡在导轨的边缘，同时，驱动齿轮212与导轨上的啮合齿相啮合；控制驱动电动机214运行，驱动电动机214通过齿轮箱213带动驱动齿轮212进行转动，由于驱动齿轮212与啮合齿相啮合，且第一卡轮203和第二卡轮208分别卡在导轨的边缘，使得外壳1能够沿着导轨进行移动；控制送丝电动机运动，送丝电动机带动送丝轮302转动，送丝轮302配合从动送丝轮303输送焊丝缠绕轮301上的焊丝，焊丝经过第一引导管304、第二引导管305、第三引导管306的引导，到达焊丝导向装置307处；再控制焊枪409运行，焊枪409喷射电弧，配合焊丝导向装置307输送的焊丝用于对管道的外侧进行焊机工作。
48.针对现有技术中，焊丝与焊枪同步摆动，在焊丝接近焊道坡口钝边时，焊丝吸热，进而造成焊枪喷射的电弧温度下降，使得管口钝边不能达到熔化温度，从而需要加大焊枪电流，容易造成管道存在烧穿现象的问题，本发明采用一种有效熔化焊道坡口钝边的焊接工艺，采用以下方式进行焊接：焊枪在平移驱动机构和竖直驱动机构的驱动下能够进行移动；平移驱动机构能够驱动焊枪沿平行于焊接管道轴线的方向移动，竖直驱动机构能够驱动焊枪沿垂直于焊接管道轴线的方向移动；在焊枪焊接时，同步运行平移驱动机构和竖直驱动机构；平移驱动机构带动焊枪在两个待焊接管口的钝边之间往复摆动，摆动方向沿平行于焊接管道轴线的方向；当焊枪移动到管口钝边处，采用间歇供给焊丝或者调整焊丝位置的方式进行钝边熔化，消除焊丝对焊机熔化钝边过程的影响；焊枪采用间歇供给焊丝的方式具体为：焊丝导向装置固定于焊枪上，焊丝导向装置随着焊枪进行同步摆动，当焊丝和焊枪接近焊道坡口钝边时，停止输送焊丝，防止阻挡电弧对钝边的熔化，防止未熔合的未焊透，待钝边充分熔化后，供给焊丝进行焊接；由于采用连续送丝时，焊丝处于电弧前端，且位于电弧与钝边之间，当电弧运动至一侧坡口钝边时，由于焊丝的阻挡，电弧不能有效的熔化钝边，易产生未熔合及未焊透缺陷，所以采用本发明的间歇供给焊丝的方式，能够有效解决以上问题。
49.调整焊丝位置的方式具体为：焊枪上安装摆丝机构和焊丝导向装置，当焊丝和焊枪接近管口钝边，电弧运动于坡口一侧钝边处，摆丝机构控制焊丝导向装置摆动，使其摆动距离小于电弧摆动量，并且使焊丝处于电弧区域内；当电弧在焊口一侧停留时，焊丝位于电弧内侧，且在电弧熔化范围
内，焊枪喷射的部分电弧能够用于熔化焊丝填充熔池，另外部分电弧用于熔化管口钝边，从而防止未熔合及未焊透的缺陷发生；电弧摆宽大于焊丝摆宽，电弧在两侧的坡口钝边停留时，焊丝位于电弧区域内，即摆动焊丝主要是为了防止其阻挡电弧，并且要保证焊丝摆动一定距离后，仍然能被电弧熔化，使得电弧在熔化钝边的同时，也能够熔化焊丝。
50.焊枪、平移驱动机构、竖直驱动机构安装在移动机构上；移动机构安装在焊接管道上的轨道，能够带动焊枪沿焊接管道周向移动，从而完成对管道的整圈焊接。
51.结合附图12-13，由于焊丝与焊枪409同步摆动，在焊丝接近焊道坡口钝边时，焊丝吸热，进而造成焊枪409喷射的电弧温度下降，使得管口钝边不能达到熔化温度，从而需要加大焊枪电流，这就容易造成管道存在烧穿现象，为了避免此类情况的发生，本发明中有以下两种工作方式：工作方式一，间歇供给焊丝：焊丝随着焊枪409进行同步摆动，当焊丝和焊枪409接近管道钝边时，停止输送焊丝，即送丝轮302停止运行，这样可以大大降低焊丝吸收的热量，保证焊枪409能够充分熔化管口钝边，防止未熔合缺陷导致的未焊透。
52.工作方式二，调整焊丝位置：当焊丝和焊枪409接近管道钝边时，微调电动机411运行，微调电动机411带动固定杆412和焊丝导向装置307倾斜一定的角度，即使得焊丝导向装置307与焊枪409之间存在距离差，焊枪409喷射的部分电弧可用于熔化焊丝，另外部分用于熔化管口钝边，这样也可以保证焊枪409能够充分熔化管口钝边，防止未熔合缺陷导致的未焊透；一方面实现对之前焊接位置延时焊接，另一方面不影响对管道钝边的熔化。
53.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。