技术领域

本发明属于管件焊接工艺领域， 具体地， 涉及一种圆管件的圆周焊缝 的自动焊接方法。 背景技术

桁架结构常见于大跨度的厂房、 展览馆、 体育馆和桥梁等公共建筑中。 其中， 有些桁架臂是由圆管状的弦杆在两端与耳铰或 支座组合焊接而形成， 所述桁架臂在完成焊接后所形成的焊缝为圆周 焊缝。 由于桁架结构的受力 特性， 桁架臂上焊接后形成的圆周焊缝在连接强度等 机械性能方面要求较 高， 因而圆周焊缝要求足够结实并具有一定的截面 尺寸， 而且考虑到所焊 接的圆管件的壁厚和圆整度， 所形成的圆周焊缝也应当具有较大的宽度和 厚度。 因而在焊接时， 在所焊接的圆管件的壁厚方向上需要分多层焊 接， 而在圆管件轴线方向的某些层上又需要进行多 道焊接， 从而形成多层多道 的圆周焊缝。

若采用手工全位置焊接以形成多层多道的圆周 焊缝， 则要求焊工具有 全位置焊接的技能， 对焊工的要求非常高， 焊接时间长， 劳动强度大。 可 用于圆周焊缝焊接的自动焊机中， 有的是采用圆管工件不动而焊接机头围 绕圆管工件旋转的焊接方式， 这就需要有可供焊接机头旋转的支持轨道以 及焊接机头旋转的空间， 因而往往将圆管工件直立设置从而方便进行焊 接。 上述焊接方式对于长度和直径尺寸以及重量都 很大的圆管件 （例如弦杆） 而言操作难度较大。 而且， 在常见的自动焊机中， 调节焊接位置的各种调 节机构的自动化程度多有不足， 很多是手动调节， 这显然难以满足上述多 层多道的圆周焊缝的焊接要求。 此外， 尤其是在同一圆形管件上同时进行 若干圆周焊缝的焊接时， 更涉及各道焊缝焊接的同步性问题。 发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处 ， 提供一种圆管件的圆 周焊缝的自动焊接方法， 以简单有效地自动完成圆周焊缝的焊接。

根据本发明的一个方面， 提出了一种圆管件的圆周焊缝的自动焊接方 法， 在焊接过程中， 所述圆管件相对于焊枪旋转， 并且所述焊枪在三维方 向上的焊接位置和焊接角度能够自动调节， 以实现圆周焊缝的自动焊接。

优选地， 在焊接过程中， 通过自动调节所述焊枪相对于所述圆管件的 轴向位置， 实现圆周焊缝的分道焊接。

优选地， 所述分道焊接过程包括：

1) 调节好焊枪相对于所述圆管件的初始焊接位置 和焊接角度；

2) 焊枪起弧；

3) 驱动所述圆管件转动， 以完成第一道焊缝的焊接；

4) 所述焊枪自动地轴向移动到下一道焊缝的焊接 位置， 调节好焊接 角度， 并完成下一道焊缝的焊接；

5) 重复步骤 4)， 直至完成所述圆周焊缝的每道焊缝焊接。

优选地， 在焊接过程中， 通过自动调节所述焊枪相对于所述圆管件的 径向位置， 实现圆周焊缝的分层焊接。

优选地， 所述分层焊接过程包括：

a) 调节好焊枪相对于所述圆管件的初始焊接位置 和焊接角度； b) 焊枪起弧并驱动所述圆管件转动；

c) 在第一层焊缝上通过所述分道焊接进行一道或 多道焊缝的焊接， 以完成该层焊缝的焊接；

d) 完成第一层焊缝的焊接后， 所述焊枪自动提枪， 径向移动到下一 层焊缝的第一道焊缝的焊接位置， 调节好焊接角度， 并通过所述 分道焊接完成所述下一层焊缝的焊接； 优选地， 在焊接过程中， 使用焊枪跟踪机构避免所述圆管件产生径向 跳动。

优选地， 在焊接过程中， 当所述焊枪在进行所述圆周焊缝的焊接时， 所述焊枪跟随所述焊枪跟踪机构的位置移动。

优选地， 在焊接过程中， 实时检测所述圆管件外周面上的检测点的温 度， 该检测点与所述圆周焊缝的中点之间的轴向距 离为 75-100mm。

优选地， 根据上述检测点的温度控制所述焊枪的启焊和 停焊， 使检测 点的温度保持在 100° -200° 的范围内。

优选地， 在进行焊接之前， 对所述圆管件的焊接部位进行预热。

采用本发明中圆管件的圆周焊缝的自动焊接方 法后， 在焊接过程中， 所述圆管件相对于焊枪旋转， 而所述焊枪在三维方向上的焊接位置和焊接 角度可自动调节， 从而能够比较灵活并精确地调节焊接位置和焊 接角度， 以自动进行多层多道焊接， 从而形成具有较好机械性能的圆周焊缝。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施 方式部分予以详细说 明。 附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与下面的具体实施方式一起用于解释本发明， 但并不构成对本发明的限制。 在附图中：

图 1为根据本发明的一种实施方式的自动焊机的� �构示意图。 具体实施方式

在本发明中， 在未作相反说明的情况下， 使用的方位词如"轴向"、 "径 向"等通常是针对圆管件而言的， 在图 1中表示三维方向的坐标中， "X" 轴标示圆管件的轴向， "Y"和 "Z"轴均表示圆管件的径向。文中的术语"焊 接位置"即焊枪枪头在焊接时所处的位置， "焊接角度"即焊枪在焊接点的 中心位置上偏离竖直方向 （或水平方向） 的倾斜角度， 也就是在摆动焊接 时焊枪的摆动中心线与竖直方向 （或水平方向） 之间的倾角。

参照图 1，根据本发明，提出了一种圆管件的圆周焊� �的自动焊接方法， 在焊接过程中， 所述圆管件 5相对于焊枪 1旋转， 并且所述焊枪 1在三维 方向上的焊接位置和焊接角度能够自动调节， 以实现圆周焊缝的自动焊接。 在本发明的方法中， 如图 1所示， 使圆管件 5 自旋转而焊枪 1相对不动的 方式进行焊接， 相对于焊枪 1 围绕工件旋转的焊接方式， 本发明的焊接方 式更方便实用， 圆管件 5不必竖立以方便焊枪 1旋转， 也不需要有供焊接 机头 2旋转的支持轨道以及焊接机头 2旋转的空间， 而且焊接效率也提高。 更重要的是， 由于焊枪 1相对不动， 从而更容易地通过控制焊枪 1 的焊接 位置和焊接角度， 可优化圆周焊缝的焊接工艺。 尤其是涉及多层多道的圆 周焊缝的焊接时， 圆管件 5 自旋转的同时， 通过自动调节焊枪 1的焊接位 置和焊接角度， 也就是调节焊枪的提枪高度和焊接宽度等， 可进行分层分 道的焊接， 最终形成多层多道的圆周焊缝， 以下将详细叙述。

如图 1所示的自动焊机中， 所述自动焊机的焊接机头 2内设有焊接位 置调节机构和焊接角度调节机构。 所述焊接位置调节机构可通过在三维方 向上分别设置的滑轨滑块装置来实现焊接位置 的调节， 所述焊接角度调节 机构可通过用于固定焊枪 1 的转轴的转动来调节焊枪的焊接角度， 并可连 接所述焊接位置调节机构。 焊接位置调节机构和焊接角度调节机构的结构 在此不再细述， 本领域的普通技术人员可通过多种结构或方式 实现上述焊 接位置调节机构和焊接角度调节机构。 其中， 为实现所述焊枪 1 在三维方 向上的焊接位置和焊接角度的自动调节， 自动焊机配备有焊接控制系统（未 显示）， 该焊接控制系统具有控制程序， 例如 PLC控制系统， 能够分别自动 控制焊接机头 2 内的焊接位置调节机构和焊接角度调节机构， 从而能够自 动调节所述焊枪 1在三维方向上的焊接位置和焊接角度， 并在圆管件 5旋 转的基础上完成圆周焊缝的焊接。 如图 1 所示的自动焊机中， 焊接位置调 节机构和焊接角度调节机构均可集成设置在焊 接机头 2 内， 这样在结构上 更紧凑， 不容易产生运动干涉， 各个焊接位置调节机构之间的协调和联动 性好， 也能使焊接机头 2更方便地与其他机构比如以下将述及的焊枪� �踪 机构 3连接并配合运动。 此外， 焊接位置调节机构和焊接角度调节机构均 集成设置在焊接机头 2内的方式， 相对于通过调节焊接机头 2的位置从而 间接地调节焊枪在某个方向上的位置的方式， 更方便自动控制， 并且直接 控制方式的控制程序简单， 精度也能更高。

当圆管件 5 的圆周焊缝横截面尺寸较大， 宽度较宽时， 或者所焊接的 圆管件 5 的机械性能要求较高时， 则一次性焊接难以形成所需要的圆周焊 缝， 或者所形成的圆周焊缝的机械性能达不到要求 ， 此时需要进行多层多 道的焊接。 因而， 在进行分道焊接时， 在焊接过程中， 可通过自动调节所 述焊枪 1相对于所述圆管件 5的轴向位置（图 1中的 X轴方向）， 实现圆周 焊缝的分道焊接。 即圆管件 5 旋转的同时， 通过所述焊接控制系统判断圆 管件 5 完整旋转一周， 完成了一道焊缝的焊接后， 所述焊接控制系统自动 控制焊枪 1在圆管件 5的轴向上移动到下一道焊缝处， 进行下一道焊缝焊 接。

具体地， 所述分道焊接过程可包括以下步骤：

1) 调节好焊枪 1相对于所述圆管件 5的初始焊接位置和焊接角度； 在此步骤中， 如图 1所示， 圆管件 5安装到工件回转驱动机构 6 上并实现定位， 电机 9驱动立柱 7上的立柱滑块 8以带动焊接机 头 2， 使调节机头 2接近圆管件 5， 再通过所述焊接控制系统控制 焊接机头 2， 使焊枪 1达到初始焊接位置和焊接角度；

2) 焊枪起弧； 在焊枪 1达到初始焊接位置和焊接角度后， 即可准备 焊接；

3) 驱动所述圆管件 5转动， 以完成第一道焊缝的焊接； 4) 所述焊枪 1 自动地轴向移动到下一道焊缝的焊接位置， 调节好焊 接角度， 并完成下一道焊缝的焊接； 其中， 在所述焊接控制系统 判断完成第一道焊缝的焊接后， 可自动控制所述焊枪自动地轴向

(即图 1中的 X轴方向） 移动到下一道焊缝的焊接位置， 并完成 下一道焊缝的焊接；

5) 重复步骤 4)， 直至完成所述圆周焊缝的每道焊缝焊接。

以上分道焊接的过程， 通过控制焊枪在圆管件 5的轴向 （图 1中的 X 轴方向） 的自动移动即可自动实现所述分道焊接。

而在进行分层焊接时， 在焊接过程中， 通过调节所述焊枪 1相对于所 述圆管件 5的径向位置， 实现圆周焊缝的分层焊接。 圆管件 5的径向位置 即图 1中的 Y或 z轴方向， 由于焊枪 1一般地处于圆管件轴线的正上方， 因而一般地焊枪的抬枪方向在 Z轴方向上， 但焊枪也可在 Y轴或 Z轴或其 它任意径向方向进行径向位移， 以完成分层焊接。

其中， 所述分层焊接过程可包括：

a) 调节好焊枪 1相对于所述圆管件 5的初始焊接位置和焊接角度； b) 焊枪 1起弧并驱动所述圆管件 5转动；

c) 在第一层焊缝上通过所述分道焊接进行一道或 多道焊缝的焊接， 以完成该层焊缝的焊接； 其中， 由于焊接前圆管件 5焊接处形成 焊接坡口， 因而作为所需焊接焊缝的底层的第一层焊缝， 一般只 需焊接一道焊缝即可， 而越往上的焊接层， 焊缝越宽， 所需焊接 的道数则越多。

d) 完成第一层焊缝的焊接后， 所述焊枪 1 自动提枪， 径向移动到下 一层焊缝的第一道焊缝的焊接位置， 调节好焊接角度， 并通过所 述分道焊接完成所述下一层焊缝的焊接；

e) 重复步骤 d)， 直至完成所述圆周焊缝的每层焊缝焊接。

在进行上述的自动焊接过程中， 都是通过焊接控制系统自动控制焊枪 的位置移动以完成焊接。 其中也可暂停所述自动焊接过程， 并通过操作所 述焊接控制系统来调整焊枪的焊接角度或位置 ， 以实现自动焊接过程中的 人工干预。

在本实施方式中， 以形成桁架臂的组合焊接为例， 所述圆管件 5 为尺 寸和所占空间均较大的弦杆， 通过焊接使弦杆与耳铰或支座接合而形成桁 架臂。 如前所述， 在弦杆的壁厚方向上需要分多层焊接。 因而优选地， 在 对所述作为圆管件的弦杆的焊接过程中， 在所述圆管件 5 的圆管壁的壁厚 方向上采用分层焊接， 并且在每层的所述圆管件 5 的轴线方向上采用分道 焊接。 因而相应地通过所述焊接机头调节所述焊枪在 所述圆管件的圆管壁 的壁厚方向上的焊接位置， 以实现所述分层焊接； 通过所述焊接机头调节 所述焊枪在所述圆管件的轴线方向上的焊接位 置， 以实现所述分道焊接。

在焊接时， 由于圆管件 5 圆周表面的不均衡性， 在焊接时旋转的圆管 件 5不可避免地会存在跳动， 从而影响焊接质量。 因此， 在自动焊接过程 中， 可使用焊枪跟踪机构 3来避免所述圆管件 5产生径向跳动。 与所述焊 接机头 2固定连接的焊枪跟踪机构 3的滚动压轮 4通过张紧机构施加的张 紧力紧压在圆管件 5表面， 以防止圆管件 5跳动， 保证焊接位置精准。 并 且， 在焊接过程中， 当所述焊枪 1 在进行所述圆周焊缝的焊接时， 所述焊 枪 1可跟随所述焊枪跟踪机构 3的位置移动。 也就是说， 当圆管件 5表面 存在凸凹不平时， 由于滚动压轮 4与焊接机头 2固定连接， 从而焊枪 1能 跟随滚动压轮 4做出相应的位置调整， 使焊接精准定位， 焊接质量更优。

此外， 在焊接过程中， 为保证所焊接的焊缝质量好， 符合机械性能要 求， 需要实时检测所述圆管件外周面上的检测点的 温度。 优选地， 所述检 测点与所述圆周焊缝的中点之间的轴向距离为 75-100mm即可。并且，还可 根据上述检测点的温度来控制所述焊枪的启焊 和停焊， 使检测点的温度保 持在 100° -200° 的范围内， 可获得更佳机械性能的圆周焊缝。 特别地， 在 进行焊接之前， 应对所述圆管件的焊接部位进行预热， 使得该焊接部位的 温度达到焊接时的温度为佳。

另外， 当在同一圆管件 5上同时需要进行若干圆周焊缝的焊接时， 一 般需要依次进行焊接， 这样不仅需要移动并重新安装定位圆管件 5 或自动 焊机， 更难以保证所述若干圆周焊缝的焊接质量。 而使用本发明中提出的 自动焊接方法， 可在圆管件 5上具有需要进行圆周焊缝焊接的若干焊接处� � 为每处所述焊接处配置一台自动焊机， 该自动焊机采用上述的圆周焊缝的 自动焊接方法， 通过设置所述自动焊机的焊接控制系统， 使得自动焊机能 够同步地进行所述圆周焊缝的自动焊接， 从而实现对所述圆管件 5 的同步 焊接。 在使自动焊机同步进行自动焊接时， 可将每台焊接的焊接控制系统 设置成同步， 即设定的相同的初始焊接位置和初始焊接角度 ， 并同时驱动 各自的焊接机头 2以进行自动焊接过程， 最后同步完成所述圆管件 5的若 干圆周焊缝的焊接。 这样焊接后的多处圆周焊缝可具有大致相同的 机械性 能等。 当然， 在每台自动焊机的焊接控制系统为相同控制系 统并且能够集 成的情况下， 比如所述焊接控制系统为 PLC控制系统时， 可开发所述 PLC 控制系统使多个所述 PLC控制系统集成为一个总的焊接控制系统， 从而可 由一个总的焊接控制系统来同步控制多台自动 焊机， 实现若干圆周焊缝的 同步焊接。

根据本发明的自动焊接方法， 自动调节焊枪 1 的焊接位置和焊接角度 时， 由于焊枪 1是不发生旋转的， 因而对焊枪 1的自动控制相对容易而且 控制程序也更简单。 在本实施方式中， 通过自动焊机的焊接控制系统 （未 显示） 自动控制焊接机头 2 内的焊接位置调节机构和焊接角度调节机构， 从而自动调节所述焊枪 1 在三维方向上的焊接位置和焊接角度， 使得在自 动焊接过程中可实现焊枪 1 的自动提枪， 从而自动完成圆周焊缝的焊接。 这种自动焊接方式尤其适用于多层多道的圆周 焊缝焊接， 不仅能够增加焊 接效率， 更能提高焊接精度。

上文通过具体的实施方式对本发明的圆周焊缝 的自动焊接方法进行了 详细的说明， 但是其仅仅是说明性的， 而非限制性的， 在本发明所公开的 范围之内， 本领域普通技术人员容易想到其他多种变形或 替代方式。

需要说明的是， 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方 式， 但 是， 本发明并不限于上述实施方式中的具体细节， 在本发明的技术构思范 围内， 可以对本发明的技术方案进行多种简单变型或 替换， 这些简单变型 或替换均属于本发明的保护范围。