专利名称：复合热源螺柱焊机器人焊接方法及其系统的制作方法
复合热源螺柱焊机器人焊接方法及其系统技术领域
本发明属于在钢、铝、铜基体上自动焊接钢、铝、铜等中大尺寸螺柱的特种焊接技术，特别是一种复合热源螺柱焊机器人焊接方法及其系统。
背景技术：
在船体船舱中、兵器装甲车辆车体内部、各种压力容器内外壁、桥梁及其它领域均广泛应用钢基体与钢、铝、铜螺柱的焊接，螺柱焊接涉及的领域日益广泛。随着现代工业的快速发展，螺柱的使用率越来越高，需要焊接的螺柱数量也随之增加。现代机械制造技术要求螺柱焊接应具有快速、可靠、简化、操作简便、降低成本等特点。
电弧螺柱焊接方法(陶瓷环保护式及焊剂或气体保护式电弧螺柱焊)广泛应用于直径Φ3 Φ20πιπι的螺柱，在中厚板工件上施焊，在造船、冶金炉窑及建筑工业等行业得到了广泛应用。手动螺柱焊焊接，生产率低，每分钟只能焊10个左右。
目前国内外采用的螺柱焊工艺方法和焊接装备在薄、中厚度(如12 16mm以下) 低碳钢使用效果良好，但对于大厚度板或碳当量很高的中薄钢板，电弧螺柱焊快速加热和急速冷却造成焊接接头极易产生裂纹、未熔合等缺陷，焊接质量不能保证，需要研究开发新型工艺方法，突破关键技术，解决中厚钢板螺柱焊接的技术难题。发明内容
本发明的目的在于提供一种复合热源螺柱焊机器人焊接方法及其系统，利用复合热源的优势进行厚大工件与螺柱的焊接，有效解决由热传导不均勻性引起的接头未熔合、 夹渣等焊接缺陷，解决中厚板高拘束度和高碳当量接头因快速加热和高速冷却产生的脆性组织及可能的冷裂纹缺陷，特别是便于基于机器人技术和自动螺柱焊枪的中大尺寸范围的不同中大厚与碳当量含量高的钢板的螺柱焊接。
实现本发明目的的技术解决方案为一种焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，当螺柱不需要焊后热处理时，其包括以下步骤
步骤1，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸运动将感应加热环放置到待焊螺柱工件的上方；
步骤2，感应焊机与冷却水循环系统开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；
步骤3，感应加热完毕后，气缸运动将感应加热环升离工件；
步骤4，焊接机器人运动将螺柱焊枪运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；
步骤5，启动螺柱焊枪，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，同时将感应加热环移动到焊接完成后的螺柱上方；
当螺柱需要焊后热处理时，还要进行如下处理
步骤6，气缸运动将感应加热环进给到需要焊后热处理的螺柱上方；
步骤7，启动感应焊机与冷却水循环系统对螺柱进行焊后热处理；
步骤8，热处理完毕后，气缸运动将感应加热环升离螺柱，焊接机器人移动将机头装置移离工件，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
一种实现上述焊接机器人复合热源螺柱焊接方法的系统，包括焊接机器人、机器人控制系统、螺柱焊电源、感应焊机、冷却水循环系统，焊接机器人与机器人控制系统连接， 螺柱焊接电源与机器人控制系统连接，感应焊机固定于焊接机器人的大臂上方，两者在作业工作中均接收机器人控制系统的控制信号，在焊接机器人手臂末端的法兰盘上固定焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置，该机头装置包括上连接板、导柱和气缸，导柱通过直线轴承与上连接板的一端固定，气缸通过螺纹套筒与上连接板固定，导柱和气缸的另一端分别与感应加热环固定装置固定安装，感应加热环固定安装于感应加热环固定装置上，焊枪连接件与上连接板的另一端连接，焊枪固定安装到焊枪连接件上，陶瓷环固定板通过导杆与焊枪连接安装，螺柱与焊枪的末端连接，所述的上连接板与焊接机器人手臂末端的法兰盘固定安装，冷却水循环系统与感应加热环连接，气缸、焊枪、感应加热焊机的控制均由机器人控制系统给出，并与机器人控制系统共同协同作用完成螺柱焊接作业。
本发明与现有技术相比，其显著优点1、是基于机器人技术的复合热源自动螺柱焊接；2、使用该装置可实现自动螺柱焊枪与机器人的有效整合；3、能够实现对中大厚板或碳当量含量很高的中薄钢板的螺柱焊接，焊接质量理想；4、能够对焊接后的螺柱与钢板进行焊后热处理，进一步提高焊接质量；5、螺柱焊接过程可实现自动化操作，效率明显提高。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置系统示意图。
图2是本发明的机头机械装置示意图。
图3是使用复合热源焊接的螺柱焊接效果图。
图4是未使用复合热源螺柱焊接的效果图。
具体实施方式
本发明针对机器人技术与螺柱焊枪的整合及解决大厚度或碳当量很高的中薄钢板的焊接问题设计了一套自动螺柱焊接焊枪与机器人的连接的机头，同时配备感应加热焊机，利用复合热源的优势进行厚大工件与螺柱的焊接，有效解决由热传导不均勻性引起的接头未熔合，夹渣等焊接缺陷，解决中厚板高拘束度和高碳当量接头因快速加热和高速冷却产生的脆性组织及可能的冷裂纹缺陷。本产品设计焊接机器人复合热源螺柱焊接机头的机械装置能实现机器人与螺柱焊枪的有效整合，同时配备的感应加热焊机可提供复合热源，对中大厚板或碳当量含量很高的中薄钢板的螺柱焊接进行焊前预热与焊后热处理，有效地实现了机器人与螺柱焊枪的整合，同时有效解决了中大厚板或碳当量含量很高的钢板的焊接问题。
结合图1，本发明焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，当螺柱11不需要焊后热处理时，其包括以下步骤
步骤1，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸3运动将感应加热环13放置到待焊螺柱工件的上方；
步骤2，感应焊机15与冷却水循环系统16开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；其中感应加热温度为600-650°C ；
步骤3，感应加热完毕后，气缸3运动将感应加热环13升离工件；
步骤4，焊接机器人运动将螺柱焊枪8运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；
步骤5，启动螺柱焊枪8，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
结合图1，本发明焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，当螺柱11需要焊后热处理时，其包括以下步骤
步骤1，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸3运动将感应加热环13放置到待焊螺柱工件的上方；
步骤2，感应焊机15与冷却水循环系统16开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；其中感应加热温度为600-650°C ；
步骤3，感应加热完毕后，气缸3运动将感应加热环13升离工件；
步骤4，焊接机器人运动将螺柱焊枪8运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；
步骤5，启动螺柱焊枪8，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，同时将感应加热环13移动到焊接完成后的螺柱11上方；
步骤6，气缸3运动将感应加热环13进给到需要焊后热处理的螺柱11上方；
步骤7，启动感应焊机15与冷却水循环系统16对螺柱11进行焊后热处理；其中热处理温度为300_400°C ；
步骤8，热处理完毕后，气缸3运动将感应加热环13升离螺柱11，焊接机器人移动将机头装置移离工件，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
本发明实现焊接机器人复合热源螺柱焊接方法的系统，包括焊接机器人、机器人控制系统、螺柱焊电源、感应焊机15、冷却水循环系统16，焊接机器人与机器人控制系统连接，螺柱焊接电源与机器人控制系统连接，感应焊机[15]固定于焊接机器人的大臂上方， 两者在作业工作中均接收机器人控制系统的控制信号，在焊接机器人手臂末端的法兰盘14 上固定焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置。焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置与感应焊机15都与机器人控制系统相连接，接收机器人控制系统的控制信号；其中焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置完成对自动螺柱焊枪的装夹与安装，感应加热环的装夹与安装，以及感应加热环的上下进给运动；感应焊机实现对中大厚板或碳当量含量很高的中薄钢板的焊前预热与焊后热处理。最后同过机器人的控制与协同作用完成待焊工件的焊接作业。
结合图2，焊接机器人复合热源螺柱焊接机头机械装置的结构如下机头机械装置包括上连接板1和导柱2、气缸3，导柱2通过直线轴承4与上连接板1的一端固定，气缸 3通过螺纹套筒5与上连接板1进行连接，导柱2与气缸3的另一端与感应加热环固定装置6固定安装，感应加热环13固定于感应加热环固定装置6上，焊枪连接件7与上连接板 1的另一端连接，焊枪8固定安装到焊枪连接件7上，螺柱11与焊枪8连接安装，导杆9下方固定安装陶瓷环固定板10，上连接板1最终与机器人手臂末端的法兰盘14固定安装。机头机械装置的工作原理如下在螺柱焊枪8的下方将螺柱11安装，将陶瓷环12安装固定于陶瓷环固定板10上，焊接开始后，机器人运动到待焊工件部位的上方，机器人系统发出控制信号，气缸3运动将感应加热环13放置与待焊加热工件部位，机器人发出控制信号，感应焊机开启，同时冷却水循环系统16同时打开，通过感应加热环13对工件进行加热，加热完毕后，机器人系统发出控制信号关闭感应焊机，同时机器人系统发出控制信号，气缸3运动将感应加热环13升离工件，机器人运动将焊枪8移至待焊工件部位，机器人系统发出控制信号，焊枪8开关开启进行螺柱11的焊接，焊接完成后，机器人移动将焊枪8移离工件，拆卸工件，进行下一轮的螺柱焊接。
该焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置基于机器人技术，采用机头机械装置实现自动螺柱焊枪的装夹与安装，感应加热环的装夹与安装，以及感应加热环的上下进给运动，通过与感应加热焊机的协同作用，实现中大厚板或碳当量含量很高的中薄钢板的焊接。 结合图1，本发明的工作过程如下当螺柱焊接过程不需要焊后热处理时，先将某一规格的钢螺柱和与该螺柱配套的陶瓷圈预先安装在螺柱焊枪的夹套上，然后机器人控制系统发出一系列的控制信号完成整个自动焊接过程，具体步骤如下(1)机械手运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸运动将感应加热环放置到待焊螺柱工件的上方；( 感应焊机与冷却水循环系统开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；C3)感应加热完毕后，气缸运动将感应加热环升离工件；(4)焊接机器人运动将螺柱焊枪运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；( 启动螺柱焊枪，完成工件的焊接，焊接完成后，机器人运动将整个装置移开，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
当螺柱焊接过程需要进行焊后热处理时，先将某一规格的钢螺柱和与该螺柱配套的陶瓷圈预先安装在螺柱焊枪的夹套上，然后机器人控制系统发出一系列的控制信号完成整个自动焊接过程，具体步骤如下(1)机械手运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸运动将感应加热环放置到待焊螺柱工件的上方；( 感应焊机与冷却水循环系统开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；C3)感应加热完毕后，气缸运动将感应加热环升离工件；(4)焊接机器人运动将螺柱焊枪运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；( 启动螺柱焊枪，完成工件的焊接，机器人运动将焊枪移离工件，同时将感应加热环移动到焊接完成后的螺柱上方；(6)气缸运动将感应加热环进给到需要焊后热处理的螺柱上方；(7)启动感应加热焊机与冷却水循环系统对螺柱进行焊后热处理；(8)热处理完毕后，气缸运动将感应加热环升离螺柱，机器人移动将装置移离工件，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
在该技术方案中，本发明中螺柱焊接机头的机械装置能够将机器人技术与螺柱焊接有效地进行整合，通过复合热源的加入，可对大中厚或碳当量含量很高的中厚钢板进行有效地螺柱焊接，焊接质量优良。同时，利用机器人技术的优良的定位功能，能够实现螺柱焊接的精准定位，从而完成更加精确地螺柱焊接。
下面以实施例来详细描述本发明的实现焊接机器人复合热源螺柱焊接方法。
实施例1。结合图1与图2，以直径19mm长度为52mm的螺柱在板厚60mm的钢板上进行自动螺柱焊为例焊接完成后需要进行焊后热处理。先将直径为19mm长度为52mm钢螺柱以及与该螺柱配套的陶瓷圈预先安装在螺柱焊枪与陶瓷环固定装置上。然后机器人控制系统发出一系列的控制信号完成整个自动焊接过程，具体步骤如下(1)机械人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸3运动将感应加热环13放置到待焊螺柱工件的上方；(2)感应焊机15与冷却水循环系统16开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热至600°C左右； (3)感应加热完毕后，气缸3运动将感应加热环13升离工件；(4)焊接机器人运动将螺柱焊枪8运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；( 启动螺柱焊枪8，完成工件的焊接， 焊接完成后，机器人运动将整个装置移开，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。使用本发明的装置及方法的焊接效果图见图3所示，对比未使用本发明的效果图见图4，从图中可知，本发明有效解决由热传导不均勻性引起的接头未熔合、夹渣等焊接缺陷，解决中厚板高拘束度和高碳当量接头因快速加热和高速冷却产生的脆性组织及可能的冷裂纹缺陷。
实施例2。结合图1，以直径19mm长度为52mm的螺柱在板厚60mm的钢板上进行自动螺柱焊为例焊接完成后需要进行焊后热处理。先将直径为19mm长度为52mm钢螺柱以及与该螺柱配套的陶瓷圈预先安装在螺柱焊枪与陶瓷环固定装置上。然后机器人控制系统发出一系列的控制信号完成整个自动焊接过程，具体步骤如下(1)机械人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸3运动将感应加热环13放置到待焊螺柱工件的上方；( 感应焊机 15与冷却水循环系统16开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热至600°C左右；( 感应加热完毕后，气缸3运动将感应加热环13升离工件；(4)焊接机器人运动将螺柱焊枪8运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；( 启动螺柱焊枪8，完成工件的焊接。(6)焊接机器人运动将感应加热环13移动到已焊接的螺柱上方，气缸3运动将感应加热环13运动至螺柱上，感应加热至300°C左右。焊接完成后，机器人运动将整个装置移开，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
权利要求
1.一种焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，其特征在于当螺柱(11)不需要焊后热处理时，其包括以下步骤步骤1，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸C3)运动将感应加热环(13)放置到待焊螺柱工件的上方；步骤2，感应焊机(1 与冷却水循环系统(16)开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加执.y 、人 步骤3，感应加热完毕后，气缸C3)运动将感应加热环(1 升离工件； 步骤4，焊接机器人运动将螺柱焊枪(8)运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方； 步骤5，启动螺柱焊枪(8)，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
2.根据权利要求1所述的焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，其特征在于步骤2中感应加热温度为600-650°C。
3.一种焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，其特征在于当螺柱(11)需要焊后热处理时，其包括以下步骤步骤1，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸C3)运动将感应加热环(13)放置到待焊螺柱工件的上方；步骤2，感应焊机(1 与冷却水循环系统(16)开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加执.y 、人 步骤3，感应加热完毕后，气缸C3)运动将感应加热环(1 升离工件； 步骤4，焊接机器人运动将螺柱焊枪(8)运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方； 步骤5，启动螺柱焊枪(8)，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，同时将感应加热环(1 移动到焊接完成后的螺柱(U)上方；步骤6，气缸( 运动将感应加热环(1 进给到需要焊后热处理的螺柱(11)上方； 步骤7，启动感应焊机(1 与冷却水循环系统(16)对螺柱(11)进行焊后热处理； 步骤8，热处理完毕后，气缸C3)运动将感应加热环(1 升离螺柱(11)，焊接机器人移动将机头装置移离工件，进行更换工件，进行下一个工件的焊接。
4.根据权利要求3所述的焊接机器人复合热源螺柱焊接方法，其特征在于步骤2中感应加热温度为600-650°C，步骤7中热处理温度为300-400°C。
5.一种实现权利要求1至4任意一项所述的焊接机器人复合热源螺柱焊接方法的系统，包括焊接机器人、机器人控制系统、螺柱焊电源、感应焊机(15)、冷却水循环系统(16)， 焊接机器人与机器人控制系统连接，螺柱焊接电源与机器人控制系统连接，感应焊机(15) 固定于焊接机器人的大臂上方，两者在作业工作中均接收机器人控制系统的控制信号，其特征在于在焊接机器人手臂末端的法兰盘(14)上固定焊接机器人复合热源螺柱焊接机头装置，该机头装置包括上连接板(1)、导柱( 和气缸(3)，导柱( 通过直线轴承(4)与上连接板(1)的一端固定，气缸C3)通过螺纹套筒( 与上连接板(1)固定，导柱( 和气缸 (3)的另一端分别与感应加热环固定装置(6)固定安装，感应加热环13固定安装于感应加热环固定装置(6)上，焊枪连接件(7)与上连接板(1)的另一端连接，焊枪(8)固定安装到焊枪连接件(7)上，陶瓷环固定板(10)通过导杆(9)与焊枪(8)连接安装，螺柱(1 与焊枪(8)的末端连接，所述的上连接板(1)与焊接机器人手臂末端的法兰盘(14)固定安装，冷却水循环系统(16)与感应加热环(1 连接，气缸(3)、焊枪(8)、感应加热焊机(15)的控制均由机器人控制系统给出，并与机器人控制系统共同协同作用完成螺柱焊接作业。
全文摘要
本发明公开了一种焊接机器人复合热源螺柱焊接方法及其系统，焊接机器人运动到待焊螺柱部位的工件上，气缸运动将感应加热环放置到待焊螺柱工件的上方；感应焊机与冷却水循环系统开启对该待焊螺柱部位工件进行感应加热；感应加热完毕后，气缸运动将感应加热环升离工件；焊接机器人运动将螺柱焊枪运动至待焊的已加热的螺柱部位的工件上方；启动螺柱焊枪，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接机器人运动将机头装置移开，同时将感应加热环移动到焊接完成后的螺柱上方；还可以对螺柱进行焊后热处理。本发明是基于机器人技术的复合热源自动螺柱焊接；使用该装置可实现自动螺柱焊枪与机器人的有效整合。
文档编号B23K9/20GK102489845SQ201110367019
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者张德库, 沈华, 王克鸿, 高志国 申请人:南京理工大学