薄壳车体自动焊接装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄壳车体自动焊接装置及方法，装置包括：龙门架式焊接机器人，设置在焊接机器人侧方的升降式头尾架式变位器，安装于变位器之间的翻转架，以及控制焊接机器人、变位器工作的控制机构；方法包括：先对焊缝间隙大于1mm的焊缝进行封底焊，然后进行填充焊，再旋转升降式头尾架式变位器，将车体顶部/左侧/底部/头部/右侧/尾部置于水平位置，对相应焊缝进行焊接。本发明的有益之处在于：本发明的装置能够满足多种车型的多种形式焊缝的自动化焊接，并可实现车体外部绝大部分焊缝的连续焊接，生产效率大大提高；本发明的焊接方法不仅焊接的焊缝质量较高，而且焊接速度快，热输入小，焊接变形小，为后续的装配提供了保证。
【专利说明】薄壳车体自动焊接装置及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种焊接装置及方法，具体涉及一种薄壳车体自动焊接装置及方法，属于焊接【技术领域】。
【背景技术】
[0002]一些大型复杂薄壳车体通常采用高强钢制成，高强钢壳体结构普遍采用焊接装配，所以焊缝的性能就直接为大型壳体结构部件的焊后服役寿命问题提供了初始边界条件，其焊缝可靠性问题一直是困扰大型复杂薄壳车体制造的主要问题。
[0003]车体外部主焊缝是指车辆制造过程中，需要对车体外部焊缝进行满焊，目前已经实现对车外长直焊缝的自动焊接。而有些焊缝较为复杂，实现自动化相对困难，故而使用焊丝进行半自动气体保护焊接，部分位置仍采用不锈钢焊条手工焊接，以上两种焊接方法存在的弊端是对焊接工人的依赖程度较高，对操作工人的熟练程度要求较高，否则焊接的车体焊缝质量参差不齐，且外观一致性较差；使用焊条进行焊接容易造成焊条的浪费，不能充分应用。因此必须考虑提高车体自动焊覆盖率。
[0004]机器人自动化焊接具有填充效率高、可实现焊缝的自动跟踪和控制、焊接自动化程度高、对操作工人依赖性低、减轻对环境的污染、避免有害气体对人体的危害等人工焊接无可比拟的优势，对于复杂焊接结构的车体，焊接机器人不仅能够连续且稳定地进行复杂的焊接，而且还具备自动原点定位、焊缝自动跟踪、多层焊接补偿、自动摇摆及波动动作和外部轴协调联动控制等辅助功能。与人相比，机器人在焊缝与焊缝间移动速度高，焊接质量更加稳定且焊接速度快，产量将得到很大的提升，此外机器人焊接还可以通过加大电流、提高电压和加快焊接速度来进一步提高焊接生产率。因此如果将自动焊覆盖率提高，会对车体质量、外观有更大的提闻。
【发明内容】
[0005]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提高焊接质量和焊接速度并且可最大程度实现连续焊接的薄壳车体自动焊接装置及方法。
[0006]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种薄壳车体自动焊接装置，其特征在于，包括:龙门架式焊接机器人，设置在前述龙门架式焊接机器人侧方的升降式头尾架式变位器，安装于前述升降式头尾架式变位器之间的翻转架，以及控制前述焊接机器人、变位器工作的控制机构；前述升降式头尾架式变位器采用液压升降机构进行升降，旋转范围为±185° ;前述翻转架采用框架式结构，底部镂空。
[0008]前述的薄壳车体自动焊接装置，其特征在于，还包括:与前述龙门架式焊接机器人配合的送丝机。
[0009]前述的薄壳车体·自动焊接装置，其特征在于，前述升降式头尾架式变位器的尾架的液压升降机构能够沿水平方向移动并且使工件前后倾斜15°。[0010]一种薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0011](I)清理车体待焊部位的油污、铁锈及影响焊接质量的杂物；
[0012](2)将待焊的车体吊放在升降式头尾架式变位器之间的翻转架上，定位后夹紧车体；
[0013](3)打开焊接用富氩混合气体气源，前述混合气体含90%Ar、10%C02，调节气体流量待用；
[0014](4)将焊丝安装到送丝机上，并送入龙门架式焊接机器人的焊枪中待用；
[0015](5)按技术文件所示焊缝及位置，先对焊缝间隙大于Imm的焊缝进行封底焊，然后进行填充焊；
[0016](6)旋转升降式头尾架式变位器，将车体顶部置于水平位置，对车体顶部焊缝进行焊接；
[0017](7)旋转升降式头尾架式变位器，将车体左侧置于水平位置，对左下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接；
[0018](8)旋转升降式头尾架式变位器，将车体底部置于水平位置，对车体底部焊缝进行焊接；
[0019](9)旋转升降式头尾架式变位器，将车首抬起30°，对前下斜甲板与前下弧甲板焊缝、前下斜甲板与两侧垂直甲板焊缝进行焊接；
[0020](10)旋转升降式头尾架式变位器，将车体右侧置于水平位置，对右下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接；
[0021](11)旋转升降式头尾架式变位器，将车体尾部置于水平位置，对车体尾部焊缝进行焊接；
[0022](12)龙门架式焊接机器人归零位，对焊缝自检和修磨，清理焊缝后将车体从翻转架上卸下。
[0023]前述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，前述富氩混合气体气源的气体流量为 15-25L/min。
[0024]前述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，前述焊丝伸出焊枪的长度为10_20mm。
[0025]前述的薄壳车体自动焊接方法,其特征在于,在步骤(5)中，封底焊焊接工艺参数为:电流90-180A，电压19-30V，填充焊焊接工艺参数为:电流220-280A，电压26-36V。
[0026]前述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(5)中，封底焊和填充焊所使用的焊丝为H08Mn2SiA。
[0027]前述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(6 )至步骤(11)中，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0028]前述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(6 )至步骤(11)中，焊接所使用的焊丝为ER307Si。
[0029]本发明的有益之处在于:本发明的自动焊接装置能够满足多种车型的多种形式焊缝的自动化焊接，并且可以实现车体外部绝大部分焊缝的连续焊接，生产效率大大提高；本发明的焊接方法不仅焊接的焊缝质量较高，焊缝连续且美观，基本无飞溅，而且焊接速度快，热输入小，焊接变形小，为后续的装配工序的顺利进行提供了保证。【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明的薄壳车体自动焊接装置的一个具体实施例的结构示意图；
[0031]图2是图1中翻转架的机构示意图；
[0032]图3是图1中的待焊车体的顶面的焊接示意图；
[0033]图4是图1中的待焊车体的底面的焊接示意图；
[0034]图5是图1中的待焊车体的侧面的焊接示意图；
[0035]图6是图1中的待焊车体的后面的焊接示意图。
[0036]图中附图标记的含义:1-龙门架式焊接机器人，2-升降式头尾架式变位器，3-翻转架，4-待焊车体，图3至图6中带有垂直短线焊缝为龙门架式焊接机器人焊接的焊缝。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0038]首先介绍本发明的薄壳车体自动焊接装置。
[0039]参照图1和图2，本发明的薄壳车体自动焊接装置包括:龙门架式焊接机器人I，设置在龙门架式焊接机器人I侧方的升降式头尾架式变位器2，安装于升降式头尾架式变位器2之间的翻转架3，以及控制焊接机器人、变位器工作的控制机构(未图示)。其中，升降式头尾架式变位器2采用液压升降机构进行升降，可实现多种型号的待焊车体4装卡及翻转，旋转范围为±185°，采用交流伺服技术，可自由编程；翻转架3采用框架式结构，底部镂空，使待焊车体4底部全部露出，实现了底甲板全位置焊接，除齿轮室和诱导轮支架外，其它车体外部焊缝全部处于机器人的工作范围内；控制机构是一个微电脑处理芯片，由它实现数字化焊接过程控制，其主要特征为具有机器人接口。
[0040]焊接机器人优选采用德国KUKA机器人，其为6轴旋转关节式设计，每个轴臂都采用坚固的铸铝结构。倾斜式主轴设计，各关节的高自由度以及短小灵活的轴臂为此机器人的主要特点，即使对于难于接近的位置，仍然可以保证其很大的工作范围和最佳的焊接角度。承重15kg,重复定位精度±0.01mm。机械手、控制柜和滑轨系统的控制和定位实现全数字化控制，通过总线进行数据交换。
[0041]作为一种优选的方案，薄壳车体自动焊接装置还包括送丝机(未图示)，送丝机与龙门架式焊接机器人I配合。送丝机的送丝速度为0.5-24m/min,送丝轮适应直径1.0mm>
1.2mm 和 1.6mm 焊丝。
[0042]作为一种优选的方案，升降式头尾架式变位器2的尾架的液压升降机构能够沿水平方向移动并且使工件前后倾斜15°，保证了车头和车尾及侧面焊缝处于较佳焊接位置，尽量避免了爬坡焊和立焊，保证了焊接质量。
[0043]接下来，介绍本发明的薄壳车体自动焊接方法。
[0044]本发明的薄壳车体自动焊接方法包括以下步骤:
[0045]1、清理车体待焊部位的油污、铁锈及影响焊接质量的杂物。
[0046]2、将待焊的车体吊放在升降式头尾架式变位器之间的翻转架上，定位后夹紧车体。
[0047]3、打开焊接用富氩混合气体气源，混合气体含90%Ar、10%C02，Ar的纯度不小于99.99%，CO2的纯度不小于99.5%。调节气体流量至15_25L/min，待用。
[0048]4、打开焊机电源，将直径1.2mm的H08Mn2SiA焊丝安装到送丝机上，并送入龙门架式焊接机器人的焊枪中，焊丝伸出焊枪的长度为10-20mm，待用。
[0049]5、打开机器人及变位器的电源，按技术文件所示焊缝及位置，先对焊缝间隙大于Imm的焊缝进行封底焊，封底焊焊接工艺参数为:电流90-180A，电压19-30V ;然后进行填充焊，填充焊的目的是使封底焊焊缝均匀，以保证机器人焊接焊缝成型美观，填充焊焊接工艺参数为:电流220-280A，电压26-36V。
[0050]6、打开机器人的焊机电源，将直径1.2mm的ER307Si焊丝安装到送丝机上，并送入龙门架式焊接机器人的焊枪中，焊丝伸出焊枪的长度为10-20mm。旋转升降式头尾架式变位器，将车体顶部置于水平位置，对车体顶部焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A,电压 23-36V。
[0051]7、旋转升降式头尾架式变位器，将车体左侧置于水平位置，对左下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0052]8、旋转升降式头尾架式变位器，将车体底部置于水平位置，对车体底部焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0053]9、旋转升降式头尾架式变位器，将车首抬起30°，对前下斜甲板与前下弧甲板焊缝、前下斜甲板与两侧垂直甲板焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0054]10、旋转升降式头尾架式变位器，将车体右侧置于水平位置，对右下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0055]11、旋转升降式头尾架式变位器，将车体尾部置于水平位置，对车体尾部焊缝进行焊接，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
[0056]12、龙门架式焊接机器人归零位，对焊缝自检和修磨，清理焊缝后将车体从翻转架上卸下。
[0057]图3、图4、图5和图6分别是图1中的待焊车体的顶面、底面、侧面和后面的焊接示意图，图中带有垂直短线的焊缝为龙门架式焊接机器人焊接的焊缝，由此可见，
[0058](I)采用本发明的自动焊接装置和焊接方法焊接薄壳车体时，车体外部主焊缝机器人焊接覆盖率可高达96%，并且焊缝外观成型良好；
[0059](2)本发明的自动焊接装置不仅能够焊接后甲板与顶甲板的搭接焊缝，而且能够焊接U形底甲板与大部件的对接焊缝以及底甲板底部焊缝，可满足多种车型的多种形式焊缝的自动化焊接；
[0060](3)采用本发明的自动焊接装置和焊接方法焊接薄壳车体时，可以实现车体外部绝大部分焊缝的连续焊接，生产效率大大提高；
[0061](4)焊接过程基本无飞溅，焊接速度快，热输入小，焊接变形小，为后续的装配工序的顺利进行提供了保证。
[0062]需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.薄壳车体自动焊接装置，其特征在于，包括:龙门架式焊接机器人，设置在所述龙门架式焊接机器人侧方的升降式头尾架式变位器，安装于所述升降式头尾架式变位器之间的翻转架，以及控制所述焊接机器人、变位器工作的控制机构；所述升降式头尾架式变位器采用液压升降机构进行升降，旋转范围为±185° ;所述翻转架采用框架式结构，底部镂空。
2.根据权利要求1所述的薄壳车体自动焊接装置，其特征在于，还包括:与所述龙门架式焊接机器人配合的送丝机。
3.根据权利要求1所述的薄壳车体自动焊接装置，其特征在于，所述升降式头尾架式变位器的尾架的液压升降机构能够沿水平方向移动并且使工件前后倾斜15°。
4.薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)清理车体待焊部位的油污、铁锈及影响焊接质量的杂物； (2)将待焊的车体吊放在升降式头尾架式变位器之间的翻转架上，定位后夹紧车体； (3)打开焊接用富氩混合气体气源，所述混合气体含90%Ar、10%C02,调节气体流量待用； (4)将焊丝安装到送丝机上，并送入龙门架式焊接机器人的焊枪中待用； (5)按技术文件所示焊缝及位置，先对焊缝间隙大于1_的焊缝进行封底焊，然后进行填充焊； (6)旋转升降式头尾架式变位器，将车体顶部置于水平位置，对车体顶部焊缝进行焊接; (7)旋转升降式头尾架式变位器，将车体左侧置于水平位置，对左下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接； (8)旋转升降式头尾架式变位器，将车体底部置于水平位置，对车体底部焊缝进行焊接; (9)旋转升降式头尾架式变位器，将车首抬起30°，对前下斜甲板与前下弧甲板焊缝、前下斜甲板与两侧垂直甲板焊缝进行焊接； (10)旋转升降式头尾架式变位器，将车体右侧置于水平位置，对右下垂直甲板与底甲板焊缝进行焊接； (11)旋转升降式头尾架式变位器，将车体尾部置于水平位置，对车体尾部焊缝进行焊接； (12)龙门架式焊接机器人归零位，对焊缝自检和修磨，清理焊缝后将车体从翻转架上卸下。
5.根据权利要求4所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，所述富氩混合气体气源的气体流量为15-25L/min。
6.根据权利要求4所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，所述焊丝伸出焊枪的长度为10_20mm。
7.根据权利要求4所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(5)中，封底焊焊接工艺参数为:电流90-180A，电压19-30V，填充焊焊接工艺参数为:电流220-280A，电压26-36V。
8.根据权利要求7所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(5)中，封底焊和填充焊所使用的焊丝为H08Mn2SiA。
9.根据权利要求4所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(6)至步骤(11)中，焊接工艺参数为:电流200-280A，电压23-36V。
10.根据权利要求9所述的薄壳车体自动焊接方法，其特征在于，在步骤(6)至步骤(11)中，焊接所使用的焊丝`为ER307Si。
【文档编号】B23K37/047GK103659137SQ201410005374
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】冯和永, 张宝东, 高金良, 陈泳, 郑晓萌, 李国强, 刘兴成, 耿景刚, 侯建, 李巍, 祝国荣, 刘长华, 李凤军, 李红文, 候锦毅, 郭殿军 申请人:北京北方车辆集团有限公司