一种焊结件焊缝全焊透焊接装置及其焊接方法与流程

本发明涉及全焊透焊接领域，尤其是涉及一种焊结件焊缝全焊透焊接装置及其焊接方法。

背景技术：

目前，焊接机器人对焊接件全熔透焊缝进行焊接技术的工作流程及方法，先焊一侧，打底焊，填充焊，盖面焊，再翻身准备焊反面一侧，进行清根，打底焊，填充焊，盖面焊。一是现在焊接的焊接件焊缝经常发生焊缝未熔合；二是熔合后又存在反面坡口成形差，要清根处理后才能施焊，现技术方法的工效低、质量合格率低、成本高。且反面清根一般用碳弧气刨进行清根处理，清除正面焊接产生的焊接缺陷。用碳弧气刨进行清根处理，焊接工作程序多、周期长,不仅增加焊材成本和能耗,而且焊接变形大，生产效率低，噪音大，工人操作环境差。

中国专利cn104923894b“大型h型钢全熔透角焊缝免清根焊接工艺”本发明涉及一种大型h型钢焊接成型工艺，对于腹板厚度为40～45mm，翼板厚度为50～55mm的h型钢进行全熔透角焊缝免清根组对焊接，其腹板采用双面坡口，无钝边，双面坡口均采用上部为v型坡口和底部为圆弧u型坡的组合坡口，再进行坡口加工并通过坡口校验板校验，进而对腹板与翼板的组对和焊接，采用翼板与腹板组对焊接，翼板对焊缝遮挡不严，容易造成反面有微量的焊接缺陷，即使不容易观察到微量的焊接缺陷，也会影响反面的焊接质量，还需要考虑如何让放置翼板才能够实现不需要反面清根情况，虽然该焊接工艺简单，但是也会存在部分缺陷，需要多年的工作经验才能够很好的使用该焊接工艺。

中国专利cn110666312a“h型钢全熔透免清根焊接工艺”s1、选材：根据设计图上h型钢的翼板和腹板的尺寸在板材上进行放样下料切割出翼板和腹板；s2、腹板坡口的加工：对腹板进行坡口加工，坡口形式为坡口角度为45°的k型对称坡口，腹板钝边为5～8mm，坡口切割完毕后清理坡口表面的氧化皮、铁锈和油污，再打磨出金属光泽；s3、h型钢的组立：将腹板与翼板组立在一起，控制组对间隙为0-1mm，用焊机对腹板与翼板进行点焊固定；s4、将点焊固定好的h型钢放置在焊接胎架上，使得腹板与水平面的夹角呈15°～25°；s5、焊接。在实际使用过程中该方法难以掌握将腹板与翼板组立在一起的0-1mm的间隙，相当于将腹板与翼板紧密贴合焊接，这种焊接完全只对表面进行焊接，焊接的强度远远不够。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种焊结件焊缝全焊透焊接装置及其焊接方法，解决反面清根方法的工效低、质量合格率低、成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种焊结件焊缝全焊透焊接装置，第一焊接母材和第二焊接母材焊缝一侧设有衬垫，衬垫与第一焊接母材和第二焊接母材焊缝接触；

还设有焊接底板，焊接底板上设有至少两个夹紧装置，第一焊接母材设在焊接底板上，第一焊接母材通过夹紧装置夹紧，焊接底板一侧设有竖向夹具，第二焊接母材设在竖向夹具上，竖向夹具通过支撑柱设置在焊接底板上，竖向夹具与支撑柱转动连接。

优选方案中，还设有底板，底板上设有焊接机械手，焊接机械手一侧设有双轴焊接底座，所述焊接底板设在双轴焊接底座上，底板一侧设有控制中心和驱动电箱，驱动电箱与控制中心电连接，控制中心与焊接机械手和双轴焊接底座电连接，底板另一侧设有控制开关，控制开关与控制中心电连接。

优选方案中，底板下方设有多个可以调节的支撑脚。

优选方案中，焊接底板包括置物板，置物板一侧第一侧定位板，第一侧定位板一侧设有气动夹具，置物板另一侧设有气动翻转夹具。

优选方案中，气动翻转夹具包括夹头，夹头通过多个连杆与第二气缸伸缩端铰接，第二气缸与铰接座铰接；

第二气缸伸缩带动夹头翻转夹紧或者松开。

优选方案中，竖向夹具包括第一气缸，第一气缸端部设有第二侧定位板，第一气缸伸缩杆端部设有压紧板，第一气缸通过转轴与支撑柱端部转动连接，所述转轴端部设有角度刻度盘。

优选方案中，支撑柱端部设有收缩缝，收缩缝与支撑柱端部轴孔连通，收缩缝上设有贯穿的锁紧螺母，锁紧螺母端部设有锁紧手把。

优选方案中，支撑柱上设有衬垫收缩装置，衬垫设在衬垫收缩装置上，衬垫收缩装置包括挤压输送的驱动轮和从动轮，衬垫设在驱动轮和从动轮之间，驱动轮与电机连接，驱动轮一侧设有多个导向环，衬垫与导向环滑动连接；

驱动轮另一侧设有清理环，衬垫穿过清理环内部，所述清理环内表面周圈均匀设有多根刷毛。

优选方案中，衬垫为圆形、或者为多边形，衬垫的材料为陶瓷，或者为石英，或者为微晶玻璃，或者为特氟隆。

包括母材安装方法和全焊透方法，材安装方法包括：

s1、将第一焊接母材放置在焊接底板上，第一焊接母材抵靠在第一侧定位板上进行侧定位，通过气动夹具和气动翻转夹具夹紧第一焊接母材；

s2、第二焊接母材抵靠在第一气缸上的第二侧定位板上进行侧定位，通过压紧板压紧第二焊接母材；

s3、再选择第二焊接母材，使整个竖向夹具在支撑柱上旋转，通过角度刻度盘来选择旋转的角度，旋转合适角度后，通过旋转锁紧手把锁紧竖向夹具的角度位置，松开竖向夹具调整第二焊接母材与第一焊接母材之间的焊缝距离；

s4、焊缝距离调节完成后，竖向夹具夹紧第二焊接母材，衬垫收缩装置的衬垫滑出，通过调节固定座的安装位置来调节衬垫，使衬垫抵靠在第一焊接母材和第二焊接母材的焊缝位置一侧；

s5、焊接第一焊接母材和第二焊接母材后，衬垫通过衬垫收缩装置缩回，卸下第一焊接母材和第二焊接母材，开始第二轮的焊接；

全焊透方法包括：

a1、对第一焊接母材和第二焊接母材超声波探伤合格，不得有未熔合、气孔、夹渣、咬边、焊瘤、焊角高度及焊缝隙宽度不合格缺陷；

a2、确定焊缝坡口，第一焊接母材和第二焊接母材为k形坡口或x形坡口；

a3、选择圆形衬垫粘在k形坡口大坡口侧，圆形衬垫直径为5-10mm；

a4、根据焊接电流×焊接电压÷焊结速度等于线能量的焊接原理，确定焊接电流、焊接电压、焊接速度，打底焊：300～320a，30～32v，30～36cm/min、填充焊：280～300a，30～32v，30～36cm/min、盖面焊：280～300a，30～32v，30～36cm/min；

a5、先焊一侧，步骤依次为打底焊、填充焊、盖面焊，再翻身准备焊反面一侧，先将衬垫拆卸掉，并对焊缝坡口用风枪进行表面清理，再进行打底焊，填充焊，盖面焊，焊接完成后去应力。

本发明提供了一种焊结件焊缝全焊透焊接装置及其焊接方法，采用园条形陶瓷垫条、改进焊接工艺参数并进行自动控制焊接，实现焊接机器人对焊接件焊缝进行全焊透的目的。操作简单，质量可靠、减少清根、提升工效，根据焊接件的特点及焊缝技术质量要求，设计确定焊缝坡口、选择陶瓷垫条、明确焊接顺序和焊道、确定焊接工艺参数、采用焊接机器人进行控制焊接，可以保证焊接件打底焊的质量、形成另一侧适宜的焊缝坡口形状，减少焊缝另一侧面的清理焊缝根部的工作，进行打底焊接、填充焊接、盖面焊接，有效的达到全焊透焊缝的技术质量要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明总体结构图；

图2是本发明双轴焊接底座与母材安装结构图a；

图3是本发明双轴焊接底座与母材安装结构图b；

图4是本发明母材与衬垫安装结构图；

图5是本发明母材与衬垫安装主视结构图；

图6是本发明第一焊接母材安装在焊接底板结构图；

图7是本发明第一焊接母材安装在焊接底板气动翻转夹具打开结构图；

图8是本发明第二焊接母材安装结构图；

图9是本发明竖向夹具结构图a；

图10是本发明竖向夹具结构图b；

图11是本发明衬垫收缩装置与衬垫安装结构图；

图12是本发明衬垫收缩装置结构图；

图中：控制中心1；驱动电箱2；焊接机械手3；焊枪301；双轴焊接底座4；第一焊接母材5；第二焊接母材6；控制开关7；底板8；支撑脚9；竖向夹具10；支撑柱1001；第一气缸1002；第二侧定位板1003；压紧板1004；锁紧手把1005；收缩缝1006；角度刻度盘1007；气动夹具11；衬垫12；气动翻转夹具13；夹头1301；第二气缸1302；铰接座1303；焊接底板14；第一侧定位板1401；置物板1402；衬垫收缩装置15；固定座1501；电机1502；驱动轮1503；导向环1504；清理环1505；从动轮1506。

具体实施方式

实施例1

如图1~12所示，一种焊结件焊缝全焊透焊接装置，第一焊接母材5和第二焊接母材6焊缝一侧设有衬垫12，衬垫12与第一焊接母材5和第二焊接母材6焊缝接触，本方案优选圆形陶瓷垫条，圆形陶瓷垫条垫在第一焊接母材5和第二焊接母材6焊缝一侧，如图4-5所示结构，减少焊缝另一侧面的清理焊缝根部的工作，使另一面焊接的步骤更为简单，不需要对另一面位置进行有效的清根工作。

还设有焊接底板14，焊接底板14上设有至少两个夹紧装置，第一焊接母材5设在焊接底板14上，第一焊接母材5通过夹紧装置夹紧，焊接底板14一侧设有竖向夹具10，第二焊接母材6设在竖向夹具10上，竖向夹具10通过支撑柱1001设置在焊接底板14上，竖向夹具10与支撑柱1001转动连接。焊接底板14用于夹紧第一焊接母材5，竖向夹具10用于夹紧第二焊接母材6，其中竖向夹具10可以旋转第二焊接母材6的角度，实现多角度的焊接，焊接底板14适用于批量焊接第一焊接母材5和第二焊接母材6。

优选方案中，还设有底板8，底板8上设有焊接机械手3，焊接机械手3一侧设有双轴焊接底座4，所述焊接底板14设在双轴焊接底座4上，底板8一侧设有控制中心1和驱动电箱2，驱动电箱2与控制中心1电连接，控制中心1与焊接机械手3和双轴焊接底座4电连接，底板8另一侧设有控制开关7，控制开关7与控制中心1电连接。如图1-3所示结构，根据焊接件轮廓尺寸、焊缝尺寸，焊缝特点、焊丝、焊接电流、焊接电压、焊接速度确定焊接机械手3设备，通过驱动电箱2供电，利用控制中心1控制焊接机械手3的焊接行程来对双轴焊接底座4上的第一焊接母材5和第二焊接母材6进行效的焊接，其中双轴焊接底座4可以多方位旋转角度，使用不同的焊接母材，控制开关7控制焊接机械手3的运行和关闭，也有急停的功能。

优选方案中，底板8下方设有多个可以调节的支撑脚9。通过条件支撑脚9可以使底板8保持平衡。

优选方案中，焊接底板14包括置物板1402，置物板1402一侧第一侧定位板1401，第一侧定位板1401一侧设有气动夹具11，置物板1402另一侧设有气动翻转夹具13。气动夹具11和气动翻转夹具13用于夹紧母材，为了方便取出母材，采用至少一个气动翻转夹具13来实现压紧，方便取下母材，其中第一侧定位板1401主要用于对母材的一侧进行侧面定位，使母材整体焊接的平整度高，母材整洁，如图7所示结构，气动翻转夹具13翻转后，气动夹具11升起，则可以取下母材。

优选方案中，气动翻转夹具13包括夹头1301，夹头1301通过多个连杆与第二气缸1302伸缩端铰接，第二气缸1302与铰接座1303铰接；

第二气缸1302伸缩带动夹头1301翻转夹紧或者松开。如图6-7所示结构，气动翻转夹具13通过第二气缸1302驱动使夹头1301翻转压紧或者松开。

优选方案中，竖向夹具10包括第一气缸1002，第一气缸1002端部设有第二侧定位板1003，第一气缸1002伸缩杆端部设有压紧板1004，第一气缸1002通过转轴与支撑柱1001端部转动连接，所述转轴端部设有角度刻度盘1007。如图9-10所示结构，竖向夹具10与支撑柱1001端部转动连接，为了更好的显示转动角度，刻度盘1007与支撑柱1001上的箭头参照，可以看出竖向夹具10的旋转角度，且第二侧定位板1003与第一侧定位板1401平齐，使母材更好的侧定位，第一气缸1002也是伸缩压紧母材。

优选方案中，支撑柱1001端部设有收缩缝1006，收缩缝1006与支撑柱1001端部轴孔连通，收缩缝1006上设有贯穿的锁紧螺母，锁紧螺母端部设有锁紧手把1005。转动锁紧手把1005，锁紧手把1005使收缩缝1006锁紧，来锁紧竖向夹具10的转轴的目的。

优选方案中，支撑柱1001上设有衬垫收缩装置15，衬垫12设在衬垫收缩装置15上，衬垫收缩装置15包括挤压输送的驱动轮1503和从动轮1506，衬垫12设在驱动轮1503和从动轮1506之间，驱动轮1503与电机1502连接，驱动轮1503一侧设有多个导向环1504，衬垫12与导向环1504滑动连接，驱动轮1503另一侧设有清理环1505，衬垫12穿过清理环1505内部，所述清理环1505内表面周圈均匀设有多根刷毛。衬垫收缩装置15能够自动放置衬垫12，使衬垫12滑动伸出或者收缩，当焊接反面的时候，利用驱动轮1503和从动轮1506的挤压，使整个衬垫12缩回，再利用清理环1505钢丝刷毛对衬垫12表面进行清渣处理，使衬垫12能够循环使用，使焊接的效果更好。

优选方案中，衬垫12为圆形、或者为多边形，衬垫12的材料为陶瓷，或者为石英，或者为微晶玻璃，或者为特氟隆。本方案优选圆形衬垫12，衬垫12的材料优选陶瓷。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1~12所示，将第一焊接母材5放置在焊接底板14上，第一焊接母材5抵靠在第一侧定位板1401上进行侧定位，通过气动夹具11和气动翻转夹具13夹紧第一焊接母材5。

第二焊接母材6抵靠在第一气缸1002上的第二侧定位板1003上进行侧定位，通过压紧板1004压紧第二焊接母材6。

再选择第二焊接母材6，使整个竖向夹具10在支撑柱1001上旋转，通过角度刻度盘1007来选择旋转的角度，旋转合适角度后，通过旋转锁紧手把1005锁紧竖向夹具10的角度位置，松开竖向夹具10调整第二焊接母材6与第一焊接母材5之间的焊缝距离。

焊缝距离调节完成后，竖向夹具10夹紧第二焊接母材6，衬垫收缩装置15的衬垫12滑出，通过调节固定座1501的安装位置来调节衬垫12，使衬垫12抵靠在第一焊接母材5和第二焊接母材6的焊缝位置一侧。

焊接第一焊接母材5和第二焊接母材6后，衬垫12通过衬垫收缩装置15缩回，卸下第一焊接母材5和第二焊接母材6，开始第二轮的焊接。

实施例3

结合实施例1或实施例2进一步说明，如图1~12所示，全焊透方法包括：对第一焊接母材5和第二焊接母材6超声波探伤合格，不得有未熔合、气孔、夹渣、咬边、焊瘤、焊角高度及焊缝隙宽度不合格缺陷。

确定焊缝坡口，第一焊接母材5和第二焊接母材6为k形坡口或x形坡口。

选择圆形衬垫12粘在k形坡口大坡口侧，圆形衬垫12直径为5-10mm。

根据焊接电流×焊接电压÷焊结速度等于线能量的焊接原理，确定焊接电流、焊接电压、焊接速度，打底焊：300～320a，30～32v，30～36cm/min、填充焊：280～300a，30～32v，30～36cm/min、盖面焊：280～300a，30～32v，30～36cm/min。

先焊一侧，步骤依次为打底焊、填充焊、盖面焊，再翻身准备焊反面一侧，先将衬垫12拆卸掉，并对焊缝坡口用风枪进行表面清理，再进行打底焊，填充焊，盖面焊，焊接完成后去应力。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。