一种船舶制造用焊接装置及方法与流程

1.本发明涉及船舶制造领域，具体是涉及一种船舶制造用焊接装置。本发明还涉及一种船舶制造用焊接方法。


背景技术：

2.船舶制造过程中需要大量管材的焊接，由于管材端部焊接轨迹为一个圆周，如果焊接顺序是从一个点经过一个圆周后回到原点，那么在一周上由于先后顺序的不同造成某些位置出现焊缝应力集中。
3.另外，焊接时，焊条的移动是两个动作的复合，一个是补偿焊条消耗的进给动作，另一个是沿焊接轨迹的移动，然而目前的自动化装置难于在管材圆形的轨迹上实现这样的复合动作，能实现的大多控制复杂。
4.还有，如果管材被磁化或焊接电流较大产生较大磁场，那么在焊接的时候容易造成焊接时的电弧不稳或偏斜，如果是钢板焊接遇到这种情况通常采用外加磁场给予抵消，但是对于圆形管体产生的磁场则难于实现，因此，目前需要一种能够实现多点同步焊接和焊条自动进给以及保证焊接环境磁场平衡的焊接装置。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种船舶制造用焊接装置，本技术通过辅助焊接装置将多个焊条与管材外壁的同步接触，实现了对管材圆周的多点同步焊接，以及实现了焊接自动进给和在圆形轨迹上的复合动作，保证焊接周向焊接的同步，避免应力集中。
6.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：
7.本发明提供一种船舶制造用焊接装置，包括转动设置在轴承座上的环体和设置在环体上用以对管材起到辅助焊接作用的辅助焊接装置，辅助焊接装置包括设置在环体内的变形架和设置在环体上用以改换变形架形态的伸缩机构以及设置在变形架上用以对管材进行中心对位的支撑机构，环体上还设有用以将焊条的端部与管材的管壁进行接触的进给机构，进给机构具有多个，多个进给机构沿着环体的圆周方向均匀分布，并且每个进给机构输送焊条的方向均朝向环体的中心点方向。
8.优选的，变形架呈环状结构，变形架由若干个弧形杆以环状形态交错组成，每两个交错的弧形杆之间的中部均通过中部铰链连接，每两个相邻的弧形杆之间的端部均通过端部铰链连接，伸缩机构具有若干个，伸缩机构的个数与若干个中部铰链的个数相同，每个中部铰链分别与一个伸缩机构连接，并且每两个弧形杆的端部铰链处还均连接有一个用以对焊条起到导向作用的导管。
9.优选的，伸缩机构包括有一个电动推杆，电动推杆的非工作端通过一个固定板固定安装在环体上，电动推杆的工作端设有一个铰接块，电动推杆通过铰接块铰接在相应的中部铰链上，并且每个电动推杆推送弧形杆的方向均朝向环体的中心点方向。
10.优选的，支撑机构包括有多个支撑轮，多个支撑轮沿着环体的圆周方向均匀分布，每个支撑轮分别位于每两个相邻的焊条之间，每个支撑轮均转动安装在一个轴接座上，每个轴接座上均向外延伸有一个支撑杆且每个支撑杆的杆壁上还均向外延伸有一个铰接在相应端部铰链上的轴杆，每个支撑杆上还均套设有一个用以对支撑杆起到导向作用的滑套，每个弧形杆未铰接轴杆的端部铰链上还均开设有一个活动口，并且每个滑套上还均延伸有一个插杆插设在相应的活动口内。
11.优选的，每个进给机构分别与一个焊条相对应，进给机构包括有两个对称设置在相应焊条两侧的进给轮，焊条被相应的两个进给轮夹设在其中，每个进给轮均通过一个转轴转动设置在环体上且其中一个进给轮上同轴设置有一个齿轮，环体内还设有一个环体同轴的齿圈，每个齿轮均与齿圈相互啮合，齿圈固定在一个固定环上，并且固定环能够转动的安装在轴承座上。
12.优选的，齿圈的表面沿着其圆周方向开设有一个环口，环口内安装有用以平衡焊接环境磁场的电磁线圈，并且轴承座上还分别设有用以带动齿圈旋转的第一齿轮驱动装置和用以带动环体旋转的第二齿轮驱动装置。
13.优选的，还包括用以保证每个支撑杆稳定的联动锁紧装置，联动锁紧装置包括轴接在每个轴接座上的连接板和设置在环体上与每个连接板相对应的两个夹板，两个夹板滑动设置在一个固定在环体上的固定块上，每个支撑杆分别被夹设在相应的两个夹板之间，每个连接板上均设有一个弹性抵压机构，并且每个弹性抵压机构与相应的两个夹板之间还均连接有一个用以触发两个夹板从而夹紧支撑杆的联动机构。
14.优选的，弹性抵压机构包括有一个安装有滚珠的安装块，滚珠裸露出的表面朝向环体的内部，安装块通过一个导向杆插设在连接板上，导向杆上还套设有一个压缩弹簧，压缩弹簧的两端分别固定在连接板上和安装块上，并且导向杆的端部还设有一个用以连接联动机构的螺纹柱。
15.优选的，联动机构包括有一个联动杆，联动杆的一端螺纹连接在螺纹柱上且联动杆与导向杆之间共轴线，联动杆的另一端设有一个端板，并且端部与两个夹板之间还均铰接有一个连杆。
16.本发明还提供一种船舶制造用焊接方法，包括以下步骤，
17.s1，将管材与环体同轴设置且定位管材；
18.s2，控制伸缩机构改换变形架的形态直至支撑轮支撑在管材表面；
19.s3，控制进给机构推送焊条保持焊条端部与管材管壁接触；
20.s4，控制环体和齿圈之间的相对转动从而控制进给轮的进给速度；
21.s5，调节电磁线圈的电流产生的磁场抵消环境磁场对电弧的影响。
22.本技术相比较于现有技术的有益效果是：
23.1.本技术通过辅助焊接装置将多个焊条与管材外壁的同步接触，实现了对管材圆周的多点同步焊接，以及实现了焊接自动进给和在圆形轨迹上的复合动作，保证焊接周向焊接的同步，避免应力集中。
24.2.本技术通过变形架的组成结构以及伸缩机构对变形架的驱动，实现了变形架的形态的变换，从而保证了管材的中心对位，促使焊条端部与焊接位置的对应。
25.3.本技术通过滑套通过插杆在弧形杆上活动口内的活动，实现了支撑轮能够顺利
的支撑在管材的外壁上，也避免了变形架在改变形态时不会因为支撑杆发生卡死的现象。
26.4.本技术通过齿圈与齿轮的配合，实现了进给轮的转动，从而实现了焊条周向转动的同时径向进给，保证焊条的端部能够一直保持着与管材外壁的接触，并且多个焊条的多点焊接，还提高了对管材的焊接效率。
27.5.本技术通过电磁线圈的设置，实现了对焊接环境磁场的平衡，通过第一齿轮驱动装置对齿圈的驱动，实现了对焊条进给速度的控制。
28.6.本技术通过弹性抵压机构和联动机构之间的配合带动两个夹板的活动，实现了两个夹板对支撑杆的夹紧，保证了支撑杆的稳定，避免环体转动时，支撑杆带动支撑轮在管材上出现晃动的情况。
附图说明
29.图1是本技术的立体结构示意图；
30.图2是本技术的局部立体结构示意图一；
31.图3是本技术的局部立体结构示意图二；
32.图4是图2的主视图；
33.图5是图4的a处放大示意图；
34.图6是图4的b处放大示意图；
35.图7是图3的主视图；
36.图8是图7的c处放大示意图；
37.图9是图7的d处放大示意图；
38.图10是支撑机构和联动锁紧装置的局部立体结构示意图；
39.图11是图10的右视图；
40.图12是焊接不同管径的管材时变形架改换形态的示意图；
41.图13是本技术焊接步骤的流程图。
42.图中标号为：
43.1-轴承座；1a-第一齿轮驱动装置；1b-第二齿轮驱动装置；
44.2-环体；
45.3-管材；
46.4-辅助焊接装置；4a-变形架；4a1-弧形杆；4a11-活动口；4a2-中部铰链；4a3-端部铰链；4a4-导管；4b-伸缩机构；4b1-电动推杆；4b2-固定板；4b3-铰接块；4c-支撑机构；4c1-支撑轮；4c2-轴接座；4c3-支撑杆；4c4-轴杆；4c5-滑套；4c6-插杆；4d-进给机构；4d1-进给轮；4d2-齿轮；4d3-齿圈；4d4-固定环；4d5-电磁线圈；
47.5-焊条；
48.6-联动锁紧装置；6a-连接板；6b-夹板；6c-固定块；6d-弹性抵压机构；6d1-滚珠；6d2-安装块；6d3-导向杆；6d4-压缩弹簧；6d5-螺纹柱；6e-联动机构；6e1-联动杆；6e2-端板；6e3-连杆。
具体实施方式
49.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合
附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
50.如图1-图13所示，本技术提供：
51.一种船舶制造用焊接装置，包括转动设置在轴承座1上的环体2和设置在环体2上用以对管材3起到辅助焊接作用的辅助焊接装置4，辅助焊接装置4包括设置在环体2内的变形架4a和设置在环体2上用以改换变形架4a形态的伸缩机构4b以及设置在变形架4a上用以对管材3进行中心对位的支撑机构4c，环体2上还设有用以将焊条5的端部与管材3的管壁进行接触的进给机构4d，进给机构4d具有多个，多个进给机构4d沿着环体2的圆周方向均匀分布，并且每个进给机构4d输送焊条5的方向均朝向环体2的中心点方向。
52.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是对管材3的焊接时如何进行多点同步焊接的同时保证焊条5的自动进给，为此，本技术通过将管材3放置于环体2同轴线的位置，接着通过定位装置图中未示出定位管材3，管材3被定位后，根据管材3的管径的大小控制所述伸缩制机构伸缩，从而使得变形架4a变形，继而使得支撑机构4c支撑在管材3外壁上，使得焊条5端部与焊接位置对应，焊条5靠近管材3的外壁，接着，同时驱动所有进给机构4d，使得每个焊条5的端部均同时接触在管材3的外壁上，在多个进给机构4d同时被驱动的过程中，环体2的转动进而触发进给机构4d对焊条5的进给运动，然而，驱动环体2在轴承座1上转动时，焊条5的端部能够始终接触在管材3的外壁上，在环体2旋转时，支撑机构4c支撑在管材3上，使得焊条5沿着管材3周向运动时更加稳定，通过外界的焊枪图中未示出将焊条5焊接在管材3的焊接位置处，从而实现了对管材3的焊接工作。
53.进一步的，如图4、图6和图12所示：
54.变形架4a呈环状结构，变形架4a由若干个弧形杆4a1以环状形态交错组成，每两个交错的弧形杆4a1之间的中部均通过中部铰链4a2连接，每两个相邻的弧形杆4a1之间的端部均通过端部铰链4a3连接，伸缩机构4b具有若干个，伸缩机构4b的个数与若干个中部铰链4a2的个数相同，每个中部铰链4a2分别与一个伸缩机构4b连接，并且每两个弧形杆4a1的端部铰链4a3处还均连接有一个用以对焊条5起到导向作用的导管4a4。
55.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是变形架4a如何通过伸缩机构4b改变形态。为此，本技术通过若干个伸缩机构4b同时推动相应的弧形杆4a1，若干个弧形杆4a1之间由于通过中部铰链4a2和端部铰链4a3相互连接，因此，若干个弧形杆4a1之间随之联动，若干个弧形杆4a1组成的变形架4a从而根据管材3的管径大小改变成供支撑机构4c能够支撑在管材3外壁上的状态，当变形架4a改变形态后，焊条5在进给机构4d的推送下以及导管4a4的引导下，使得其端部接触于管材3的外壁上，接着通过焊条5对管材3进行焊接。
56.进一步的，如图7所示：
57.伸缩机构4b包括有一个电动推杆4b1，电动推杆4b1的非工作端通过一个固定板4b2固定安装在环体2上，电动推杆4b1的工作端设有一个铰接块4b3，电动推杆4b1通过铰接块4b3铰接在相应的中部铰链4a2上，并且每个电动推杆4b1推送弧形杆4a1的方向均朝向环体2的中心点方向。
58.基于上述实施例，当伸缩机构4b工作时，电动推杆4b1推动连接的弧形杆4a1运动，由于若干个弧形杆4a1之间的连接，在若干个弧形杆4a1运动后，变形架4a会根据管材3的管径大小变换成合适的状态，从而使得支撑机构4c支撑在管材3外壁上。
59.进一步的，如图4和图6所示：
60.支撑机构4c包括有多个支撑轮4c1，多个支撑轮4c1沿着环体2的圆周方向均匀分布，每个支撑轮4c1分别位于每两个相邻的焊条5之间，每个支撑轮4c1均转动安装在一个轴接座4c2上，每个轴接座4c2上均向外延伸有一个支撑杆4c3且每个支撑杆4c3的杆壁上还均向外延伸有一个铰接在相应端部铰链4a3上的轴杆4c4，每个支撑杆4c3上还均套设有一个用以对支撑杆4c3起到导向作用的滑套4c5，每个弧形杆4a1未铰接轴杆4c4的端部铰链4a3上还均开设有一个活动口4a11，并且每个滑套4c5上还均延伸有一个插杆4c6插设在相应的活动口4a11内。
61.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是支撑机构4c在变形架4a改变形态时如何既保证能够支撑在管材3的外壁上又不会出现变形架4a卡死的情况。为此，本技术通过变形架4a改变形态时，由于支撑杆4c3上通过轴杆4c4轴接在弧形杆4a1的端部铰链4a3上，因此，支撑杆4c3会随着弧形杆4a1的移动被向着管材3的方向拉动，直至支撑轮4c1支撑在管材3的外壁后，伸缩机构4b随之停止对变形架4a的驱动，在支撑杆4c3被弧形杆4a1拉动时，支撑杆4c3上套设的滑套4c5对支撑杆4c3的移动起到了导向作用，支撑轮4c1能够朝着管材3的方向移动，又由于滑套4c5上通过插杆4c6插设在弧形杆4a1端部开设的活动口4a11内，因此，在变形架4a改变形态时，支撑杆4c3也不会导致变形架4a存在卡死的情况，滑套4c5能够通过插杆4c6在活动口4a11内活动，使得变形架4a形态的改变更加顺畅。
62.进一步的，如图5所示：
63.每个进给机构4d分别与一个焊条5相对应，进给机构4d包括有两个对称设置在相应焊条5两侧的进给轮4d1，焊条5被相应的两个进给轮4d1夹设在其中，每个进给轮4d1均通过一个转轴转动设置在环体2上且其中一个进给轮4d1上同轴设置有一个齿轮4d2，环体2内还设有一个环体2同轴的齿圈4d3，每个齿轮4d2均与齿圈4d3相互啮合，齿圈4d3固定在一个固定环4d4上，并且固定环4d4能够转动的安装在轴承座1上。
64.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是进给机构4d如何进给焊条5。为此，本技术通过两个进给轮4d1将焊条5向内滚动的方式，实现了对焊条5的进给，在进给焊条5的过程中，环体2被驱动在轴承座1上转动，随着环体2的转动，控制环体2相对齿圈4d3转动，在齿轮4d2相对齿圈4d3滚动的作用下使得进给轮4d1转动，从而在控制焊条5周向转动的同时实现径向进给，随着焊条5被焊枪一点点焊接在管材3上，焊条5在进给过程中能够一直保持着端部与管材3外壁的接触，使得焊接在焊接时不会因为焊条5接触不到位发生焊接中断的情况。
65.进一步的，如图1和图5所示：
66.齿圈4d3的表面沿着其圆周方向开设有一个环口，环口内安装有用以平衡焊接环境磁场的电磁线圈4d5，并且轴承座1上还分别设有用以带动齿圈4d3旋转的第一齿轮4d2驱动装置1a和用以带动环体2旋转的第二齿轮4d2驱动装置1b。
67.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何保持对焊接环境磁场的平衡以及对焊条5进给速度的控制。为此，本技术通过调节齿圈4d3上的电磁线圈4d5的电流产生的磁场抵消环境磁场对电弧的影响，使得焊接环境磁场得到平衡，在驱动环体2旋转时，第二齿轮4d2驱动装置1b对环体2进行驱动，在驱动齿圈4d3旋转时，第一齿轮4d2驱动装置1a对齿圈4d3进行驱动，如果需要在焊条5周向转速不变的情况下提高进给速度，可以控制齿圈4d3朝与环体2相反的方向转动，这样就提高了齿轮4d2转速，从而提高了进给轮4d1的转
动速度，进而提高了焊条5的进给速度，同理如果想降低进给速度，则只要控制齿圈4d3与环体2同向转动即可。
68.进一步的，如图8-图11所示：
69.还包括用以保证每个支撑杆4c3稳定的联动锁紧装置6，联动锁紧装置6包括轴接在每个轴接座4c2上的连接板6a和设置在环体2上与每个连接板6a相对应的两个夹板6b，两个夹板6b滑动设置在一个固定在环体2上的固定块6c上，每个支撑杆4c3分别被夹设在相应的两个夹板6b之间，每个连接板6a上均设有一个弹性抵压机构6d，并且每个弹性抵压机构6d与相应的两个夹板6b之间还均连接有一个用以触发两个夹板6b从而夹紧支撑杆4c3的联动机构6e。
70.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是联动锁紧装置6如何保证支撑杆4c3的稳定。为此，本技术通过伸缩机构4b带动变形架4a变形时，弹性抵压机构6d先接触管材3的外壁，直至支撑轮4c1支撑在管材3外壁的时候，伸缩机构4b停止对变形架4a的驱动，随着弹性抵压机构6d被触发的同时，联动机构6e也随之被弹性抵压机构6d触发，两个夹板6b在联动机构6e的作用下从而在固定块6c上同时向着支撑杆4c3的方向滑动，当支撑轮4c1支撑在管材3的外壁上后，支撑杆4c3也同时被夹设在两个夹板6b之间，支撑杆4c3从而得到了稳定，不会出现晃动的情况。
71.进一步的，如图8、图10和图11所示：
72.弹性抵压机构6d包括有一个安装有滚珠6d1的安装块6d2，滚珠6d1裸露出的表面朝向环体2的内部，安装块6d2通过一个导向杆6d3插设在连接板6a上，导向杆6d3上还套设有一个压缩弹簧6d4，压缩弹簧6d4的两端分别固定在连接板6a上和安装块6d2上，并且导向杆6d3的端部还设有一个用以连接联动机构6e的螺纹柱6d5。
73.基于上述实施例，由于安装块6d2凸出于支撑轮4c1，因此，安装块6d2上的滚珠6d1会预先接触在管材3的外壁，随着变形架4a的继续內缩，在压缩弹簧6d4的作用下，支撑轮4c1随之支撑在管材3的外壁上，安装块6d2上的导向杆6d3会向外顶出触发联动机构6e。
74.进一步的，如图9-图11所示：
75.联动机构6e包括有一个联动杆6e1，联动杆6e1的一端螺纹连接在螺纹柱6d5上且联动杆6e1与导向杆6d3之间共轴线，联动杆6e1的另一端设有一个端板6e2，并且端部与两个夹板6b之间还均铰接有一个连杆6e3。
76.基于上述实施例，当导向杆6d3向外顶出时，联动杆6e1也随之被顶出，端板6e2也随之被顶起，由于端板6e2与两个夹板6b之间均通过连杆6e3铰接，因此，两个夹板6b在相应的连杆6e3的拉力下随之同时向着支撑杆4c3的方向移动，最终，在支撑轮4c1接触到管材3的外壁的同时，支撑杆4c3也从而被夹设在两个夹板6b之间。
77.进一步的，如图13所示：
78.一种船舶制造用焊接方法，包括以下步骤，
79.s1，将管材3与环体2同轴设置且定位管材3；
80.s2，控制伸缩机构4b改换变形架4a的形态直至支撑轮4c1支撑在管材3表面；
81.s3，控制进给机构4d推送焊条5保持焊条5端部与管材3管壁接触；
82.s4，控制环体2和齿圈4d3之间的相对转动从而控制进给轮4d1的进给速度；
83.s5，调节电磁线圈4d5的电流产生的磁场抵消环境磁场对电弧的影响。
84.本技术通过辅助焊接装置4将多个焊条5与管材3外壁的同步接触，实现了对管材3圆周的多点同步焊接，以及实现了焊接自动进给和在圆形轨迹上的复合动作，保证焊接周向焊接的同步，避免应力集中。
85.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。