專利名稱：鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法和裝置，應(yīng)用于船舶行業(yè)、 電力行業(yè)的大管徑鋼管插接法蘭自動焊接，屬于自動焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，我國船舶行業(yè)鋼管法蘭焊的工件，尤其是大口徑工件普遍存在圓度差及鋼 管端面切割后端面存在馬蹄的情況，管徑越大管子的圓度誤差及下料時端面與軸心的垂直 度誤差就會越大，進(jìn)行法蘭焊接時的難度也越大。造成一般自動焊接設(shè)備難以對應(yīng)，甚至有 些進(jìn)口焊接設(shè)備也無法正常發(fā)揮作用。而手工焊接勞動強(qiáng)度大，而且焊接質(zhì)量無法保證。舉例說明參照附圖1，是一個鋼管法蘭間組對剖面圖，C、D點間隙很大，且不一 致。焊接時有一部分金屬肯定要流進(jìn)間隙，如果以等條件焊接，會造成焊接成型不一致。另 外，鋼管端部有馬蹄時，如B面，其端部外端面與法蘭外端面的距離也是有變化的，要焊后 成型一致也存在這個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法和裝置，自動檢測 工件偏差，自動調(diào)節(jié)焊槍位置、擺動幅度和焊接速度，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為
鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，包含焊縫檢測機(jī)構(gòu)、合成擺動焊接機(jī)構(gòu)，焊縫 檢測機(jī)構(gòu)由軸向檢測單元和徑向檢測單元組成，對鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差進(jìn)行兩維檢 測，軸向檢測單元完成鋼管軸向馬蹄產(chǎn)生的偏差的測量，徑向檢測單元完成徑向鋼管與法 蘭間隙產(chǎn)生的偏差的測量；合成擺動焊接機(jī)構(gòu)由軸向擺動單元、徑向擺動單元、焊接單元組 成，軸向擺動單元、徑向擺動單元的擺動速度和擺動幅度由控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)定和焊縫 檢測機(jī)構(gòu)檢測偏差計算，通過兩維、十字合成擺動使焊接單元按設(shè)定的方向擺動，形成具有 焊角高度的角焊縫，焊接單元由軸向擺動單元、徑向擺動單元驅(qū)動，工件旋轉(zhuǎn)，擺動幅度根 據(jù)檢測偏差自動跟蹤焊縫，同時根據(jù)設(shè)定調(diào)整焊接速度、焊接電流，自動調(diào)整來跟蹤補償焊 縫偏差，完成鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接工作。本發(fā)明還設(shè)有變位機(jī)構(gòu)，變位機(jī)構(gòu)由變位氣缸、變位托板組成，焊縫檢測機(jī)構(gòu)、合 成擺動焊接機(jī)構(gòu)安裝在托板上，變位托板由氣缸驅(qū)動可以進(jìn)行90度回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)焊縫檢測機(jī) 構(gòu)和合成擺動焊接機(jī)構(gòu)的位置變換，實現(xiàn)三維控制，保證焊縫檢測點與跟蹤焊接點重合。本發(fā)明所說的軸向檢測單元包含軸向檢測探頭、軸向氣缸、軸向傳感器，軸向氣缸 控制軸向檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸向檢測探頭將接觸鋼管管壁端面，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，通 過氣缸的作用使軸向檢測探頭與管壁端面一直保持緊密接觸，隨著偏差變化軸向運動，軸 向檢測探頭的軸向運動由軸向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。所說的軸向 傳感器為直線位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。本發(fā)明所說的徑向檢測單元包含徑向檢測探頭、徑向氣缸、徑向傳感器，徑向氣缸控制徑向檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸徑檢測探頭將接觸法蘭內(nèi)壁，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，通過氣 缸的作用使探頭與法蘭內(nèi)壁一直保持緊密接觸，隨著偏差變化徑向運動，徑向檢測探頭的 徑向運動由徑向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。所說的徑向傳感器為直線 位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。本發(fā)明所說的軸向擺動單元、徑向擺動單元，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，擺動速度和擺動幅 度由控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)定和焊縫檢測機(jī)構(gòu)檢測偏差計算，軸向擺動單元、徑向擺動單元 的兩個步進(jìn)電機(jī)的擺幅變化將與焊縫檢測機(jī)構(gòu)的兩檢測傳感器反映的焊縫偏差一致。鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法，包含如下步驟首先通過法蘭內(nèi)表面檢測 組對間隙，通過鋼管端面檢測鋼管端部與法蘭外端面距離，對上述二個數(shù)據(jù)進(jìn)行分度采點 測量，同時控制系統(tǒng)將檢測的間隙等數(shù)據(jù)與預(yù)存的相對應(yīng)的焊接參數(shù)進(jìn)行比對；確定相對 應(yīng)的焊接參數(shù)后，反饋到驅(qū)動裝置，自動調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度和焊接單元的擺動幅度，從而實現(xiàn)焊 接速度隨間隙大小變化的要求。本發(fā)明還設(shè)有變位托板，焊接單元安裝在托板上，變位托板進(jìn)行90度回轉(zhuǎn)，實現(xiàn) 焊縫檢測、合成擺動位置變換，實現(xiàn)三維控制，保證焊縫檢測點與跟蹤焊接點重合。本發(fā)明更具體的步驟對鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差進(jìn)行兩維檢測，軸向檢測完 成鋼管軸向馬蹄產(chǎn)生的偏差的測量，徑向檢測完成徑向鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差的測 量；根據(jù)檢測結(jié)果控制焊接單元兩維、十字合成擺動，焊接單元完成焊接工件，形成具有焊 角高度的角焊縫；工件旋轉(zhuǎn)，根據(jù)檢測偏差，焊接單元擺動，自動跟蹤焊縫，同時根據(jù)設(shè)定調(diào) 整焊接速度、焊接電流，自動調(diào)整來跟蹤補償焊縫偏差，完成鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊 接工作。本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明實現(xiàn)了自動檢測工件偏差，自動調(diào)節(jié)焊槍位置、擺動 幅度和焊接速度，可以提高焊接質(zhì)量和工作效率。


附圖1為焊接工件示意圖中鋼管1、法蘭2、法蘭內(nèi)表面A、鋼管端面B、鋼管與法蘭間隙C和D ； 附圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖中徑向傳感器3、徑向汽缸4、徑向檢測探頭5、軸向檢測探頭6、軸向氣缸7、軸向傳 感器8、焊接單元9、軸向擺動電機(jī)10、徑向擺動電機(jī)11、變位汽缸12、變位托板13 ； 附圖3為本發(fā)明使用狀態(tài)圖中本發(fā)明設(shè)備14、外焊縫焊接裝置15、工件16、工件驅(qū)動旋轉(zhuǎn)裝置17、工件定位裝 置18。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參照附圖1，是一個鋼管法蘭間組對剖面圖，C、D點間隙很大，且不一致。焊接時 有一部分金屬肯定要流進(jìn)間隙，如果以等條件焊接，會造成焊接成型不一致。另外，鋼管端 部有馬蹄時，如B面，其端部外端面與法蘭外端面的距離也是有變化的，要焊后成型一致也 存在這個問題。要解決上述問題，必須在間隙處及鋼管端部與法蘭外端面距離增大時增加 熔敷金屬量，并且增減熔敷金屬的量與間隙及端面距離差的大小變化要相對應(yīng)，此外，表面焊槍的焊接寬度也是變化的。實現(xiàn)上述目的有兩個途徑一是靠焊接電流的變化，加快焊絲 的送進(jìn)來完成；二是通過控制焊接速度來完成；本發(fā)明第一步通過A面檢測組對間隙，通過 B面檢測鋼管端部與法蘭外端面距離，對上述二個數(shù)據(jù)進(jìn)行分度采點測量，同時控制系統(tǒng)將 檢測的間隙等數(shù)據(jù)與預(yù)存的相對應(yīng)的焊接參數(shù)進(jìn)行比對。確定相對應(yīng)的焊接參數(shù)后，反饋 到驅(qū)動裝置，自動調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度和焊槍的擺動幅度，從而實現(xiàn)焊接速度隨間隙大小變化的 要求，達(dá)到理想的焊接效果。
參照附圖2，鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，包含焊縫檢測機(jī)構(gòu)、合成擺動焊接 機(jī)構(gòu)，焊縫檢測機(jī)構(gòu)由軸向檢測單元和徑向檢測單元組成，對鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差 進(jìn)行兩維檢測，軸向檢測單元完成鋼管軸向馬蹄產(chǎn)生的偏差的測量，徑向檢測單元完成徑 向鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差的測量；合成擺動焊接機(jī)構(gòu)由軸向擺動單元、徑向擺動單元、 焊接單元組成，軸向擺動單元、徑向擺動單元的擺動速度和擺動幅度由控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù) 設(shè)定和焊縫檢測機(jī)構(gòu)檢測偏差計算，通過兩維、十字合成擺動使焊接單元按設(shè)定的方向擺 動，形成具有焊角高度的角焊縫，焊接單元由軸向擺動單元、徑向擺動單元驅(qū)動，工件旋轉(zhuǎn)， 擺動幅度根據(jù)檢測偏差自動跟蹤焊縫，同時根據(jù)設(shè)定調(diào)整焊接速度、焊接電流，自動調(diào)整來 跟蹤補償焊縫偏差，完成鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接工作。本發(fā)明還設(shè)有變位機(jī)構(gòu)，變位機(jī)構(gòu)由變位氣缸12、變位托板13組成，焊縫檢測機(jī) 構(gòu)、合成擺動焊接機(jī)構(gòu)安裝在托板上，變位托板由氣缸驅(qū)動可以進(jìn)行90度回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)焊縫 檢測機(jī)構(gòu)和合成擺動焊接機(jī)構(gòu)的位置變換，實現(xiàn)三維控制，保證焊縫檢測點與跟蹤焊接點重合。本發(fā)明所說的軸向檢測單元包含軸向檢測探頭6、軸向氣缸7、軸向傳感器8，軸向 氣缸控制軸向檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸向檢測探頭將接觸鋼管管壁端面，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn) 時，通過氣缸的作用使軸向檢測探頭與管壁端面一直保持緊密接觸，隨著偏差變化軸向運 動，軸向檢測探頭的軸向運動由軸向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。所說的 軸向傳感器為直線位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。本發(fā)明所說的徑向檢測單元包含徑向檢測探頭3、徑向氣缸4、徑向傳感器5，徑向 氣缸控制徑向檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸徑檢測探頭將接觸法蘭內(nèi)壁，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，通 過氣缸的作用使探頭與法蘭內(nèi)壁一直保持緊密接觸，隨著偏差變化徑向運動，徑向檢測探 頭的徑向運動由徑向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。所說的徑向傳感器為 直線位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。本發(fā)明所說的軸向擺動單元、徑向擺動單元，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)為軸向擺 動電機(jī)10、徑向擺動電機(jī)11，擺動速度和擺動幅度由控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)定和焊縫檢測機(jī) 構(gòu)檢測偏差計算，軸向擺動電機(jī)10、徑向擺動電機(jī)11的擺幅變化與焊縫檢測機(jī)構(gòu)的兩檢測 傳感器反映的焊縫偏差一致。所說的焊接單元9為焊槍。參照附圖2、3，工作過程。1、設(shè)備復(fù)位到準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。2、變位氣缸動作，變換到焊縫檢測位置。3、跟蹤裝置的軸向氣缸、徑向氣缸動作，使軸向檢測探頭與鋼管管壁端面接觸， 徑向檢測探頭與法蘭內(nèi)壁接觸。
4、工件快速旋轉(zhuǎn)一周，通過軸向傳感器、徑向傳感器檢測焊縫一周的偏差，并將 數(shù)據(jù)發(fā)送、保存到控制系統(tǒng)。5、軸向氣缸、徑向氣缸動作退回到位。6、變位氣缸動作，變換到跟蹤焊接位置。7、工件回到檢測零點位置。8、焊槍調(diào)整到焊接起點位置。 9、焊接電源啟動，合成擺動機(jī)構(gòu)按設(shè)定參數(shù)使焊槍擺動。10、工件按焊接速度啟動旋轉(zhuǎn)。11、焊接過程中，擺動幅度、焊接速度、焊接電流按考慮檢測偏差后的計算結(jié)果自 動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)焊縫一周的跟蹤焊接。12、工件焊接結(jié)束，焊槍退回到原位。
權(quán)利要求
1.一種鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于包含焊縫檢測機(jī)構(gòu)、合成擺 動焊接機(jī)構(gòu)，焊縫檢測機(jī)構(gòu)由軸向檢測單元和徑向檢測單元組成，對鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生 的偏差進(jìn)行兩維檢測，軸向檢測單元完成鋼管軸向馬蹄產(chǎn)生的偏差的測量，徑向檢測單元 完成徑向鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差的測量；合成擺動焊接機(jī)構(gòu)由軸向擺動單元、徑向擺 動單元、焊接單元組成，軸向擺動單元、徑向擺動單元的擺動速度和擺動幅度由控制系統(tǒng)根 據(jù)參數(shù)設(shè)定和焊縫檢測機(jī)構(gòu)檢測偏差計算，通過兩維、十字合成擺動使焊接單元按設(shè)定的 方向擺動，形成具有焊角高度的角焊縫，焊接單元由軸向擺動單元、徑向擺動單元驅(qū)動，工 件旋轉(zhuǎn)，擺動幅度根據(jù)檢測偏差自動跟蹤焊縫，同時根據(jù)設(shè)定調(diào)整焊接速度、焊接電流，自 動調(diào)整來跟蹤補償焊縫偏差，完成鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于還設(shè)有變 位機(jī)構(gòu)，變位機(jī)構(gòu)由變位氣缸(12)、變位托板(13)組成，焊縫檢測機(jī)構(gòu)、合成擺動焊接機(jī)構(gòu) 安裝在托板上，變位托板由氣缸驅(qū)動可以進(jìn)行90度回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)焊縫檢測機(jī)構(gòu)和合成擺動焊 接機(jī)構(gòu)的位置變換，實現(xiàn)三維控制，保證焊縫檢測點與跟蹤焊接點重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于所說 的軸向檢測單元包含軸向檢測探頭(6)、軸向氣缸(7)、軸向傳感器(8)，軸向氣缸控制軸向 檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸向檢測探頭將接觸鋼管管壁端面，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，通過氣缸的 作用使軸向檢測探頭與管壁端面一直保持緊密接觸，隨著偏差變化軸向運動，軸向檢測探 頭的軸向運動由軸向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于所說的軸 向傳感器為直線位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于所說 的徑向檢測單元包含徑向檢測探頭(3)、徑向氣缸(4)、徑向傳感器(5)，徑向氣缸控制徑向 檢測探頭進(jìn)退，前進(jìn)到位時軸徑檢測探頭將接觸法蘭內(nèi)壁，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)時，通過氣缸的作用 使探頭與法蘭內(nèi)壁一直保持緊密接觸，隨著偏差變化徑向運動，徑向檢測探頭的徑向運動 由徑向傳感器檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姎庑盘杺鬏斀o控制系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于所說的徑 向傳感器為直線位移傳感器，可以將位移量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接裝置，其特征在于所 說的軸向擺動單元、徑向擺動單元，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，步進(jìn)電機(jī)為軸向擺動電機(jī)(10)、徑向 擺動電機(jī)(11 )，擺動速度和擺動幅度由控制系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)定和焊縫檢測機(jī)構(gòu)檢測偏差計 算，軸向擺動電機(jī)(10)、徑向擺動電機(jī)(11)的擺幅變化與焊縫檢測機(jī)構(gòu)的兩檢測傳感器反 映的焊縫偏差一致。
8.一種鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法，其特征在于包含如下步驟首先通過法 蘭內(nèi)表面檢測組對間隙，通過鋼管端面檢測鋼管端部與法蘭外端面距離，對上述二個數(shù)據(jù) 進(jìn)行分度采點測量，同時控制系統(tǒng)將檢測的間隙等數(shù)據(jù)與預(yù)存的相對應(yīng)的焊接參數(shù)進(jìn)行比 對；確定相對應(yīng)的焊接參數(shù)后，反饋到驅(qū)動裝置，自動調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度和焊接單元的擺動幅 度，從而實現(xiàn)焊接速度隨間隙大小變化的要求。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法，其特征在于設(shè)有變 位托板，焊接單元安裝在托板上，變位托板進(jìn)行90度回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)焊縫檢測、合成擺動位置變換，實現(xiàn)三維控制，保證焊縫檢測點與跟蹤焊接點重合。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述之鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法，其特征在于更具 體的步驟對鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差進(jìn)行兩維檢測，軸向檢測完成鋼管軸向馬蹄產(chǎn)生 的偏差的測量，徑向檢測完成徑向鋼管與法蘭間隙產(chǎn)生的偏差的測量；根據(jù)檢測結(jié)果控制 焊接單元兩維、十字合成擺動，焊接單元焊接工件，形成具有焊角高度的角焊縫，工件旋轉(zhuǎn)， 根據(jù)檢測偏差，焊接單元擺動，自動跟蹤焊縫，同時根據(jù)設(shè)定調(diào)整焊接速度、焊接電流，自動 調(diào)整來跟蹤補償焊縫偏差，完成鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼管法蘭插接焊縫檢測跟蹤焊接方法和裝置，應(yīng)用于船舶行業(yè)、電力行業(yè)的大管徑鋼管插接法蘭自動焊接，屬于自動焊接技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是首先通過法蘭內(nèi)表面檢測組對間隙，通過鋼管端面檢測鋼管端部與法蘭外端面距離，對上述二個數(shù)據(jù)進(jìn)行分度采點測量，同時控制系統(tǒng)將檢測的間隙等數(shù)據(jù)與預(yù)存的相對應(yīng)的焊接參數(shù)進(jìn)行比對；確定相對應(yīng)的焊接參數(shù)后，反饋到驅(qū)動裝置，自動調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度和焊接單元的擺動幅度，從而實現(xiàn)焊接速度隨間隙大小變化的要求。本發(fā)明實現(xiàn)了自動檢測工件偏差，自動調(diào)節(jié)焊槍位置、擺動幅度和焊接速度，可以提高焊接質(zhì)量和工作效率。
文檔編號B23K9/12GK102133675SQ201110023079
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者賀宗會 申請人:唐山開元自動焊接裝備有限公司