薄殼車體自動焊接裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄殼車體自動焊接裝置及方法，裝置包括：龍門架式焊接機器人，設置在焊接機器人側方的升降式頭尾架式變位器，安裝于變位器之間的翻轉架，以及控制焊接機器人、變位器工作的控制機構；方法包括：先對焊縫間隙大于1mm的焊縫進行封底焊，然后進行填充焊，再旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體頂部/左側/底部/頭部/右側/尾部置于水平位置，對相應焊縫進行焊接。本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明的裝置能夠滿足多種車型的多種形式焊縫的自動化焊接，并可實現(xiàn)車體外部絕大部分焊縫的連續(xù)焊接，生產(chǎn)效率大大提高；本發(fā)明的焊接方法不僅焊接的焊縫質量較高，而且焊接速度快，熱輸入小，焊接變形小，為后續(xù)的裝配提供了保證。
【專利說明】薄殼車體自動焊接裝置及方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接裝置及方法，具體涉及一種薄殼車體自動焊接裝置及方法，屬于焊接【技術領域】。
【背景技術】
[0002]一些大型復雜薄殼車體通常采用高強鋼制成，高強鋼殼體結構普遍采用焊接裝配，所以焊縫的性能就直接為大型殼體結構部件的焊后服役壽命問題提供了初始邊界條件，其焊縫可靠性問題一直是困擾大型復雜薄殼車體制造的主要問題。
[0003]車體外部主焊縫是指車輛制造過程中，需要對車體外部焊縫進行滿焊，目前已經(jīng)實現(xiàn)對車外長直焊縫的自動焊接。而有些焊縫較為復雜，實現(xiàn)自動化相對困難，故而使用焊絲進行半自動氣體保護焊接，部分位置仍采用不銹鋼焊條手工焊接，以上兩種焊接方法存在的弊端是對焊接工人的依賴程度較高，對操作工人的熟練程度要求較高，否則焊接的車體焊縫質量參差不齊，且外觀一致性較差；使用焊條進行焊接容易造成焊條的浪費，不能充分應用。因此必須考慮提高車體自動焊覆蓋率。
[0004]機器人自動化焊接具有填充效率高、可實現(xiàn)焊縫的自動跟蹤和控制、焊接自動化程度高、對操作工人依賴性低、減輕對環(huán)境的污染、避免有害氣體對人體的危害等人工焊接無可比擬的優(yōu)勢，對于復雜焊接結構的車體，焊接機器人不僅能夠連續(xù)且穩(wěn)定地進行復雜的焊接，而且還具備自動原點定位、焊縫自動跟蹤、多層焊接補償、自動搖擺及波動動作和外部軸協(xié)調聯(lián)動控制等輔助功能。與人相比，機器人在焊縫與焊縫間移動速度高，焊接質量更加穩(wěn)定且焊接速度快，產(chǎn)量將得到很大的提升，此外機器人焊接還可以通過加大電流、提高電壓和加快焊接速度來進一步提高焊接生產(chǎn)率。因此如果將自動焊覆蓋率提高，會對車體質量、外觀有更大的提聞。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可有效提高焊接質量和焊接速度并且可最大程度實現(xiàn)連續(xù)焊接的薄殼車體自動焊接裝置及方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案:
[0007]—種薄殼車體自動焊接裝置，其特征在于，包括:龍門架式焊接機器人，設置在前述龍門架式焊接機器人側方的升降式頭尾架式變位器，安裝于前述升降式頭尾架式變位器之間的翻轉架，以及控制前述焊接機器人、變位器工作的控制機構；前述升降式頭尾架式變位器采用液壓升降機構進行升降，旋轉范圍為±185° ;前述翻轉架采用框架式結構，底部鏤空。
[0008]前述的薄殼車體自動焊接裝置，其特征在于，還包括:與前述龍門架式焊接機器人配合的送絲機。
[0009]前述的薄殼車體·自動焊接裝置，其特征在于，前述升降式頭尾架式變位器的尾架的液壓升降機構能夠沿水平方向移動并且使工件前后傾斜15°。[0010]一種薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011](I)清理車體待焊部位的油污、鐵銹及影響焊接質量的雜物；
[0012](2)將待焊的車體吊放在升降式頭尾架式變位器之間的翻轉架上，定位后夾緊車體；
[0013](3)打開焊接用富氬混合氣體氣源，前述混合氣體含90%Ar、10%C02，調節(jié)氣體流量待用；
[0014](4)將焊絲安裝到送絲機上，并送入龍門架式焊接機器人的焊槍中待用；
[0015](5)按技術文件所示焊縫及位置，先對焊縫間隙大于Imm的焊縫進行封底焊，然后進行填充焊；
[0016](6)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體頂部置于水平位置，對車體頂部焊縫進行焊接；
[0017](7)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體左側置于水平位置，對左下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接；
[0018](8)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體底部置于水平位置，對車體底部焊縫進行焊接；
[0019](9)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車首抬起30°，對前下斜甲板與前下弧甲板焊縫、前下斜甲板與兩側垂直甲板焊縫進行焊接；
[0020](10)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體右側置于水平位置，對右下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接；
[0021](11)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體尾部置于水平位置，對車體尾部焊縫進行焊接；
[0022](12)龍門架式焊接機器人歸零位，對焊縫自檢和修磨，清理焊縫后將車體從翻轉架上卸下。
[0023]前述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，前述富氬混合氣體氣源的氣體流量為 15-25L/min。
[0024]前述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，前述焊絲伸出焊槍的長度為10_20mm。
[0025]前述的薄殼車體自動焊接方法,其特征在于,在步驟(5)中，封底焊焊接工藝參數(shù)為:電流90-180A，電壓19-30V，填充焊焊接工藝參數(shù)為:電流220-280A，電壓26-36V。
[0026]前述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(5)中，封底焊和填充焊所使用的焊絲為H08Mn2SiA。
[0027]前述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(6 )至步驟(11)中，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0028]前述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(6 )至步驟(11)中，焊接所使用的焊絲為ER307Si。
[0029]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的自動焊接裝置能夠滿足多種車型的多種形式焊縫的自動化焊接，并且可以實現(xiàn)車體外部絕大部分焊縫的連續(xù)焊接，生產(chǎn)效率大大提高；本發(fā)明的焊接方法不僅焊接的焊縫質量較高，焊縫連續(xù)且美觀，基本無飛濺，而且焊接速度快，熱輸入小，焊接變形小，為后續(xù)的裝配工序的順利進行提供了保證?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的薄殼車體自動焊接裝置的一個具體實施例的結構示意圖；
[0031]圖2是圖1中翻轉架的機構示意圖；
[0032]圖3是圖1中的待焊車體的頂面的焊接示意圖；
[0033]圖4是圖1中的待焊車體的底面的焊接示意圖；
[0034]圖5是圖1中的待焊車體的側面的焊接示意圖；
[0035]圖6是圖1中的待焊車體的后面的焊接示意圖。
[0036]圖中附圖標記的含義:1-龍門架式焊接機器人，2-升降式頭尾架式變位器，3-翻轉架，4-待焊車體，圖3至圖6中帶有垂直短線焊縫為龍門架式焊接機器人焊接的焊縫。
【具體實施方式】
[0037]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0038]首先介紹本發(fā)明的薄殼車體自動焊接裝置。
[0039]參照圖1和圖2，本發(fā)明的薄殼車體自動焊接裝置包括:龍門架式焊接機器人I，設置在龍門架式焊接機器人I側方的升降式頭尾架式變位器2，安裝于升降式頭尾架式變位器2之間的翻轉架3，以及控制焊接機器人、變位器工作的控制機構(未圖示)。其中，升降式頭尾架式變位器2采用液壓升降機構進行升降，可實現(xiàn)多種型號的待焊車體4裝卡及翻轉，旋轉范圍為±185°，采用交流伺服技術，可自由編程；翻轉架3采用框架式結構，底部鏤空，使待焊車體4底部全部露出，實現(xiàn)了底甲板全位置焊接，除齒輪室和誘導輪支架外，其它車體外部焊縫全部處于機器人的工作范圍內；控制機構是一個微電腦處理芯片，由它實現(xiàn)數(shù)字化焊接過程控制，其主要特征為具有機器人接口。
[0040]焊接機器人優(yōu)選采用德國KUKA機器人，其為6軸旋轉關節(jié)式設計，每個軸臂都采用堅固的鑄鋁結構。傾斜式主軸設計，各關節(jié)的高自由度以及短小靈活的軸臂為此機器人的主要特點，即使對于難于接近的位置，仍然可以保證其很大的工作范圍和最佳的焊接角度。承重15kg,重復定位精度±0.01mm。機械手、控制柜和滑軌系統(tǒng)的控制和定位實現(xiàn)全數(shù)字化控制，通過總線進行數(shù)據(jù)交換。
[0041]作為一種優(yōu)選的方案，薄殼車體自動焊接裝置還包括送絲機(未圖示)，送絲機與龍門架式焊接機器人I配合。送絲機的送絲速度為0.5-24m/min,送絲輪適應直徑1.0mm>
1.2mm 和 1.6mm 焊絲。
[0042]作為一種優(yōu)選的方案，升降式頭尾架式變位器2的尾架的液壓升降機構能夠沿水平方向移動并且使工件前后傾斜15°，保證了車頭和車尾及側面焊縫處于較佳焊接位置，盡量避免了爬坡焊和立焊，保證了焊接質量。
[0043]接下來，介紹本發(fā)明的薄殼車體自動焊接方法。
[0044]本發(fā)明的薄殼車體自動焊接方法包括以下步驟:
[0045]1、清理車體待焊部位的油污、鐵銹及影響焊接質量的雜物。
[0046]2、將待焊的車體吊放在升降式頭尾架式變位器之間的翻轉架上，定位后夾緊車體。
[0047]3、打開焊接用富氬混合氣體氣源，混合氣體含90%Ar、10%C02，Ar的純度不小于99.99%，CO2的純度不小于99.5%。調節(jié)氣體流量至15_25L/min，待用。
[0048]4、打開焊機電源，將直徑1.2mm的H08Mn2SiA焊絲安裝到送絲機上，并送入龍門架式焊接機器人的焊槍中，焊絲伸出焊槍的長度為10-20mm，待用。
[0049]5、打開機器人及變位器的電源，按技術文件所示焊縫及位置，先對焊縫間隙大于Imm的焊縫進行封底焊，封底焊焊接工藝參數(shù)為:電流90-180A，電壓19-30V ;然后進行填充焊，填充焊的目的是使封底焊焊縫均勻，以保證機器人焊接焊縫成型美觀，填充焊焊接工藝參數(shù)為:電流220-280A，電壓26-36V。
[0050]6、打開機器人的焊機電源，將直徑1.2mm的ER307Si焊絲安裝到送絲機上，并送入龍門架式焊接機器人的焊槍中，焊絲伸出焊槍的長度為10-20mm。旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體頂部置于水平位置，對車體頂部焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A,電壓 23-36V。
[0051]7、旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體左側置于水平位置，對左下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0052]8、旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體底部置于水平位置，對車體底部焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0053]9、旋轉升降式頭尾架式變位器，將車首抬起30°，對前下斜甲板與前下弧甲板焊縫、前下斜甲板與兩側垂直甲板焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0054]10、旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體右側置于水平位置，對右下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0055]11、旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體尾部置于水平位置，對車體尾部焊縫進行焊接，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
[0056]12、龍門架式焊接機器人歸零位，對焊縫自檢和修磨，清理焊縫后將車體從翻轉架上卸下。
[0057]圖3、圖4、圖5和圖6分別是圖1中的待焊車體的頂面、底面、側面和后面的焊接示意圖，圖中帶有垂直短線的焊縫為龍門架式焊接機器人焊接的焊縫，由此可見，
[0058](I)采用本發(fā)明的自動焊接裝置和焊接方法焊接薄殼車體時，車體外部主焊縫機器人焊接覆蓋率可高達96%，并且焊縫外觀成型良好；
[0059](2)本發(fā)明的自動焊接裝置不僅能夠焊接后甲板與頂甲板的搭接焊縫，而且能夠焊接U形底甲板與大部件的對接焊縫以及底甲板底部焊縫，可滿足多種車型的多種形式焊縫的自動化焊接；
[0060](3)采用本發(fā)明的自動焊接裝置和焊接方法焊接薄殼車體時，可以實現(xiàn)車體外部絕大部分焊縫的連續(xù)焊接，生產(chǎn)效率大大提高；
[0061](4)焊接過程基本無飛濺，焊接速度快，熱輸入小，焊接變形小，為后續(xù)的裝配工序的順利進行提供了保證。
[0062]需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.薄殼車體自動焊接裝置，其特征在于，包括:龍門架式焊接機器人，設置在所述龍門架式焊接機器人側方的升降式頭尾架式變位器，安裝于所述升降式頭尾架式變位器之間的翻轉架，以及控制所述焊接機器人、變位器工作的控制機構；所述升降式頭尾架式變位器采用液壓升降機構進行升降，旋轉范圍為±185° ;所述翻轉架采用框架式結構，底部鏤空。
2.根據(jù)權利要求1所述的薄殼車體自動焊接裝置，其特征在于，還包括:與所述龍門架式焊接機器人配合的送絲機。
3.根據(jù)權利要求1所述的薄殼車體自動焊接裝置，其特征在于，所述升降式頭尾架式變位器的尾架的液壓升降機構能夠沿水平方向移動并且使工件前后傾斜15°。
4.薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)清理車體待焊部位的油污、鐵銹及影響焊接質量的雜物； (2)將待焊的車體吊放在升降式頭尾架式變位器之間的翻轉架上，定位后夾緊車體； (3)打開焊接用富氬混合氣體氣源，所述混合氣體含90%Ar、10%C02,調節(jié)氣體流量待用； (4)將焊絲安裝到送絲機上，并送入龍門架式焊接機器人的焊槍中待用； (5)按技術文件所示焊縫及位置，先對焊縫間隙大于1_的焊縫進行封底焊，然后進行填充焊； (6)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體頂部置于水平位置，對車體頂部焊縫進行焊接; (7)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體左側置于水平位置，對左下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接； (8)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體底部置于水平位置，對車體底部焊縫進行焊接; (9)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車首抬起30°，對前下斜甲板與前下弧甲板焊縫、前下斜甲板與兩側垂直甲板焊縫進行焊接； (10)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體右側置于水平位置，對右下垂直甲板與底甲板焊縫進行焊接； (11)旋轉升降式頭尾架式變位器，將車體尾部置于水平位置，對車體尾部焊縫進行焊接； (12)龍門架式焊接機器人歸零位，對焊縫自檢和修磨，清理焊縫后將車體從翻轉架上卸下。
5.根據(jù)權利要求4所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，所述富氬混合氣體氣源的氣體流量為15-25L/min。
6.根據(jù)權利要求4所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，所述焊絲伸出焊槍的長度為10_20mm。
7.根據(jù)權利要求4所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(5)中，封底焊焊接工藝參數(shù)為:電流90-180A，電壓19-30V，填充焊焊接工藝參數(shù)為:電流220-280A，電壓26-36V。
8.根據(jù)權利要求7所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(5)中，封底焊和填充焊所使用的焊絲為H08Mn2SiA。
9.根據(jù)權利要求4所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(6)至步驟(11)中，焊接工藝參數(shù)為:電流200-280A，電壓23-36V。
10.根據(jù)權利要求9所述的薄殼車體自動焊接方法，其特征在于，在步驟(6)至步驟(11)中，焊接所使用的焊絲`為ER307Si。
【文檔編號】B23K37/047GK103659137SQ201410005374
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】馮和永, 張寶東, 高金良, 陳泳, 鄭曉萌, 李國強, 劉興成, 耿景剛, 侯建, 李巍, 祝國榮, 劉長華, 李鳳軍, 李紅文, 候錦毅, 郭殿軍 申請人:北京北方車輛集團有限公司