坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法

摘要

本发明公开了一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，涉及焊接技术领域。本发明的焊接方法先在坡口内焊接一个表面为平面的基准体，以增大焊接操作空间，随后在基准体表面从坡口的第一焊接面向坡口的第二焊接面依次焊接首道焊体、至少一道中间焊体和尾道焊体，以保证焊接质量，即完成第一层焊接工序，最后按照同样方式，沿坡口深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口焊缝填平。本发明实施例只采用了三种机器人焊枪的姿态，即可完成对坡口的焊接工序，可以相应减少机器人焊枪控制编程工作，另外，由于采用了多道多层焊接方式，还可以保证焊接质量。

权利要求

1.一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：

对待焊接母材的坡口进行焊接形成一个基准体，所述坡口为V型坡口或J型坡口，所述坡口包括第一焊接面和第二焊接面，所述第一焊接面的一端和所述第二焊接面的一端之间的距离小于所述第一焊接面的另一端和所述第二焊接面的另一端之间的距离，所述基准体焊接在距离较小的所述第一焊接面和所述第二焊接面之间，所述基准体的表面为沿铅垂面的平面；

完成第一层焊接工序：

调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第一姿态，在基准体上靠着第一焊接面完成首道焊接工序，从而在基准体上形成首道焊体；

调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第二姿态，在基准体上靠着首道焊体向第二焊接面依次完成至少一道焊接工序，从而在基准体上形成至少一道中间焊体，待焊接的所述中间焊体的数量至少有两道时，所述机器人焊枪每次按等间隔向第二焊接面偏移，且偏移过程中所述机器人焊枪焊接每道所述中间焊体时均保持所述第二姿态；

调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第三姿态，在基准体上靠着最接近第二焊接面的中间焊体，完成尾道焊接工序，从而形成尾道焊体；

控制机器人焊枪沿坡口深度方向向上偏移，机器人焊枪按照第一层焊接工序，沿坡口深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口焊缝填平，所述坡口的夹角为30°到45°之间，所述第一焊接面沿坡口深度方向设置，所述第二焊接面向母材的斜向上方向延伸，所述机器人焊枪的第一姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为30°到34°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第一焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm，所述机器人焊枪的焊丝与所述第一焊接面之间具有2-3mm的间隙。

2.根据权利要求1所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，在第一层焊接工序之前，先测量基准体表面宽度尺寸，根据基准体表面宽度尺寸分别确定首道焊体、中间焊体和尾道焊体在基准体表面上的投影尺寸，并确定中间焊体的道数。

3.根据权利要求2所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，在各层焊接工序中，所述首道焊体和所述尾道焊体在上一焊接面上的投影尺寸大于零。

4.根据权利要求1所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，所述方法还包括：在基准体焊接完成后，对基准体表面、第一焊接面和第二焊接面的表面进行修磨。

5.根据权利要求1所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，所述机器人焊枪的第二姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为

3°到7°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第一焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm。

6.根据权利要求1所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，所述机器人焊枪的第三姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为

1°到5°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第二焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的枪身与所述第一焊接面之间具有不小于2mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm，所述机器人焊枪的焊丝与所述第二焊接面之间具有1-3mm的间隙。

7.根据权利要求1所述的坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，其特征在于，在多层焊接工序中，所述机器人焊枪沿坡口深度方向向上按等间距偏移。

说明书

坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法

技术领域

[0001] 本发明涉及坡口焊接技术领域，特别涉及一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法。

背景技术

[0002] 机器人自动焊接技术被广泛应用于汽车生产、船舶制造、零部件生产、电子电气制造等多个领域，并在相关产业中占据了主导地位，具有焊接质量稳定可靠、生产效率高、生产成本低且便于现代化管理等优点。

[0003] 在对100mm以上厚度的钢板采用机器人自动焊接技术进行焊缝焊接时，机器人需对焊缝坡口型式进行适应，并在焊缝坡口处完成多层多道焊接。

[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

[0005] 当采用机器人焊枪对焊缝进行焊接时，经常会发生机器人焊枪的姿态与焊缝坡口形式配合不佳或姿态随意变化，缺少固定的机器人焊枪姿态，易造成焊接不稳定、焊缝成形不均匀、未熔合、气孔等焊缝的焊接质量缺陷，也给机器人焊枪控制编程带来困难。

发明内容

[0006] 为了现有技术中因机器人焊枪的姿态造成焊缝的焊接质量差及控制编程困难的问题，本发明实施例提供了一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法。所述技术方案如下：

[0007] 一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，所述焊接方法包括：

[0008] 对待焊接母材的坡口进行焊接形成一个基准体，所述坡口为V型坡口或J型坡口，所述坡口包括第一焊接面和第二焊接面，所述第一焊接面的一端和所述第二焊接面的一端之间的距离小于所述第一焊接面的另一端和所述第二焊接面的另一端之间的距离，所述基准体焊接在距离较小的所述第一焊接面和所述第二焊接面之间，所述基准体的表面为沿铅垂面的平面；

[0009] 完成第一层焊接工序：

[0010] 调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第一姿态，在基准体上靠着第一焊接面完成首道焊接工序，从而在基准体上形成首道焊体；

[0011] 调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第二姿态，在基准体上靠着首道焊体向第二焊接面依次完成至少一道焊接工序，从而在基准体上形成至少一道中间焊体，[0012] 待焊接的所述中间焊体的数量至少有两道时，所述机器人焊枪每次按等间隔向第二焊接面偏移，且偏移过程中所述机器人焊枪焊接每道所述中间焊体时均保持所述第二姿态；

[0013] 调整机器人焊枪姿态，使机器人焊枪具有第三姿态，在基准体上靠着最接近第二焊接面的中间焊体，完成尾道焊接工序，从而形成尾道焊体；

[0014] 控制机器人焊枪沿坡口深度方向向上偏移，机器人焊枪按照第一层焊接工序，沿坡口深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口焊缝填平，

[0015] 所述坡口的夹角为30°到45°之间，所述第一焊接面沿坡口深度方向设置，所述第二焊接面向母材的斜向上方向延伸，所述机器人焊枪的第一姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为30°到34°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第一焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm，所述机器人焊枪的焊丝与所述第一焊接面之间具有2-3mm的间隙。

[0016] 进一步地，在第一层焊接工序之前，先测量基准体表面宽度尺寸，根据基准体表面宽度尺寸分别确定首道焊体、中间焊体和尾道焊体在基准体表面上的投影尺寸，并确定中间焊体的道数。

[0017] 优选地，在各层焊接工序中，所述首道焊体和所述尾道焊体在上一焊接面上的投影尺寸大于零。

[0018] 进一步地，所述方法还包括：在基准体焊接完成后，对基准体表面、第一焊接面和第二焊接面的表面进行修磨。

[0019] 进一步地，所述机器人焊枪的第二姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为3°到7°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第一焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm。

[0020] 进一步地，所述机器人焊枪的第三姿态包括：所述机器人焊枪的喷嘴与所述基准体的垂直面之间的夹角为1°到5°之间，所述机器人焊枪的喷嘴与所述第二焊接面之间具有不小于1mm的间隙，所述机器人焊枪的枪身与所述第一焊接面之间具有不小于2mm的间隙，所述机器人焊枪的焊丝伸长不小于15mm，所述机器人焊枪的焊丝与所述第二焊接面之间具有1-3mm的间隙。

[0021] 进一步地，所述机器人焊枪沿坡口深度方向向上按等间距偏移。

[0022] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例的焊接方法，它先在坡口的端部较窄处焊接一个表面为平面的基准体，以增大焊接操作空间，随后在基准体表面从坡口的第一焊接面向坡口的第二焊接面依次焊接首道焊体、至少一道中间焊体和尾道焊体，以保证焊接质量，即完成第一层焊接工序，最后按照同样方式，沿坡口深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口焊缝填平。本发明实施例只采用了三种机器人焊枪的姿态，即可完成对坡口的焊接工序，可以相应减少机器人焊枪控制编程工作，另外，由于采用了多道多层焊接方式，还可以保证焊接质量。

附图说明

[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0024] 图1是本发明实施例提供的焊接方法的流程示意图；

[0025] 图2是本发明实施例提供的焊接方法中第一层焊接工序的流程示意图；

[0026] 图3是本发明实施例提供的焊接方法中坡口的设置示意图；

[0027] 图4是本发明实施例提供的焊接方法中基准体的焊接示意图；

[0028] 图5是本发明实施例提供的焊接方法中首道焊体的焊接示意图；

[0029] 图6是本发明实施例提供的焊接方法中中间焊体的焊接示意图；

[0030] 图7是本发明实施例提供的焊接方法中尾道焊体的焊接示意图；

[0031] 图8是本发明实施例中的清枪剪丝机构的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0033] 本发明实施例提供了一种坡口焊缝机器人横焊的多层多道焊接方法，是针对坡口焊接进行设计的，图1为本发明实施例的坡口焊缝机器人横焊焊接方法的流程示意图，结合图1，该焊接方法包括：

[0034] 步骤S1，在待焊接母材1合适位置上开设有开口朝向水平面的坡口2。

[0035] 图3是本发明实施例提供的焊接方法中坡口的设置示意图，如图3所示，该坡口2可以为V型坡口或J型坡口，它包括第一焊接面2.1和第二焊接面2.2，第一焊接面2.1的一端和第二焊接面2.2的一端之间的距离小于第一焊接面2.1的另一端和第二焊接面2.2的另一端之间的距离，形成一个内窄外宽的结构形式。

[0036] 步骤S2，图4是本发明实施例提供的焊接方法中基准体的焊接示意图；结合图4，对待焊接母材1的坡口2进行焊接形成一个基准体3，基准体3焊接在距离较小的第一焊接面2.1和第二焊接面2.2之间，基准体3的表面为沿铅垂面的平面；

[0037] 步骤S3，结合图2所示的第一层焊接工序的流程示意图，完成第一层焊接工序：

[0038] 步骤S31，图5是本发明实施例提供的焊接方法中首道焊体的焊接示意图；结合图5，调整机器人焊枪4姿态，使机器人焊枪4具有第一姿态，在基准体3上靠着第一焊接面2.1完成首道焊接工序，完成首道焊接工序后，从而在基准体3上形成首道焊体；

[0039] 步骤S32，图6是本发明实施例提供的焊接方法中中间焊体的焊接示意图；结合图6，调整机器人焊枪4姿态，使机器人焊枪4具有第二姿态，在基准体3上靠着首道焊体向第二焊接面2.2依次完成至少一道焊接工序，从而在基准体3上形成至少一道中间焊体；

[0040] 步骤S33，图7是本发明实施例提供的焊接方法中尾道焊体的焊接示意图；结合图7，调整机器人焊枪4姿态，使机器人焊枪4具有第三姿态，在基准体3上靠着最接近第二焊接面2.2的中间焊体，完成尾道焊接工序，从而形成尾道焊体。

[0041] 步骤S4，控制机器人焊枪4沿坡口2深度方向向上偏移，机器人焊枪4按照第一层焊接工序，沿坡口2深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口2焊缝填平。

[0042] 本发明实施例提供的焊接方法，它先在坡口2处焊接一个表面为平面的基准体3，以增大焊接操作空间，随后在基准体3表面从坡口2的第一焊接面2.1向坡口2的第二焊接面2.2依次焊接首道焊体、至少一道中间焊体和尾道焊体，以保证焊接质量，即完成第一层焊接工序，最后再按照同样方式，沿坡口深度方向向上依次完成多层焊接工序，直至将坡口2焊缝填平。本发明实施例由于只采用了三种机器人焊枪的姿态，即可完成对坡口的焊接工序，可以相应减少机器人焊枪控制编程工作，另外，由于采用了多道多层焊接方式，还可以保证焊接质量。

[0043] 结合图3，本发明实施例中，坡口2的第一焊接面2.1可以沿坡口深度方向设置，第二焊接面2.2向母材1的斜向上方向延伸。第一焊接面2.1为首道焊体的焊接提供基准，另外，坡口2的夹角优选为30°到45°之间，此角度的坡口为常用母材焊接坡口，具有很好的通用性。

[0044] 本发明实施例的第一焊接面2.1沿母材1的深度方向设置，第二焊接面2.2向母材1的斜向上方向延伸，这是因为沿母材1的深度方向设置的第一焊接面2.1可以为首道焊体的焊接提供基准，而第二焊接面2.2向母材1的斜向上方向，在焊接时是采用从第一焊接面2.1向第二焊接面2.2的方向焊接，可以避免焊接时熔滴因重力发生下流现象，保证焊接质量。

[0045] 由于坡口2的端部较窄处空间不足，因此，需在坡口2的端部较窄处焊接一个表面为平面的基准体3，以增大操作空间，基准体3可以采用手工焊接的形式进行焊接，基准体3在焊接时手工打底，基准体3焊接工序完成后，结合图4，基准体3的表面宽度H1应不小于首道焊体、至少一道中间焊体和尾道焊体在基准体3表面投影的总和，以保证具有足够的空间可以有多个焊体进行焊接，以保证焊接后的母材强度。还有，本发明实施例的基准体3两端的宽度之差不大于1mm，以避免减少首道焊体、中间焊体和尾道焊体的焊接尺寸设计误差。

[0046] 本发明实施例的基准体3在焊接完成后，需要对基准体3表面、坡口2的第一焊接面2.1和第二焊接面2.1的表面进行修磨，保证基准体3的表面、坡口2的第一焊接面2.1和第二焊接面2.1的平面度不大于1/1000，以保证坡口表面的平整光滑。

[0047] 在第一层焊接工序施工之前，本发明实施例需要先测量基准体3表面宽度尺寸，并根据基准体3表面宽度尺寸分别及确定首道焊体、中间焊体和尾道焊体在基准体3表面上的投影尺寸，并确定中间焊体的道数。

[0048] 本发明实施例可以采用激光寻位跟踪系统对基准体3表面进行扫描，测量基准体3表面宽度H1，并确定首道焊体、中间焊体和尾道焊体在基准体3表面上的投影尺寸，调用根据实验所得的表1所示的焊道工艺库，确定所焊接的坡口的中间焊道的道数N。

[0049]

[0050] 表1

[0051] 表1所示的焊道工艺库中，H1和N的关系式为H1＝5N+K，其中，K为修正参数，K的取值范围可以在5至10之间。

[0052] 同时基于横焊的工艺特点和焊接工艺性，焊接过程的工艺参数如表2所示。

[0053]焊接道数 焊接电流(A) 焊接电压(V) 焊接速度cm/min 气体流量L/min
首尾焊道 270～280 28～31 45 20～25
中间焊道 260～270 27～30 45 20～25

[0054] 表2

[0055] 在焊接过程中，焊接参数分为首尾焊道和中间焊道工艺。中间焊道所选电流为260～270A，电压为27～30V。而首尾焊道，为保证其熔透性和填充效果所选工艺参数适当加大电流为270～280A，电压为28～31V。

[0056] 在基准体3表面焊接中，由于首道焊体和尾道焊体均与母材1接触，可能存在熔透性较差的问题，而中间若干道中间焊体均是溶敷金属之间的接触，其熔透性较好，故在焊接前，在基准体上3对应首段焊体和尾道焊体处分别预留尺寸ΔL1和ΔL2，即在各层焊接工序中，首道焊体和尾道焊体在上一焊接面上的投影尺寸大于零，以用于首道焊体和尾道焊体的焊接，ΔL1和ΔL2的尺寸通常分别为ΔL1＝10mm，ΔL2＝4mm左右，以保证焊接熔透性，而中间焊体在焊接时，机器人焊枪4的偏移量为ΔL＝(H1-ΔL1-ΔL2)/N。这就使得焊道在坡口2宽度方向得到合理的分布，焊道之间填充压实的比较紧密，同时也便于实现程序自动化。

[0057] 另外，在焊接过程中，沿坡口深度方向向上逐层依次焊接时，位于下一层焊缝相对上一层焊缝进行坡口深度方向向上的等间距偏移ΔD，其中ΔD的取值为坡口顶点到基准体3表面的高度和待焊接的层数之比。

[0058] 本发明实施例在对具有基准体3的坡口2焊接前，需采用清枪剪丝机构对机器人焊枪4进行焊前清理。图8是本发明实施例中的清枪剪丝机构的结构示意图；结合图8，该清枪剪丝机构5包括两个相对设置的减丝刀5.1和一个铰刀5.2，铰刀5.2设置在两个减丝刀5.1连线的中垂线上，减丝刀5.1和铰刀5.2可以通过手动进行控制，使用时，两个减丝刀5.1对机器人焊枪4的焊丝进行清理，而铰刀5.2用于对机器人焊枪4的喷嘴及枪身进行清理，尽可能避免因外界因素对焊接质量造成影响。

[0059] 本发明实施例的机器人焊枪4的焊丝可以采用Φ1.2实芯焊丝。

[0060] 结合图5，在焊接首道焊体时，机器人焊枪4具有第一姿态，该第一姿态可以包括：机器人焊枪4的喷嘴与基准体3的垂直面之间的夹角A1＝32°(±2°)，机器人焊枪4的喷嘴与第一焊接面2.1之间具有最小间隙H2，H2≥1mm，以防止在焊接过程中，机器人焊枪4触碰到焊接面，影响焊接效果。另外，机器人焊枪的焊丝伸长不小于18mm，机器人焊枪4的焊丝与第一焊接面2.1之间具有最小间隙L1，L1在2-3mm之间，以保证具有足够的空间使焊接熔透。

[0061] 结合图6，在焊接中间焊体时，机器人焊枪4具有第二姿态，该第二姿态包括：机器人焊枪4的喷嘴与基准体3的垂直面之间的夹角A2＝5°(±2°)，机器人焊枪4的喷嘴与第一焊接面2.1之间具有最小间隙H3，H3≥1mm，以防止在焊接过程中，机器人焊枪4触碰到焊接面，影响焊接效果。另外，机器人焊枪4的焊丝伸长不小于15mm，以保证具有足够的空间使焊接熔透。

[0062] 结合图7，在焊接尾道焊体时，机器人焊枪4具有第三姿态，该第三姿态包括：机器人焊枪4的喷嘴与基准体3的垂直面之间的夹角A3＝3°(±2°)，机器人焊枪4的喷嘴与第二焊接面2.1之间具有最小间隙H4，H4≥1mm，机器人焊枪4的枪身与第一焊接面2.1之间具有最小间隙H5，H5≥2mm，以防止在焊接过程中，机器人焊枪4触碰到焊接面，影响焊接效果；另外，机器人焊枪4的焊丝伸长不小于15mm，机器人焊枪4的焊丝与第二焊接面2.2之间具有最小间隙L2，L2在1-3mm之间的，以保证具有足够的空间使焊接熔透。

[0063] 本发明实施例中，若待焊接的中间焊道的数量至少有两道时，机器人焊枪4每次按等间隔向第二焊接面2.2偏移，所有的中间焊体的焊接均保持此焊枪姿态均匀向后偏移完成，这就可以减少机器人焊枪4的控制编程。

[0064] 在完成第一层所有焊道的焊接后，机器人焊枪4回到安全位置。第一层所有焊道即成为下一层焊道的基准体，激光寻位跟踪系统测量已焊完的所有焊缝宽度，并调用焊道数据库进行下一层焊接布道，机器人焊枪4通过接触寻位功能进行寻位，确定新的一层焊道基于上一层焊道的高度提升量及首道焊体起始焊接位置。第二层所有焊道的焊接的首道焊体、中间焊道和尾道焊体姿态要求与第一层焊道相同，即可避免相应的机器人焊枪的控制编程。

[0065] 本发明实施例所示的焊接方法通过机器人自动焊接设备来完成的，该机器人自动焊接设备包括机器人焊接系统、激光寻位跟踪系统、电弧传感系统，通过三个系统相互配合，完成焊缝焊接的自动化。

[0066] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。