[发明专利]一种智能焊接厚大工件自适应打底层坡口组对误差装置及方法

说明书

本发明公开了大型装备制造焊接工艺技术领域的一种智能焊接厚大工件自适应打底层坡口组对误差装置及方法。其包括：焊接电源、气体保护焊接机构、控制机构和送丝机构；气体保护焊接机构包括焊枪行走装置、保护气体装置、摄像机、焊缝跟踪器和焊枪；摄像机和焊缝跟踪器连接于焊枪的焊接端；摄像机用于获取焊接实时图像并传递至控制机构；焊枪行走装置和保护气体装置与焊枪连接；控制机构包括手动控制器和遥控器；手动控制器与焊缝跟踪器连接，用以控制焊接电流大小、电弧电压、焊接速度和焊枪的机械执行动作；送丝机构与气体保护焊接机构连接。本发明能够适应工件加工所产生的坡口组对误差，实现正面和背面焊接，提高了焊接效率和质量。

技术领域

本发明涉及一种智能焊接厚大工件自适应打底层坡口组对误差装置及方法，属于大型装备制造焊接工艺技术领域。

背景技术

大型厚壁压力容器及重大装备如化工高压容器和核电压力容器主体焊缝焊接工作量大且质量要求高，应用高效可靠的自动化焊接方法是智能制造发展的必然趋势。随着机器人技术及自动化工装的研发，大量的焊接工作由机器替代人工实现自动化已具备可行性。而激光视觉传感器又使自动化焊接寻位进而实现焊缝自动跟踪具有可能性。目前大型工件自动焊接的主要方法是使工件回转，焊枪固定于上部进行平位置焊接。该自动焊接需设计制作复杂龙门架等工艺装备。

厚大工件不同于小型精密工件，焊前加工坡口组对误差尺寸往往较大。焊接坡口组对导致的常见误差包括：焊枪运动轨迹横向和垂直偏离以及坡口两端高低不平引起的错边和根部间隙过大或过小。目前制约大型压力容器及装备制造采用上述自动焊接面临的一大难点是成形过程中的切割和大型卷板机卷圆等加工难以保证焊前坡口组对尺寸的一致性，坡口存在一定的间隙大小不均匀和不圆度导致上下径向偏差和形成组对错边等情况。该情况直接导致自动焊接过程，尤其是打底层关键焊缝易出现根部未焊透、焊距高度不稳定和焊缝成形不良等缺陷，最终导致主体焊缝质量不合格。采用焊缝跟踪虽然在一定程度上能解决焊枪行走偏差，但仅能在水平和垂直方位能作微量调整，不适用于厚大工件过大组对尺寸误差，也无法解决坡口错边和根部间隙过大误差难题。与此同时，随着焊接的进行，由于电弧加热也会不断引起工件局部热变形，从而更加加剧工件坡口组对误差，偏离设计尺寸。相比多层焊其余焊道，打底层对坡口尺寸精度要求非常高，往往是决定整个焊缝质量的关键。

为克服上述情况，制造企业不得不采用效率十分低下手工打底焊接，由人工进行根据边焊边观察调整底层焊接的方法，然后再用埋弧焊进行填充焊接。手工焊接费时费力，一般需耗费2-3月的工时，极大地拖延了制造周期。手工打底焊不能连续施焊，钨极氩弧焊需周期性更换直条焊丝，焊条电弧焊需周期性更换焊条，效率低且过程稳定性差，对人工操作技能要求高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种智能焊接厚大工件自适应打底层坡口组对误差装置及方法，通过设置手动控制器，控制调节焊接电流大小、电弧电压、焊接速度和焊枪的机械执行动作，实现在焊接过程中，控制焊枪针对不同工况进行适应性摆动、偏转、横向移动和垂直上下移动，从而解决了如何在较大程度上消除厚大工件组对偏差对打底焊道影响的技术问题。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种智能焊接厚大工件自适应打底层坡口组对误差装置，包括了：焊接电源、气体保护焊接机构、控制机构和送丝机构；

所述气体保护焊接机构包括焊枪行走装置、保护气体装置、摄像机、焊缝跟踪器和焊枪；所述摄像机和所述焊缝跟踪器连接于所述焊枪的焊接端；所述摄像机用于获取所述焊枪的焊接实时图像，并将所述焊接实时图像传递至所述控制机构；所述焊缝跟踪器用于实时监测跟踪焊缝，并在水平方位和垂直方位上调整焊枪行走偏差；所述焊枪行走装置与所述焊枪连接，用以带动所述焊枪在工件坡口侧面移动；所述保护气体装置通过保护气体通路与所述焊枪连接，用以在焊接过程中向焊接区域输送保护气体；