專利名稱：復合熱源螺柱焊機器人焊接方法及其系統的制作方法
復合熱源螺柱焊機器人焊接方法及其系統技術領域
本發明屬于在鋼、鋁、銅基體上自動焊接鋼、鋁、銅等中大尺寸螺柱的特種焊接技術，特別是一種復合熱源螺柱焊機器人焊接方法及其系統。
背景技術：
在船體船艙中、兵器裝甲車輛車體內部、各種壓力容器內外壁、橋梁及其它領域均廣泛應用鋼基體與鋼、鋁、銅螺柱的焊接，螺柱焊接涉及的領域日益廣泛。隨著現代工業的快速發展，螺柱的使用率越來越高，需要焊接的螺柱數量也隨之增加。現代機械制造技術要求螺柱焊接應具有快速、可靠、簡化、操作簡便、降低成本等特點。
電弧螺柱焊接方法(陶瓷環保護式及焊劑或氣體保護式電弧螺柱焊)廣泛應用于直徑Φ3 Φ20πιπι的螺柱，在中厚板工件上施焊，在造船、冶金爐窯及建筑工業等行業得到了廣泛應用。手動螺柱焊焊接，生產率低，每分鐘只能焊10個左右。
目前國內外采用的螺柱焊工藝方法和焊接裝備在薄、中厚度(如12 16mm以下) 低碳鋼使用效果良好，但對于大厚度板或碳當量很高的中薄鋼板，電弧螺柱焊快速加熱和急速冷卻造成焊接接頭極易產生裂紋、未熔合等缺陷，焊接質量不能保證，需要研究開發新型工藝方法，突破關鍵技術，解決中厚鋼板螺柱焊接的技術難題。發明內容
本發明的目的在于提供一種復合熱源螺柱焊機器人焊接方法及其系統，利用復合熱源的優勢進行厚大工件與螺柱的焊接，有效解決由熱傳導不均勻性引起的接頭未熔合、 夾渣等焊接缺陷，解決中厚板高拘束度和高碳當量接頭因快速加熱和高速冷卻產生的脆性組織及可能的冷裂紋缺陷，特別是便于基于機器人技術和自動螺柱焊槍的中大尺寸范圍的不同中大厚與碳當量含量高的鋼板的螺柱焊接。
實現本發明目的的技術解決方案為一種焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，當螺柱不需要焊后熱處理時，其包括以下步驟
步驟1，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸運動將感應加熱環放置到待焊螺柱工件的上方；
步驟2，感應焊機與冷卻水循環系統開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；
步驟3，感應加熱完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離工件；
步驟4，焊接機器人運動將螺柱焊槍運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；
步驟5，啟動螺柱焊槍，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，同時將感應加熱環移動到焊接完成后的螺柱上方；
當螺柱需要焊后熱處理時，還要進行如下處理
步驟6，氣缸運動將感應加熱環進給到需要焊后熱處理的螺柱上方；
步驟7，啟動感應焊機與冷卻水循環系統對螺柱進行焊后熱處理；
步驟8，熱處理完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離螺柱，焊接機器人移動將機頭裝置移離工件，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
一種實現上述焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法的系統，包括焊接機器人、機器人控制系統、螺柱焊電源、感應焊機、冷卻水循環系統，焊接機器人與機器人控制系統連接， 螺柱焊接電源與機器人控制系統連接，感應焊機固定于焊接機器人的大臂上方，兩者在作業工作中均接收機器人控制系統的控制信號，在焊接機器人手臂末端的法蘭盤上固定焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置，該機頭裝置包括上連接板、導柱和氣缸，導柱通過直線軸承與上連接板的一端固定，氣缸通過螺紋套筒與上連接板固定，導柱和氣缸的另一端分別與感應加熱環固定裝置固定安裝，感應加熱環固定安裝于感應加熱環固定裝置上，焊槍連接件與上連接板的另一端連接，焊槍固定安裝到焊槍連接件上，陶瓷環固定板通過導桿與焊槍連接安裝，螺柱與焊槍的末端連接，所述的上連接板與焊接機器人手臂末端的法蘭盤固定安裝，冷卻水循環系統與感應加熱環連接，氣缸、焊槍、感應加熱焊機的控制均由機器人控制系統給出，并與機器人控制系統共同協同作用完成螺柱焊接作業。
本發明與現有技術相比，其顯著優點1、是基于機器人技術的復合熱源自動螺柱焊接；2、使用該裝置可實現自動螺柱焊槍與機器人的有效整合；3、能夠實現對中大厚板或碳當量含量很高的中薄鋼板的螺柱焊接，焊接質量理想；4、能夠對焊接后的螺柱與鋼板進行焊后熱處理，進一步提高焊接質量；5、螺柱焊接過程可實現自動化操作，效率明顯提高。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。


圖1是本發明的焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置系統示意圖。
圖2是本發明的機頭機械裝置示意圖。
圖3是使用復合熱源焊接的螺柱焊接效果圖。
圖4是未使用復合熱源螺柱焊接的效果圖。
具體實施方式
本發明針對機器人技術與螺柱焊槍的整合及解決大厚度或碳當量很高的中薄鋼板的焊接問題設計了一套自動螺柱焊接焊槍與機器人的連接的機頭，同時配備感應加熱焊機，利用復合熱源的優勢進行厚大工件與螺柱的焊接，有效解決由熱傳導不均勻性引起的接頭未熔合，夾渣等焊接缺陷，解決中厚板高拘束度和高碳當量接頭因快速加熱和高速冷卻產生的脆性組織及可能的冷裂紋缺陷。本產品設計焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭的機械裝置能實現機器人與螺柱焊槍的有效整合，同時配備的感應加熱焊機可提供復合熱源，對中大厚板或碳當量含量很高的中薄鋼板的螺柱焊接進行焊前預熱與焊后熱處理，有效地實現了機器人與螺柱焊槍的整合，同時有效解決了中大厚板或碳當量含量很高的鋼板的焊接問題。
結合圖1，本發明焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，當螺柱11不需要焊后熱處理時，其包括以下步驟
步驟1，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸3運動將感應加熱環13放置到待焊螺柱工件的上方；
步驟2，感應焊機15與冷卻水循環系統16開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；其中感應加熱溫度為600-650°C ；
步驟3，感應加熱完畢后，氣缸3運動將感應加熱環13升離工件；
步驟4，焊接機器人運動將螺柱焊槍8運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；
步驟5，啟動螺柱焊槍8，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
結合圖1，本發明焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，當螺柱11需要焊后熱處理時，其包括以下步驟
步驟1，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸3運動將感應加熱環13放置到待焊螺柱工件的上方；
步驟2，感應焊機15與冷卻水循環系統16開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；其中感應加熱溫度為600-650°C ；
步驟3，感應加熱完畢后，氣缸3運動將感應加熱環13升離工件；
步驟4，焊接機器人運動將螺柱焊槍8運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；
步驟5，啟動螺柱焊槍8，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，同時將感應加熱環13移動到焊接完成后的螺柱11上方；
步驟6，氣缸3運動將感應加熱環13進給到需要焊后熱處理的螺柱11上方；
步驟7，啟動感應焊機15與冷卻水循環系統16對螺柱11進行焊后熱處理；其中熱處理溫度為300_400°C ；
步驟8，熱處理完畢后，氣缸3運動將感應加熱環13升離螺柱11，焊接機器人移動將機頭裝置移離工件，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
本發明實現焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法的系統，包括焊接機器人、機器人控制系統、螺柱焊電源、感應焊機15、冷卻水循環系統16，焊接機器人與機器人控制系統連接，螺柱焊接電源與機器人控制系統連接，感應焊機[15]固定于焊接機器人的大臂上方， 兩者在作業工作中均接收機器人控制系統的控制信號，在焊接機器人手臂末端的法蘭盤14 上固定焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置。焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置與感應焊機15都與機器人控制系統相連接，接收機器人控制系統的控制信號；其中焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置完成對自動螺柱焊槍的裝夾與安裝，感應加熱環的裝夾與安裝，以及感應加熱環的上下進給運動；感應焊機實現對中大厚板或碳當量含量很高的中薄鋼板的焊前預熱與焊后熱處理。最后同過機器人的控制與協同作用完成待焊工件的焊接作業。
結合圖2，焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭機械裝置的結構如下機頭機械裝置包括上連接板1和導柱2、氣缸3，導柱2通過直線軸承4與上連接板1的一端固定，氣缸 3通過螺紋套筒5與上連接板1進行連接，導柱2與氣缸3的另一端與感應加熱環固定裝置6固定安裝，感應加熱環13固定于感應加熱環固定裝置6上，焊槍連接件7與上連接板 1的另一端連接，焊槍8固定安裝到焊槍連接件7上，螺柱11與焊槍8連接安裝，導桿9下方固定安裝陶瓷環固定板10，上連接板1最終與機器人手臂末端的法蘭盤14固定安裝。機頭機械裝置的工作原理如下在螺柱焊槍8的下方將螺柱11安裝，將陶瓷環12安裝固定于陶瓷環固定板10上，焊接開始后，機器人運動到待焊工件部位的上方，機器人系統發出控制信號，氣缸3運動將感應加熱環13放置與待焊加熱工件部位，機器人發出控制信號，感應焊機開啟，同時冷卻水循環系統16同時打開，通過感應加熱環13對工件進行加熱，加熱完畢后，機器人系統發出控制信號關閉感應焊機，同時機器人系統發出控制信號，氣缸3運動將感應加熱環13升離工件，機器人運動將焊槍8移至待焊工件部位，機器人系統發出控制信號，焊槍8開關開啟進行螺柱11的焊接，焊接完成后，機器人移動將焊槍8移離工件，拆卸工件，進行下一輪的螺柱焊接。
該焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置基于機器人技術，采用機頭機械裝置實現自動螺柱焊槍的裝夾與安裝，感應加熱環的裝夾與安裝，以及感應加熱環的上下進給運動，通過與感應加熱焊機的協同作用，實現中大厚板或碳當量含量很高的中薄鋼板的焊接。 結合圖1，本發明的工作過程如下當螺柱焊接過程不需要焊后熱處理時，先將某一規格的鋼螺柱和與該螺柱配套的陶瓷圈預先安裝在螺柱焊槍的夾套上，然后機器人控制系統發出一系列的控制信號完成整個自動焊接過程，具體步驟如下(1)機械手運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸運動將感應加熱環放置到待焊螺柱工件的上方；( 感應焊機與冷卻水循環系統開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；C3)感應加熱完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離工件；(4)焊接機器人運動將螺柱焊槍運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；( 啟動螺柱焊槍，完成工件的焊接，焊接完成后，機器人運動將整個裝置移開，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
當螺柱焊接過程需要進行焊后熱處理時，先將某一規格的鋼螺柱和與該螺柱配套的陶瓷圈預先安裝在螺柱焊槍的夾套上，然后機器人控制系統發出一系列的控制信號完成整個自動焊接過程，具體步驟如下(1)機械手運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸運動將感應加熱環放置到待焊螺柱工件的上方；( 感應焊機與冷卻水循環系統開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；C3)感應加熱完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離工件；(4)焊接機器人運動將螺柱焊槍運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；( 啟動螺柱焊槍，完成工件的焊接，機器人運動將焊槍移離工件，同時將感應加熱環移動到焊接完成后的螺柱上方；(6)氣缸運動將感應加熱環進給到需要焊后熱處理的螺柱上方；(7)啟動感應加熱焊機與冷卻水循環系統對螺柱進行焊后熱處理；(8)熱處理完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離螺柱，機器人移動將裝置移離工件，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
在該技術方案中，本發明中螺柱焊接機頭的機械裝置能夠將機器人技術與螺柱焊接有效地進行整合，通過復合熱源的加入，可對大中厚或碳當量含量很高的中厚鋼板進行有效地螺柱焊接，焊接質量優良。同時，利用機器人技術的優良的定位功能，能夠實現螺柱焊接的精準定位，從而完成更加精確地螺柱焊接。
下面以實施例來詳細描述本發明的實現焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法。
實施例1。結合圖1與圖2，以直徑19mm長度為52mm的螺柱在板厚60mm的鋼板上進行自動螺柱焊為例焊接完成后需要進行焊后熱處理。先將直徑為19mm長度為52mm鋼螺柱以及與該螺柱配套的陶瓷圈預先安裝在螺柱焊槍與陶瓷環固定裝置上。然后機器人控制系統發出一系列的控制信號完成整個自動焊接過程，具體步驟如下(1)機械人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸3運動將感應加熱環13放置到待焊螺柱工件的上方；(2)感應焊機15與冷卻水循環系統16開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱至600°C左右； (3)感應加熱完畢后，氣缸3運動將感應加熱環13升離工件；(4)焊接機器人運動將螺柱焊槍8運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；( 啟動螺柱焊槍8，完成工件的焊接， 焊接完成后，機器人運動將整個裝置移開，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。使用本發明的裝置及方法的焊接效果圖見圖3所示，對比未使用本發明的效果圖見圖4，從圖中可知，本發明有效解決由熱傳導不均勻性引起的接頭未熔合、夾渣等焊接缺陷，解決中厚板高拘束度和高碳當量接頭因快速加熱和高速冷卻產生的脆性組織及可能的冷裂紋缺陷。
實施例2。結合圖1，以直徑19mm長度為52mm的螺柱在板厚60mm的鋼板上進行自動螺柱焊為例焊接完成后需要進行焊后熱處理。先將直徑為19mm長度為52mm鋼螺柱以及與該螺柱配套的陶瓷圈預先安裝在螺柱焊槍與陶瓷環固定裝置上。然后機器人控制系統發出一系列的控制信號完成整個自動焊接過程，具體步驟如下(1)機械人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸3運動將感應加熱環13放置到待焊螺柱工件的上方；( 感應焊機 15與冷卻水循環系統16開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱至600°C左右；( 感應加熱完畢后，氣缸3運動將感應加熱環13升離工件；(4)焊接機器人運動將螺柱焊槍8運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；( 啟動螺柱焊槍8，完成工件的焊接。(6)焊接機器人運動將感應加熱環13移動到已焊接的螺柱上方，氣缸3運動將感應加熱環13運動至螺柱上，感應加熱至300°C左右。焊接完成后，機器人運動將整個裝置移開，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
權利要求
1.一種焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，其特征在于當螺柱(11)不需要焊后熱處理時，其包括以下步驟步驟1，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸C3)運動將感應加熱環(13)放置到待焊螺柱工件的上方；步驟2，感應焊機(1 與冷卻水循環系統(16)開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加執.y 、人 步驟3，感應加熱完畢后，氣缸C3)運動將感應加熱環(1 升離工件； 步驟4，焊接機器人運動將螺柱焊槍(8)運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方； 步驟5，啟動螺柱焊槍(8)，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
2.根據權利要求1所述的焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，其特征在于步驟2中感應加熱溫度為600-650°C。
3.一種焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，其特征在于當螺柱(11)需要焊后熱處理時，其包括以下步驟步驟1，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸C3)運動將感應加熱環(13)放置到待焊螺柱工件的上方；步驟2，感應焊機(1 與冷卻水循環系統(16)開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加執.y 、人 步驟3，感應加熱完畢后，氣缸C3)運動將感應加熱環(1 升離工件； 步驟4，焊接機器人運動將螺柱焊槍(8)運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方； 步驟5，啟動螺柱焊槍(8)，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，同時將感應加熱環(1 移動到焊接完成后的螺柱(U)上方；步驟6，氣缸( 運動將感應加熱環(1 進給到需要焊后熱處理的螺柱(11)上方； 步驟7，啟動感應焊機(1 與冷卻水循環系統(16)對螺柱(11)進行焊后熱處理； 步驟8，熱處理完畢后，氣缸C3)運動將感應加熱環(1 升離螺柱(11)，焊接機器人移動將機頭裝置移離工件，進行更換工件，進行下一個工件的焊接。
4.根據權利要求3所述的焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法，其特征在于步驟2中感應加熱溫度為600-650°C，步驟7中熱處理溫度為300-400°C。
5.一種實現權利要求1至4任意一項所述的焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法的系統，包括焊接機器人、機器人控制系統、螺柱焊電源、感應焊機(15)、冷卻水循環系統(16)， 焊接機器人與機器人控制系統連接，螺柱焊接電源與機器人控制系統連接，感應焊機(15) 固定于焊接機器人的大臂上方，兩者在作業工作中均接收機器人控制系統的控制信號，其特征在于在焊接機器人手臂末端的法蘭盤(14)上固定焊接機器人復合熱源螺柱焊接機頭裝置，該機頭裝置包括上連接板(1)、導柱( 和氣缸(3)，導柱( 通過直線軸承(4)與上連接板(1)的一端固定，氣缸C3)通過螺紋套筒( 與上連接板(1)固定，導柱( 和氣缸 (3)的另一端分別與感應加熱環固定裝置(6)固定安裝，感應加熱環13固定安裝于感應加熱環固定裝置(6)上，焊槍連接件(7)與上連接板(1)的另一端連接，焊槍(8)固定安裝到焊槍連接件(7)上，陶瓷環固定板(10)通過導桿(9)與焊槍(8)連接安裝，螺柱(1 與焊槍(8)的末端連接，所述的上連接板(1)與焊接機器人手臂末端的法蘭盤(14)固定安裝，冷卻水循環系統(16)與感應加熱環(1 連接，氣缸(3)、焊槍(8)、感應加熱焊機(15)的控制均由機器人控制系統給出，并與機器人控制系統共同協同作用完成螺柱焊接作業。
全文摘要
本發明公開了一種焊接機器人復合熱源螺柱焊接方法及其系統，焊接機器人運動到待焊螺柱部位的工件上，氣缸運動將感應加熱環放置到待焊螺柱工件的上方；感應焊機與冷卻水循環系統開啟對該待焊螺柱部位工件進行感應加熱；感應加熱完畢后，氣缸運動將感應加熱環升離工件；焊接機器人運動將螺柱焊槍運動至待焊的已加熱的螺柱部位的工件上方；啟動螺柱焊槍，完成工件的焊接，焊接完成后，焊接機器人運動將機頭裝置移開，同時將感應加熱環移動到焊接完成后的螺柱上方；還可以對螺柱進行焊后熱處理。本發明是基于機器人技術的復合熱源自動螺柱焊接；使用該裝置可實現自動螺柱焊槍與機器人的有效整合。
文檔編號B23K9/20GK102489845SQ201110367019
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者張德庫, 沈華, 王克鴻, 高志國 申請人:南京理工大學