一種平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法
【專利摘要】一種平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，該方法是：在焊槍前端一定距離處的待焊平板正面外側放置的支座上安裝二個圓形凸起滾輪；在待焊平板反面外側放置的支座上安裝二個圓形凹槽滾輪；在各支座的中心位置分別安裝一個電磁鐵，兩電磁鐵為異性電磁鐵；接通電源，開始隨焊焊接工作；在待焊平板的焊接完成后，切斷電源即可。本發明能夠使工件的夾緊和脫離自如，根部間隙定位間距準確、靈活，既能有效地限制焊接件的錯邊和角度偏差，使錯邊量與角度偏差達到最小，又能顯著地提高接頭根部間隙的定位精度，降低焊接變形與殘余應力，使雙面焊接工藝可無阻礙連續進行，工作效率高，而且采用滾動方式，摩擦力小，不會損傷結構件的正反表面。
【專利說明】一種平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種平板雙面焊工藝方法，特別是涉及一種在平板雙面對接焊時能夠限制接頭根部間隙錯邊及角度偏差的隨焊控制方法。
【背景技術】
[0002]雙面對接焊是指從待焊件的正反兩面，采用兩把焊槍進行同時同方向焊接的一種工藝方法，它可以在保證焊接質量的情況下，提高焊接生產效率，并可減少打底清根工序，免除了清根時繁重的勞動并節省了焊接材料的消耗。不易出現氣孔、夾渣等缺陷，而且雙面焊后工件的角變形小、殘余應力低。同時，由于平板對接焊中焊縫及近縫區會產生較大的內應力，其中橫向的內應力及橫向收縮，會導致焊接平板根部間距不斷減小，最終間距消失，并可能導致待焊件發生交疊。這將使得焊縫金屬填充不均勻而導致接頭質量不良；縱向的拉伸內應力，超過平板結構的臨界壓穩應力時，會導致平板壓屈失穩而發生翹曲變形，從而導致待焊縫兩側平板發生較大錯邊與角度偏差，而影響焊接質量，甚至導致焊接終止。如果待焊平板不采取適當的措施來限制焊縫根部間距的縮小，則無法保證雙面對接焊接工藝的正常進行。為了實現鋁合金、合金鋼、鈦合金等平板的雙面對焊過程得以順利進行，在雙面對焊過程中必須使接頭根部保持I?4mm的間隙；同樣，在待焊焊縫方向上不采取適當的約束來限制待焊平板發生錯邊與角度偏差，則會因錯邊與角度偏差嚴重，甚至出現待對接焊件交疊而導致雙面對接焊過程無法繼續進行，不利于實現手工或自動化雙面對接焊。雙面焊與單面焊相比，特點是正反面兩把焊槍同時施焊，不能使用傳統的焊接夾具來限制錯邊和角度偏差。因此，如何保證平板雙面對接焊接頭根部間隙在焊接過程中始終保持不變及限制待焊焊縫附近平板發生較大的錯邊與角度偏差，已成為鋁合金、鈦合金等平板的手工或自動化雙面對接焊的關鍵所在。目前，鋁合金、鈦合金、不銹鋼等薄壁構件的雙面對接焊，常采用雙人手工或雙機器人自動化的雙面TIG填絲焊、雙面MIG焊及等離子與TIG填絲焊等雙面焊接工藝，可用于平板結構的雙面橫焊與立焊，傳統采用的控制措施主要有如下幾種:
(O點接觸定位:如圖1所示，即接頭根部間隙定位焊，事先在待焊平板對接接頭根部位置，每隔30?IOOmm左右焊接若干個定位焊縫，然后再連接成整條焊縫。存在的問題是點焊間距過大時剛性不夠，若間距較小時，則需點焊定位很多處；該方法的另一個缺點是不能夠較好地控制錯邊與角度偏差的發生。
[0003](2)面接觸定位:如圖2所示，即在待焊件的正反面焊接一些約束小板塊，雙面焊槍臨近時，取下附近部位的約束塊。該方法有時會破壞重要產品的表面，降低使用性能。同樣，若約束板塊間距較大時，不能很好保證工藝需求的根部間隙；若約束板塊間距較小時，有時因焊接速度較快而來不及去除正反面的約束塊。雙面焊時，焊接件正反面會焊接很多這種約束板塊，從而降低工作效率，甚至不能夠實現連續性焊接。
[0004](3)定位塞塊:如圖3所示，即在待焊件的正反面焊接一些與待焊材質相同的定位塞塊，雙面焊槍臨近時，取下附近部位的定位塞塊。該方法的優點是可保證對接接頭根部間隙在焊接過程中始終保持在工藝要求的尺寸范圍內。該方法與上面的面接觸定位相似，有時因焊接速度較快而來不及去除該定位塞塊。平板很長時，也會焊接大量這種定位塞塊，從而降低工作效率，甚至不能夠實現自動化焊接。另外，雙面焊時，待焊平板會繞著定位塞塊兩側的點固焊縫發生旋轉，兩側待焊平板仍會產生錯邊與角度偏差。
[0005](4)強約束夾具:如圖4所示，即在待焊件焊縫兩側的正反面裝卡寬度較大的剛性夾具，來限制待焊接件的錯邊與角度偏差，該方法的缺點是不能較好地保證焊接接頭根部間隙需求尺寸。而且在工程結構實際的雙面立焊、橫焊焊接中，受結構自身特點限制，有時很難采用這種約束方式。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種能夠確保接頭根部間隙在焊接過程中始終保持不變，且能夠有效地防止焊縫兩側的待焊平板在焊接過程中發生錯邊及角度偏差等問題的平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的:
本發明所述的平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特點包括如下步驟:
A、根據待焊平板的厚度、坡口形式及焊接接頭根部間隙工藝要求的尺寸，在焊槍前端一定距離處設置二個根據待焊平板正面的坡口形式確定的前后間隔一定距離的圓形凸起滾輪，所述的二個圓形凸起滾輪安裝在位于待焊平板正面一側的支座A上，并保證各圓形凸起滾輪的接觸受力位置始終與待焊平板的板面垂直，且所述的二個圓形凸起滾輪的圓形凸起部分的厚度要與待焊平板的接頭根部間隙的寬度相同；
B、在待焊平板反面設置二個圓形凹槽滾輪，所述的二個圓形凹槽滾輪安裝在支座B上，且所述的二個圓形凹槽滾輪的中心距與二個圓形凸起滾輪的中心距相等，各圓形凹槽滾輪的圓形部分B的直徑與各圓形凸起滾輪的圓形部分A的直徑相同，并保證各圓形凹槽滾輪的接觸受力位置始終與待焊平板的板面垂直；
C、在支座A的中心位置安裝一個電磁鐵A,并在支座B的中心位置安裝一個電磁鐵B,且所述的電磁鐵A和電磁鐵B為異性電磁鐵；
D、將支座A和支座B通過二個定位銷連接固定在一起，且各定位銷分別穿過待焊平板的接頭根部間隙；
E、接通電源，開始隨焊焊接工作，此時兩個電磁鐵產生異性吸引力作用，并通過調整電磁力的大小，輸出滿足不同材料和板厚需要的電磁力，該電磁力通過支座A作用在待焊平板正面的二個圓形凸起滾輪上和通過支座B作用在待焊平板反面的二個圓形凹槽滾輪上，從而將發生錯邊和角度偏差的待焊平板局部壓平，同時通過二個圓形凸起滾輪的圓形凸起部分使接頭根部間隙在焊接過程中始終保持不變；
F、在待焊平板的焊接完成后，切斷電源，結束隨焊焊接工作。
[0008]其中，上述待焊平板的板厚為3?4mm時，工藝規定采用I形坡口，工藝規定參數為:接頭根部間隙I?3mm,各圓形凸起滾輪的圓形凸起部分的截面均為I形結構,且圓形凸起部分由待焊平板的正面穿過接頭根部間隙伸入待焊平板反面的圓形凹槽滾輪的凹槽內。
[0009]上述待焊平板的板厚> 4mm時，采用V形坡口，工藝規定參數為:根部間隙2?3mm、根部鈍邊高度為3?4mm，坡口角度為50°?70°，各圓形凸起滾輪的圓形凸起部分的截面均為倒Y形結構，且圓形凸起部分由待焊平板的正面穿過接頭根部間隙伸入待焊平板反面的圓形凹槽滾輪的凹槽內。
[0010]上述各圓形凸起滾輪的圓形凸起部分的高度小于各圓形凹槽滾輪的凹槽的深度。
[0011]上述各圓形凸起滾輪的圓形凸起部分的厚度小于各圓形凹槽滾輪的凹槽的寬度。
[0012]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
本發明所述的方法，能夠使工件的夾緊和脫離自如，根部間隙定位間距準確、靈活，既能有效地限制焊接件的錯邊和角度偏差，使錯邊量與角度偏差達到最小，又能顯著地提高接頭根部間隙的定位精度，降低焊接變形與殘余應力，使雙面焊接工藝可無阻礙連續進行，工作效率高，而且采用滾動方式，摩擦力小，不會損傷結構件的正反表面，該方法有效地解決了雙面焊接過程中焊接完成部分發生屈曲變形等而導致待焊接部分發生嚴重錯邊與角度偏差以及待焊平板接頭根部間隙不斷變小的問題，保證了雙面手工或自動化焊接過程的順利進行，該方法優于傳統的點接觸、雙面接觸拘束以及定位塞塊的固定約束定位與限制錯邊方法，不需要定位塞塊和雙面接觸小板塊等的點固和去除操作，保證了雙面自動化焊接過程的順利進行，由于沒有定位塞塊及各段距離上的額外約束，焊縫在加熱和冷卻過程中可自由膨脹與收縮，進而消除了由定位塞塊或各段距離的額外約束而導致的殘余應力及變形，本發明可廣泛應用于船體結構、高速列車等平板的雙面手工或自動化焊接工藝中。
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為現有平板雙面焊接頭根部間隙點接觸定位焊示意圖。
[0015]圖2為現有平板雙面焊接頭根部間隙面接觸定位焊示意圖。
[0016]圖3為現有平板雙面焊接頭根部間隙的塞塊定位示意圖。
[0017]圖4為現有平板雙面焊接頭剛性夾具強約束示意圖。
[0018]圖5為本發明圓形凸起滾輪、圓形凹槽滾輪和待焊平板的裝配結構示意圖。
[0019]圖6為本發明的整體結構示意圖。
[0020]圖7本發明圓形凸起滾輪方案I的剖面結構示意圖。
[0021]圖8本發明圓形凸起滾輪方案2的剖面結構示意圖。
[0022]圖9本發明圓形凹槽滾輪方案I的剖面結構示意圖。
[0023]圖10本發明圓形凹槽滾輪方案2的剖面結構示意圖。
[0024]圖11為本發明的I形坡口定位示意圖。
[0025]圖12為本發明的不帶鈍邊V形坡口定位示意圖。
[0026]圖13為本發明的帶鈍邊V形坡口定位示意圖。
【具體實施方式】
[0027]如圖5-圖13所示，本發明所述的平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，包括如下步驟:
首先，根據待焊平板8的厚度、坡口形式及焊接接頭根部間隙工藝要求的尺寸，在焊槍I前端一定距離處設置二個根據待焊平板正面的坡口形式確定的前后間隔一定距離的圓形凸起滾輪2，各圓形凸起滾輪2的中心軸向設置有連接通孔，所述的二個圓形凸起滾輪2安裝在位于待焊平板正面一側的支座A4上，并保證各圓形凸起滾輪2的接觸受力位置始終與待焊平板8的板面垂直，且所述的二個圓形凸起滾輪2的圓形凸起部分21的厚度要與待焊平板8的接頭根部間隙的寬度相同；
然后，在待焊平板反面設置二個圓形凹槽滾輪3，各圓形凹槽滾輪3的中心軸向設置有連接通孔，所述的二個圓形凹槽滾輪3安裝在支座B6上，且所述的二個圓形凹槽滾輪3的中心距與二個圓形凸起滾輪2的中心距相等，各圓形凹槽滾輪3的圓形部分B32的直徑與各圓形凸起滾輪2的圓形部分A22的直徑相同，并保證各圓形凹槽滾輪3的接觸受力位置始終與待焊平板8的板面垂直；
然后，在支座A4的中心位置安裝一個電磁鐵A5,并在支座B6的中心位置安裝一個電磁鐵B7，且所述的電磁鐵A5和電磁鐵B7為異性電磁鐵；
然后，將支座A4和支座B6通過二個定位銷9連接固定在一起，且各定位銷9分別穿過待焊平板8的接頭根部間隙；
然后，接通電源，開始隨焊焊接工作，此時兩個電磁鐵產生異性吸引力作用，并通過調整電磁力的大小，輸出滿足不同材料和板厚需要的電磁力，該電磁力通過支座A4作用在待焊平板正面的二個圓形凸起滾輪2上和通過支座B6作用在待焊平板反面的二個圓形凹槽滾輪3上，從而將發生錯邊和角度偏差的待焊平板局部壓平，同時通過二個圓形凸起滾輪2的圓形凸起部分21使接頭根部間隙在焊接過程中始終保持不變；
最后，在待焊平板8的焊接完成后，切斷電源，結束隨焊焊接工作。
[0028]本發明所述的平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，是針對鋁合金的平
板雙面TIG焊接工藝，采用雙面TIG填絲焊工藝，在焊接過程中要求使得焊接接頭根部保持
2~3mm的間隙，錯邊量要小于1mm。實例板材坡口及根部間隙等尺寸見表1所示:
表1實例板材坡口機根部間隙尺寸 __
【權利要求】
1.一種平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特征在于包括如下步驟: A、根據待焊平板(8)的厚度、坡口形式及焊接接頭根部間隙工藝要求的尺寸，在焊槍(I)前端一定距離處設置二個根據待焊平板正面的坡口形式確定的前后間隔一定距離的圓形凸起滾輪(2)，所述的二個圓形凸起滾輪(2)安裝在位于待焊平板正面一側的支座A (4)上，并保證各圓形凸起滾輪(2)的接觸受力位置始終與待焊平板(8)的板面垂直，且所述的二個圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)的厚度要與待焊平板(8)的接頭根部間隙的寬度相冋； B、在待焊平板反面設置二個圓形凹槽滾輪(3)，所述的二個圓形凹槽滾輪(3)安裝在支座B (6)上，且所述的二個圓形凹槽滾輪(3)的中心距與二個圓形凸起滾輪(2)的中心距相等，各圓形凹槽滾輪(3)的圓形部分B (32)的直徑與各圓形凸起滾輪(2)的圓形部分A(22)的直徑相同，并保證各圓形凹槽滾輪(3)的接觸受力位置始終與待焊平板(8)的板面垂直； C、在支座A(4)的中心位置安裝一個電磁鐵A (5)，并在支座B (6)的中心位置安裝一個電磁鐵B (7),且所述的電磁鐵A (5)和電磁鐵B (7)為異性電磁鐵； D、將支座A(4)和支座B (6)通過二個定位銷(9)連接固定在一起，且各定位銷(9)分別穿過待焊平板(8)的接頭根部間隙； E、接通電源，開始隨焊焊接工作，此時兩個電磁鐵產生異性吸引力作用，并通過調整電磁力的大小，輸出滿足不同材料和板厚需要的電磁力，該電磁力通過支座A (4)作用在待焊平板正面的二個圓形凸起滾輪(2)上和通過支座B (6)作用在待焊平板反面的二個圓形凹槽滾輪(3)上，從而將發生錯邊和角度偏差的待焊平板局部壓平，同時通過二個圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)使接頭根部間隙在焊接過程中始終保持不變； F、在待焊平板(8)的焊接完成后，切斷電源，結束隨焊焊接工作。
2.根據權利要求1所述平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特征在于上述待焊平板(8)的板厚為3?4mm時，工藝規定采用I形坡口，工藝規定參數為:接頭根部間隙I?3mm，各圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)的截面均為I形結構，且圓形凸起部分(21)由待焊平板(8)的正面穿過接頭根部間隙伸入待焊平板(8)反面的圓形凹槽滾輪(3)的凹槽(31)內。
3.根據權利要求1所述平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特征在于上述待焊平板(8)的板厚> 4mm時，采用V形坡口，工藝規定參數為:根部間隙2?3mm、根部鈍邊高度為3?4mm，坡口角度為50°?70°，各圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)的截面均為倒Y形結構，且圓形凸起部分(21)由待焊平板(8)的正面穿過接頭根部間隙伸入待焊平板(8)反面的圓形凹槽滾輪(3)的凹槽(31)內。
4.根據權利要求1所述平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特征在于上述各圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)的高度小于各圓形凹槽滾輪(3)的凹槽(31)的深度。
5.根據權利要求1所述平板雙面對接焊接頭根部間隙的隨焊控制方法，其特征在于上述各圓形凸起滾輪(2)的圓形凸起部分(21)的厚度小于各圓形凹槽滾輪(3)的凹槽(31)的寬度。
【文檔編號】B23K31/02GK103722298SQ201310730042
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】閆德俊, 楊志斌, 蔡得濤, 韓善果, 郭春富, 陳和興, 鄭世達, 許磊, 張宇鵬, 王凱, 高世一 申請人:廣州有色金屬研究院