一种钢板双面搭接焊系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种钢板双面搭接焊系统，尤其是用于箱型钢上筋板与钢筋之间搭接焊的系统，至少包括：箱型钢，其以立柱式固定定位在地面上；至少一个筋板，其分别固定在箱型钢的不同侧壁上，且其板体均延伸出箱型钢；至少一个钢筋，其部分筋体可搭放在筋板上；以及焊接装置，其特征在于，焊接装置以其非贴壁式支撑于箱型钢上的方式对形成于钢筋与筋板之间的待焊接位置进行焊接操作。位置进行焊接操作。位置进行焊接操作。

【技术实现步骤摘要】
一种钢板双面搭接焊系统及方法


[0001]本专利技术涉及自动化焊接
，尤其涉及一种钢板双面搭接焊系统及方法。

技术介绍

[0002]箱型钢结构具有自重轻、塑性和韧性好、施工安装周期短等优势，在钢结构建筑和桥梁等领域应用越来越广泛。以国家体育场鸟巢为例，鸟巢独特的结构就是采用箱型钢焊接而成的，证明了箱型钢优异的结构特征和良好的力学性能。箱型钢结构的应用需要经过车间制造和现场安装两个环节，无论在哪个环节，焊接都是箱型钢连接过程中极为重要的技术。
[0003]伴随着制造业向自动化和智能化方向发展，越来越多的焊接机器人系统投入生产应用，焊接自动化水平不断提高。在箱型钢的车间制造环节，工作环境相对较好，工况简单固定，任务明确，通常不需要大范围移动，大多数焊接机器人均应用于箱型钢的车间制造，焊接自动化程度较高，可以保证制造精度和焊接质量，国内外已有多种自动化焊接机器人设备和系统，如北京石油化工学院研发的GDC系列全位置自动焊接机器人。但是在施工安装现场，由于现场环境的复杂性，焊接条件恶劣，目前仍以手工焊接为主，从而使焊接过程易受环境和人为因素的影响，焊接质量的稳定性难以保证，可能产生的焊接缺陷不仅严重影响钢结构建筑的使用寿命，也埋下了产生事故的潜在隐患，并且工人常常需要悬挂在高空进行焊接作业，对人身安全产生极大威胁，从而导致箱型钢结构的安装现场焊接普遍存在焊接自动化程度低、接头质量稳定性不足、工人劳动强度大和高空作业危险性高等问题。
[0004]随着工业技术的不断发展，工程中大型焊接结构的应用与日俱增，大量的焊接作业必须在安装现场进行，如地铁站、大型舰船舱体、船体甲板、大型球罐、箱型柱梁等。安装现场焊接作业的自动化对于提高焊接效率和焊接质量具有重要意义，而现场焊接机器人由于具有机构简单、适应性强、能够在非结构环境下进行焊接作业等特点，对于现场焊接工作来说，是提高生产效率和焊接质量的最佳方式，因此针对箱型钢的结构特征、安装现场的空间位姿多样化和焊接过程的复杂性研究开发适用于高层建筑和桥梁建设的箱型钢结构现场焊接机器人具有广阔的发展和应用前景。
[0005]现场焊接机器人一般由机器人本体、焊炬微调机构、焊缝跟踪传感器、控制器和焊接系统等多部分组成。现场焊接机器人一般分为轨道式和无轨道式两大类，而轨道式又分为刚性导轨和柔性导轨两类。
[0006]所谓刚性导轨焊接机器人，就是在待焊工件周围安装刚性导轨，小车搭载焊枪在导轨上移动，对待焊焊缝进行焊接。该类机器人中相对较为成熟的是管道全位置自动焊接设备，已有美国CRC、德国VIETZ、荷兰的VERAWE LD等多家公司生产相关产品。现有技术中如北京石油化工学院研制的啮合式导轨管道焊接机器人机构，其行走机构在电机驱动下沿导轨行走，通过导轨与管道的契合实现管道的全位置焊接。国家体育中心鸟巢的主体工程的矩形立柱由厚壁板大型箱型钢构成，需要多层多道焊，北京石油化工学院研发了一款刚性直轨道式焊接机器人，用于鸟巢的钢结构焊接。该机器人使用铝制轻型刚性导轨，焊接小车
和轨道采用齿轮齿条传动，车体上载有焊枪，焊枪具有二维姿态调整模块和焊枪摆动模块，具有焊缝轨迹示教、焊接参数存储记忆、焊接电源联动控制等功能，可解决厚壁长焊缝、多种焊接位置钢结构的焊接。
[0007]刚性导轨机器人对待焊工件的形状要求高，通常为圆形管道或平面，难以满足钢结构形状复杂多样的需求，为此，北京石油化工科学院在刚性轨道的基础上开发出柔性轨道机器人，大大减少了轨道对焊接机器人应用的限制。柔性轨道使用可消磁的磁力座固定轨道，方便安装拆卸，轨道长度可以任意定制，机器人传动采用摩擦方法，运行平稳，可以适应不同曲率的变化，优于齿轮齿条传动的焊接机器人。此外，该机器人还具有记忆功能，可以修改焊接参数，适应不同条件的焊接。通过兼容采用刚性轨道和柔性轨道，机器人能够完成的焊接任务大大扩展，包括外圆管道环缝的焊接、内圆管道的焊接、内外球面的焊接、结构件的直缝和储罐的直缝焊接、S型渐变复杂曲面的焊接和W型复杂焊缝轨迹的焊接等。
[0008]考虑到轨道的现场安装问题，现在已开发出无导轨焊接机器人。无导轨焊接机器人采用轮式、履带式或轮履复合式传动代替导轨，可以适应各种平滑的表面，可以在各种空间实现全位置稳定爬行，部分机器人甚至已经开发出越过棱角的能力。为了解决船体内格子形框架体的焊接问题，韩国Pukyo ng国立大学的Kam B 0等研制了一款体积小巧的轮式智能移动焊接机器人，它能够在人比较难以达到的狭窄空间自主地实现焊接过程，能够自动寻找焊缝的起始点。遇到格子框架的拐角焊缝时，在保证焊接速度不变且焊炬准确对准焊缝的情况下，能够自动调整机器人本体和十字滑块的位置。机器人本体采用4轮行走机构，侧面2个驱动轮，前后各有1个自位轮，以稳定车体和使焊接小车能够转动；在小车的本体和焊炬上各有一个机械式的接触传感器，焊炬上的传感器用来检测焊炬的位置，而小车本体上的传感器对焊炬传感器的位置检测起补偿作用。在机器人的侧面还装有一个接近传感器，用来检测焊接起始点；控制策略采用模糊控制与PID联合控制。
[0009]目前如上述适用于箱型钢的焊接机器人，大多都是为解决箱型钢本体上的钢结构焊接需求所提出的。在修建地铁或者大型基础设施的时候，大多都采用箱型钢结构作为支撑主体结构，在这些箱体钢结构的侧壁上一般都会伸出一些筋板用于搭接钢筋的焊接，而如上述的焊接机器人无法满足此类搭接焊需求。为便于理解，如下以具体详细地公开了技术方案的若干现有技术为例进行说明。
[0010]现有技术中，如公开号为CN112643257A的专利文献所提出的一种钢筋自动焊接系统，该系统所采用的即为现有技术中通常所采用的：通过提供龙门架式结构来支持焊接机器人的来回移动以实现多位置焊接的结构。
[0011]龙门架式能够很好地适用于高度较低的待焊接装置，能够批量处理大量的相同待焊接装置，但由于其必须预铺轨道以及架设架体等的限制因素而通常仅适于车间内的焊接工作，箱型钢结构的竖向高度较高，并且多个箱型钢之间相邻布置而无法容置操作空间需求较大的焊接设备，因此此类结构不适于箱型钢施工现场的焊接需求。
[0012]针对上述技术方案之不足，现有技术中大量现有技术提出了贴壁式焊接结构，例如公开号为CN107052518A的专利文献就提出了一种无轨焊接机器人，其包括用于控制焊接动作的焊接主体和用于吸附在焊接工件表面的驱动装置，所述焊接主体安装在驱动装置上；所述驱动装置包括底板和均布在底板四角的磁轮箱，所述磁轮箱内设有用于吸附在焊接工件表面的磁轮。
[0013]然而，在该技术方案中，磁轮的结构与焊接件都是点接触，吸附力差，容易出现掉落的风险。针对此类吸附式贴壁焊接的技术方案的不足，公开号为CN103537785B的专利文献提出了一种挂壁式自动埋弧横焊设备，包括电源系统、用于自动焊接的焊接设备本体系统及控制焊接设备本体系统进行焊接工作的控制系统，焊接设备本体系统包括框体机架、行走动力装置、供框体机架滑行的导轨、用于输送焊丝的送丝机构及焊枪，所述导轨固定设置在待焊接的工件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢板双面搭接焊系统，尤其是用于箱型钢(1)上筋板(11)与钢筋(2)之间搭接焊的系统，至少包括：箱型钢(1)，其以立柱式固定定位在地面上；至少一个筋板(11)，其分别固定在箱型钢(1)的不同侧壁(10)上，且其板体均延伸出箱型钢(1)；至少一个钢筋(2)，其部分筋体可搭放在筋板(11)上；以及焊接装置(3)，其特征在于，焊接装置(3)以其非贴壁式支撑于箱型钢(1)上的方式对形成于钢筋(2)与筋板(11)之间的待焊接位置(12)进行焊接操作。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，焊接装置(3)至少包括旋转骨架(13)和位于旋转骨架(13)上的焊接机器人(26)，旋转骨架(13)可转动地支撑于箱型钢(1)上而使得焊接机器人(26)可在旋转骨架(13)的支撑位置不变的情况下对箱型钢(1)上不同侧壁(10)上的不同待焊接位置(12)进行焊接操作。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，箱型钢(1)的顶部端面(6)上开设有第一凹槽(8)，旋转骨架(13)至少包括导向块(20)，导向块(20)与第一凹槽(8)为非完全形状匹配，通过导向块(20)对准插接至第一凹槽(8)内的方式可将焊接装置(3)初步定位在箱型钢(1)上。4.根据权利要求1～3任一项所述的系统，其特征在于，旋转骨架(13)上还包括至少一个第一伸缩杆(25)，至少两个第一伸缩杆(25)彼此相对设置，可通过驱动第一伸缩杆(25)伸缩而使其端部抵接至箱型钢(1)的侧壁(10)上的方式对焊接装置(3)进行二次定位。5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，旋转骨架(13)还包括按重量匹配的方式分别设于其架体上的机器人仓(14)和电器仓(15)。6.根据权利要求1～5任一项所述的系统，其特征在于，旋转骨架(13)还包括设于导向块(20)上方的且彼此转动连接的上回转盘和下回转盘，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文强，张建宇，刘文亮，陈树君，郭伟中，张华杰，刘猛，
申请(专利权)人：北京住总集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：