【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接设备，尤其是涉及一种基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置及焊接方法。
技术介绍
1、窄坡口焊接是一种可以实现高效率和高质量焊接的经济适用的焊接方法。与传统的焊接方法相比，窄坡口焊接的坡口体积更小，节约了焊接材料和消耗的电能量，在提高生产效率的同时能够降低生产成本。窄坡口焊接过程的焊接线能量较小、熔池冷却更快、焊接接头的热影响区变小，更有利于保证焊接接头的力学性能。因此，窄坡口焊接已经广泛应用于压力容器、船舶潜艇、厚壁管道、核工业等制造业中。窄坡口焊接技术最大的问题是侧壁熔合问题，目前用于解决侧壁未熔合问题的方法主要有焊丝摆动、电弧旋转、使用麻花绞合焊丝、双丝以及多丝焊接等。
2、本申请人发现现有技术中至少存在以下技术问题：在管道全位置焊接中应用较为广泛的是焊丝摆动方式，但在实际应用中发现其具有一定局限性。首先摆动机构的摆动频率较低，一般在5hz以下，罗雨等人研制的一种用于管道窄坡口焊接系统的高频摆动焊炬，虽能够提高摆动频率，但高频摆动时，焊枪巨大的惯量会使电动机超调，因此有效的摆频一般在10hz以下。当坡口宽度较大时，焊枪的实际行走轨迹呈“之”字型，在电弧无法直接作用到的部分位置仍存在侧壁未熔合缺陷。其次在管道全位置焊接过程的仰焊位置，熔化的熔融金属受重力作用向坡口中部聚集，容易造成仰焊位置熔池下淌，形成驼峰焊缝，焊缝成形较差，增加了焊接缺陷的产生几率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置及焊接方法，以解
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、一种基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，包括导轨、自动焊接小车和旋转电弧焊枪，所述导轨连接在待焊管道上，所述自动焊接小车与所述导轨活动连接并且能够相对所述导轨沿所述待焊管道的周向方向移动，所述自动焊接小车包括夹持单元和倾角传感器，所述旋转电弧焊枪夹持连接在所述夹持单元上，所述倾角传感器能够检测所述自动焊接小车沿所述待焊管道周向方向的转动角度。
4、优选地，所述导轨包括轨道本体、快锁机构和燕翅形弹簧锁紧机构，所述轨道本体的两个自由端通过所述快锁机构相连接并且形成环形结构，若干个所述燕翅形弹簧锁紧机构连接在所述轨道本体的内壁上，所述燕翅形弹簧锁紧机构与所述待焊管道挤压接触以使所述导轨卡箍连接在所述待焊管道的外壁上。
5、优选地，所述自动焊接小车还包括底座单元、行走单元、锁紧单元和垂直调整单元，所述行走单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨活动连接，所述锁紧单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨锁定配合，所述垂直调整单元连接在所述底座单元上并且与所述夹持单元相连接，所述垂直调整单元能够带动所述夹持单元和所述旋转电弧焊枪沿所述待焊管道的径向方向移动。
6、优选地，所述底座单元包括底座模块和水平调整模块，所述行走单元、所述锁紧单元和所述水平调整模块均连接在所述底座模块上，所述垂直调整单元与所述水平调整模块相连接，所述水平调整模块能够带动所述垂直调整单元、所述夹持单元和所述旋转电弧焊枪沿所述待焊管道的轴向方向移动。
7、优选地，还包括送丝单元，所述送丝单元和所述旋转电弧焊枪机械连接。
8、优选地，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述自动焊接小车、所述旋转电弧焊枪和所述送丝单元电连接。
9、一种焊接方法，包括以下步骤：
10、s1.将待焊管道进行组对；
11、s2.对待焊管道坡口进行焊前处理；
12、s3.将导轨安装在所述待焊管道上，将自动焊接小车安装在所述导轨上；
13、s4.调节旋转电弧焊枪的旋转直径和旋转速度，确定所述旋转电弧焊枪的旋转方向，将所述旋转电弧焊枪安装到所述自动焊接小车上，将所述自动焊接小车在起始位置就位；
14、s5.所述自动焊接小车在所述导轨上沿所述待焊管道周向方向移动,所述自动焊接小车内部的倾角传感器实时检测焊接位置，控制系统根据所述焊接位置所对应的空间区域自动调取工艺数据库中相对应的焊接参数起弧焊接，完成打底层的焊接；
15、s6.重新调节所述旋转电弧焊枪的旋转直径和旋转速度，所述自动焊接小车在所述导轨上沿所述待焊管道周向方向移动,所述自动焊接小车内部的倾角传感器实时检测焊接位置，控制系统根据所述焊接位置所对应的空间区域自动调取工艺数据库中相对应的焊接参数起弧焊接，完成至少一层填充层的焊接；
16、s7.重新调节所述旋转电弧焊枪的旋转直径和旋转速度，所述自动焊接小车在所述导轨上沿所述待焊管道周向方向移动,所述自动焊接小车内部的倾角传感器实时检测焊接位置，控制系统根据所述焊接位置所对应的空间区域自动调取工艺数据库中相对应的焊接参数起弧焊接，完成盖面层的焊接；
17、s8.重新调节所述旋转电弧焊枪的旋转直径和旋转速度，重新确定所述旋转电弧焊枪的旋转方向，将所述旋转电弧焊枪安装到所述自动焊接小车上，将所述自动焊接小车在起始位置就位，重复步骤s5、s6和s7，完成所述待焊管道坡口的另一半圆的焊接。
18、优选地，所述待焊管道的周向方向划分形成若干个所述空间区域，每个所述空间区域均与所述工艺数据库中相对应的焊接参数相互匹配。
19、优选地，所述待焊管道的周向方向每隔15°均匀划分，形成24个所述空间区域。
20、优选地，所述工艺数据库包括打底数据库、填充数据库和盖面数据库。
21、本专利技术的有益效果为：基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置通过采用旋转电弧进行管道焊接，相比于传统的摆动电弧，旋转电弧具有明显的优势，旋转电弧的旋转频率较高，可以轻易的达到几十赫兹以上，能够有效解决侧壁未熔合的焊接缺陷；
22、在焊接过程中，旋转电弧通过旋转特性可以对熔池进行搅拌，改变熔池中的热量分布，加快熔池冷却，从而达到改善焊缝成形的目的；
23、相对较小的焊接线能量和较快的熔池冷却使得焊接接头的热影响区变小，有利于保证焊接接头力学性能，还可抵消熔融金属的下坠力，避免熔池金属温度过高而导致成形不好的缺陷。
24、传统的摆动电弧焊接在不同焊接位置需要不断调整焊枪摆动宽度、摆动速度及驻留时间等多项焊接参数，本实施例提到的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置通过设置有倾角传感器，并且在将焊道有序划分为若干个不同的空间区域的基础上，能够在焊接过程采用倾角传感器检测焊接位置，根据焊接位置所对应的空间区域匹配相应的焊接参数，在同一焊层旋转电弧焊枪3只需要根据焊接位置调整旋转频率一个参数，不同的空间区域能够匹配不同的旋转频率，简化了分区参数设置。
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1.一种基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，包括导轨、自动焊接小车和旋转电弧焊枪，所述导轨连接在待焊管道上，所述自动焊接小车与所述导轨活动连接并且能够相对所述导轨沿所述待焊管道的周向方向移动，所述自动焊接小车包括夹持单元和倾角传感器，所述旋转电弧焊枪夹持连接在所述夹持单元上，所述倾角传感器能够检测所述自动焊接小车沿所述待焊管道周向方向的转动角度。
2.根据权利要求1所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，所述导轨包括轨道本体、快锁机构和燕翅形弹簧锁紧机构，所述轨道本体的两个自由端通过所述快锁机构相连接并且形成环形结构，若干个所述燕翅形弹簧锁紧机构连接在所述轨道本体的内壁上，所述燕翅形弹簧锁紧机构与所述待焊管道挤压接触以使所述导轨卡箍连接在所述待焊管道的外壁上。
3.根据权利要求1所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，所述自动焊接小车还包括底座单元、行走单元、锁紧单元和垂直调整单元，所述行走单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨活动连接，所述锁紧单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨锁定配合，所述垂直调整单元连
4.根据权利要求3所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，所述底座单元包括底座模块和水平调整模块，所述行走单元、所述锁紧单元和所述水平调整模块均连接在所述底座模块上，所述垂直调整单元与所述水平调整模块相连接，所述水平调整模块能够带动所述垂直调整单元、所述夹持单元和所述旋转电弧焊枪沿所述待焊管道的轴向方向移动。
5.根据权利要求1所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，还包括送丝单元，所述送丝单元和所述旋转电弧焊枪机械连接。
6.根据权利要求5所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统分别与所述自动焊接小车、所述旋转电弧焊枪和所述送丝单元电连接。
7.一种焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述待焊管道的周向方向划分形成若干个所述空间区域，每个所述空间区域均与所述工艺数据库中相对应的焊接参数相互匹配。
9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述待焊管道的周向方向每隔15°均匀划分，形成24个所述空间区域。
10.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述工艺数据库包括打底数据库、填充数据库和盖面数据库。
...【技术特征摘要】
1.一种基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，包括导轨、自动焊接小车和旋转电弧焊枪，所述导轨连接在待焊管道上，所述自动焊接小车与所述导轨活动连接并且能够相对所述导轨沿所述待焊管道的周向方向移动，所述自动焊接小车包括夹持单元和倾角传感器，所述旋转电弧焊枪夹持连接在所述夹持单元上，所述倾角传感器能够检测所述自动焊接小车沿所述待焊管道周向方向的转动角度。
2.根据权利要求1所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，所述导轨包括轨道本体、快锁机构和燕翅形弹簧锁紧机构，所述轨道本体的两个自由端通过所述快锁机构相连接并且形成环形结构，若干个所述燕翅形弹簧锁紧机构连接在所述轨道本体的内壁上，所述燕翅形弹簧锁紧机构与所述待焊管道挤压接触以使所述导轨卡箍连接在所述待焊管道的外壁上。
3.根据权利要求1所述的基于旋转电弧的窄坡口管道自动焊接装置，其特征在于，所述自动焊接小车还包括底座单元、行走单元、锁紧单元和垂直调整单元，所述行走单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨活动连接，所述锁紧单元连接在所述底座单元上并且与所述导轨锁定配合，所述垂直调整单元连接在所述底座单元上并且与所述夹持单元相连接，所述垂直调整单元能够带动所述夹持单元和所述旋转电弧焊枪沿所述待焊管道的径向方向移动。
【专利技术属性】
技术研发人员：罗雨，姜春凤，于俊杰，叶朔朔，田文鹏，任飞燕，许耀波，焦向东，贾玉麟，王静远，刘铂洋，王子怡，孙岩，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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