弯曲板材的单面焊接装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术弯曲板材单面焊接装置的Ｘ方向移动台上有Ｙ方向移动台，由后者悬挂支承两根焊矩和两个前后配置的电位计Ｐ２、Ｐ３等设备的底座。根据Ｐ２、Ｐ３检测的坡口的Ｚ方向位置和θ方向偏离，计算出坡口的θ方向上的弯曲和前后倾斜角度α，按这些数值对底座进行θ旋转驱动和Ｚ方向升降驱动。再用机构Ｍ７对应于α自动调整焊炬角γ。用Ｐ４、Ｐ５检测工件的左右倾斜β，调整摇动的中心位置。可提高自动仿形焊接效率，改善耐裂性和背面焊蚕品质。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对曲面形状的被焊接材料形成的坡口进行立体仿形焊接的装置，以及使用该装置，进行焊接时溅射发生量少，并且耐裂性能及焊蚕外观良好，形成高韧性焊蚕的高效率双电极单面气体保护电弧焊接方法。特别是用作船体的船首或船尾等的船壳板的曲面钢板之间的定位面部分的单面焊接。例如在造船过程中，使几块钢板(例如15米×20米)抵住进行单面焊接，制造船体的船壳板。但是，在对用作像船首或船尾等的船壳板那样在焊接后形状为曲面的部分的钢板进行焊接时，用油压千斤顶从下面支持着以使各钢板保持所要求的曲率相互抵住，从上方对该相互抵住的部分即坡口进行焊接。该情况下的坡口沿着形成的船壳板的曲面延伸形成三维曲面的形状。对这样的坡口进行焊接时，以焊接直线状坡口为前提的自动焊接装置不能使用，因此，向来多使用人工焊接。三维弯曲坡口的人工焊接在搭脚手架、配设焊接机器等上面需要时间和空间，而且比焊接直线坡口更费时间，焊接工作效率低，焊接质量容易随着坡口的弯曲情况、焊接工技术水平的高低而产生波动，事后修整需要许多劳动力。从而提高了成本。近年来，在各种焊接结构物的建造中，由于谋求降低成本和提高效率，气体保护电弧焊接方法在各领域的应用迅速增加。其中在对接焊比例高的造船和桥梁等领域的应用显著多了起来。但是，从降低焊接的总成本的观点出发，包括短尺寸和长尺寸的单面焊接的高速化成了重大课题。作为单面焊接方法，以往对水下电弧焊接方法作为造船中接长钢板的坡口焊接作了许多研究。例如日本专利特公昭60-59072号公报所提到的水下电弧焊接方法，尤其力图实现防止电极摇动带来的焊蚕焊接深度减少和焊蚕外观形状劣化，并且也防止根部焊蚕龟裂。但是，这种水下电弧焊接方法实施设备庞大，在短尺寸焊接的情况下太麻烦不适用。又，日本专利特公昭61-49027号公报提出的，使用带焊剂电焊条的高电流密度气体保护平焊方法，采用小直径的复合电焊条，使电焊条伸出的长度大，而且用大电流高速度焊接，高效率地进行平焊，降低了焊接成本。但是由于电焊条伸出的长度有35～70毫米，存在保护不良、电焊条弯曲引起的对目标位置的偏离，甚至单面焊接时根部焊蚕龟裂等问题。日本专利特公昭50-7543号公报公开了在抵住垫板的坡口内充填适当数量的钢粒或铁粉，一边摇动小直径电焊条一边进行焊接的情况。但是这种方法如果不设坡口间隙就不能进行良好的焊接，而且由于坡口的角度大，所以坡口的截面积也大，在接长钢板的坡口焊接时也存在工作效率的问题。而且上述任何一种方法都达不到曲面形状的被焊接材料形成的坡口实现焊接自动化和实用化的程度。本专利技术的第1个目的是使弯曲坡口的焊接作业自动化，第2个目的是提高三维弯曲的坡口的焊接工作效率。第3个目的是提高三维弯曲的坡口的焊接质量，降低焊接成本。第4个目的是改良曲面形状的被焊接材料从短尺寸到长尺寸的焊接结构物单面焊接的焊接操作性、耐裂性和背面焊蚕，取得牢固的高韧性的焊接部。本专利技术的弯曲板材的单面焊接装置具备具有根据X通电指令驱动的X方向行驶电动机(M1)，在水平的X方向行驶的X方向移动台(Y1、Yz、RY、Y2)；支持于X方向移动台(Y1、Yz、RY、Y2)，具有根据Y通电指令驱动的Y方向行驶电动机(M2)，相对于X方向移动台，在与X方向垂直的Y方向行驶的Y方向移动台(4)；在垂直于Y方向移动台(4)的Z方向可升降，并且可以以垂直的Z轴(O)为中心旋转地支持着的底座(2)；包含根据Z通电指令驱动，在垂直的Z方向对所述底座(2)进行升降驱动的升降电动机(M4)的Z方向升降机构(12)；包含根据θ通电指令驱动，以垂直的Z轴(O)为中心旋转驱动所述底座(2)的第1旋转电动机(M3)的θ旋转机构(10)；支持于所述底座(2)，检测该旋转中心轴(O)的延长线上的坡口的Z方向位置及与Z方向垂直的方向的位置的第1检测手段(P3)；支持于所述底座(2)，检测离该旋转中心轴(O)一定距离的位置上的坡口的Z方向位置和垂直于Z方向的方向上的位置的第2检测手段(P2)；支持于所述底座(2)的、焊接坡口用的焊炬(30L、30T)。为了便于理解，在括号中标出附图所示、下面所述的实施例的对应要素或相当的部分的记号供参考。采用上述装置，可以借助于在水平的X方向行驶的X方向移动台(RY)、 Y方向行驶的Y方向移动台(4)以及Z方向升降机构(12)，决定或调整底座(2)的三维(X、Y、Z)位置。在以该底座(2)支持焊炬的情况下，虽然能够驱动焊炬(底座)，使焊炬沿着坡口在三维空间的轨迹运动，但是焊炬相对于坡口的姿态由于坡口的弯曲有时会偏离基准姿态。本专利技术的焊接装置由于具备以垂直的Z轴(O)为中心旋转驱动底座(2)的θ旋转机构(10)，能够利用该θ旋转机构(10)，使焊炬(底座)对应于坡的弯曲进行旋转，以便焊炬相对于坡口经常维持基准姿态。本专利技术还根据第1和第2检测手段(P3、P2)的检测值，计算出横贯被焊接材料(W1、W2)的坡口(b)延伸方向的方向上坡口的弯曲θ’和坡口延伸方向相对于水平面的倾斜α，可以对应于弯曲θ’通过θ旋转机构(10)驱动底座2旋转，对应于倾斜α，通过Z方向升降机构(12)驱动底座(2)升降。以此实现焊炬对坡口的弯曲θ’(旋转方向)及前后倾斜α进行仿形的曲面自动仿形焊接。附图说明图1是从斜上方俯视以一种形态实施本专利技术的焊接装置1的立体图，其结构要素简化表示。图2是从图1所示的点划线箭头2A方向看图1所示的焊接装置1的侧面图，一部分示出剖面图。图3是从图1所示的点划线箭头3A方向看图1所示的焊接装置1的正面图，一部分示出剖面图。图4是相当于图2的缩小的侧面图，驱动各种机构的电动机和作为传感器的电位计P1～P5、P7及旋转编码器P6的大概位置只是简单表示。图5表示图3所示的工件的左右倾斜β和摆动中心所要求的偏移量dxβ，工件W1、W2表示坡口横断方向的剖面。图6是图1所示的工件W1、W2的立体图，表示图4所示的电位计P2～P5对工件W1、W2的检测方向。图7是表示图1所示的传感器底座2的移动方向和移动速度(焊接速度)V与坡口线b的位置关系的平面图。图8是表示图1所示的工件W1、W2的概观的立体图。图9是表示图3所示的控制电路8的控制动作的流程图(主程序)。图10是表示图9所示的步骤4“焊接”的内容(子程序)的流程图。图11是图2所示的焊炬30L上装备的双重保护20的放大纵剖面图。图12(a)是表示图1所示的被焊接材料W1、W2之间的“V”字形坡口的放大正面图。图12(b)是表示被焊接材料W1、W2之间形成“Y”字形坡口的情况下，该坡口的放大正面图。图13是在表3所示的焊接条件下焊接多种厚度的板材的坡口时板材厚度与钢粒散布高度的组合的分布曲线，组合点上附有表示背面焊蚕形状是否良好的记号。图14是表示图2所示的焊接装置1中，前电极电焊条Wa1与后电极电焊条Wa2之间的距离，即极间距离Dw的侧面图。图15是表示焊接电流量与溅射量的关系的曲线，已有的方法表示单一保护的情况。该装置还具备以水平的X轴为中心可旋转地支持于所述底座(2)，以支持着焊炬(30L、30T)的焊炬支持框架(即焊机头)(3)，以及包含根据γ通电指令以水平轴(31a)为中心对焊炬支持框架(3)进行旋转驱动的第2旋转驱动电动机(M7)的γ旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弯曲板材的单面焊接装置，其特征在于，具备： 具有根据Ｘ通电指令驱动的Ｘ方向移动电动机，在水平的Ｘ方向行驶的Ｘ方向移动台； 支持于Ｘ方向移动台，具有根据Ｙ通电指令驱动的Ｙ方向移动电动机，相对于Ｘ方向移动台，在与Ｘ方向垂直的水平的Ｙ方向移动的Ｙ方向移动台； 在垂直的Ｚ方向上可升降，并且可以以垂直的Ｚ轴为中心旋转地支持于Ｙ方向移动台的底座； 包含根据Ｚ通电指令驱动，在垂直的Ｚ方向对所述底座进行升降驱动的升降电动机的Ｚ方向升降机构； 包含根据θ通电指令驱动，驱动所述底座以垂直的Ｚ轴为中心旋转的第１旋转电动机的θ旋转机构； 支持于所述底座，检测该旋转中心轴的延长线上的坡口的Ｚ方向位置及与Ｚ方向垂直的方向的位置的第１检测手段； 支持于所述底座，检测离该旋转中心轴一定距离的位置上的坡口的Ｚ方向位置和垂直于Ｚ方向的方向上的位置的第２检测手段（Ｐ２）； 支持于所述底座的，焊接坡口用的焊炬。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帆足薰，和田达郎，丸山修志，宫崎建雄，中岛义男，上田隆义，长友和男，山下矿三，
申请(专利权)人：日铁溶接工业株式会社，环球造船株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]