一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置及方法与流程

本申请涉及焊接，尤其涉及一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置及方法。

背景技术：

1、钢结构板因其优异的承载能力和良好的加工性能，被广泛用于建筑、桥梁、船舶、压力容器及海洋工程等众多领域，而电弧焊接设备作为钢结构板制造中不可或缺的连接手段，其焊接质量直接决定了钢结构件的服役安全与寿命，随着工程结构向大型化、高参数方向发展，对钢结构板焊接接头的力学性能和微观组织提出了更为严苛的要求，尤其是焊缝区域的完整性和致密性成为制约整体结构可靠性的关键因素。

2、现有的一些电弧焊接设备在工作过程中，两个钢结构板焊缝处的金属经历快速加热、熔化、凝固和冷却的热循环过程，这一过程使得焊缝区通常形成粗大的柱状晶或树枝状晶组织，这种粗大的枝晶组织不仅降低了焊缝的强度和韧性，还成为裂纹萌生和扩展的薄弱环节，进而严重影响钢结构板焊接接头的承载能力和疲劳寿命，同时，焊接热循环引起的残余拉应力进一步恶化了焊缝区域的应力状态，增加了应力腐蚀开裂和延迟断裂的风险，使得钢结构板的焊接质量受到影响。

技术实现思路

1、本申请提出了一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置及方法，具备细化枝晶结构、抵消焊缝残余拉应力的优点，用以解决焊缝的强度与韧性被降低，导致钢结构板的焊接质量受影响的问题。

2、为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，包括：工作台，所述工作台的上表面对称开设有滑槽，所述滑槽内滑动安装有夹板，所述工作台的上表面且位于两个夹板之间的位置对称放置有工件，所述工件为钢结构板，所述工作台的内部转动安装有螺杆，所述螺杆与夹板形成传动连接，两个工件之间焊缝的正上方位置设置有安装座，所述安装座的上端与外置的机械臂固定连接，所述安装座下侧面的中间位置固定安装有焊枪，所述焊枪包括喷嘴、导电嘴与焊丝，所述喷嘴固定安装在安装座下侧面的中间位置，外置机械臂上的保护气体输送管穿过安装座，并与喷嘴连通，所述喷嘴内部的中间位置固定安装有导电嘴，外置机械臂上的送丝机构将焊丝穿过安装座，并伸入导电嘴的内侧，所述安装座下侧面的后侧位置设置有换能器，所述换能器的下端固定安装有变幅杆，所述变幅杆的下端固定安装有冲击块，所述冲击块的下侧面为内凹弧面，所述冲击块的内凹弧面对应工件之间的焊缝。

3、进一步，所述安装座的下侧面且位于换能器的后侧位置设置有安装杆，所述安装杆的下端转动安装有滚压轮，所述滚压轮的外圆周面为内凹弧面，所述滚压轮的内凹弧面对应工件之间的焊缝。

4、进一步，所述安装座的下方且位于焊枪的外侧位置设置有升降滑板，所述升降滑板上侧面的两侧位置均固定安装有插杆，所述插杆的上端滑动插入安装座的内部，所述焊枪的外侧套设有弹簧，所述弹簧的上端与安装座的下侧面固定连接，所述弹簧的下端与升降滑板的上侧面固定连接，所述换能器与安装杆均固定安装在升降滑板的下表面。

5、进一步，所述升降滑板的下侧面固定安装有压板，所述压板的下表面为弧面，所述压板的下表面接触对称的工件，所述压板与安装杆以焊枪为中心呈前后对称位置设置。

6、进一步，所述压板与变幅杆之间的位置水平设置有两个对称的悬臂连杆，所述悬臂连杆的一端与压板面向焊枪的侧面固定连接，所述悬臂连杆的另一端与变幅杆杆体的波腹位置固定连接。

7、进一步，所述换能器的上端与升降滑板之间、压板的上侧与升降滑板之间均加设有隔离垫，所述隔离垫为硅橡胶材质。

8、进一步，所述冲击块的内凹弧面上开设有微沟槽，所述微沟槽呈八字形结构，所述微沟槽的窄端朝向焊枪。

9、进一步，所述滚压轮与悬臂连杆均采用空冷硬化型热作模具钢制成，所述喷嘴的下端且朝向冲击块的位置连通设置有导流罩。

10、一种使用自动电弧焊接设备加工钢结构板的方法，包括以下步骤：

11、步骤一，首先将两个工件放置在工作台上侧面且位于两个夹板之间的位置，之后，转动螺杆，使得夹板相互靠近，进而将两个工件夹紧，并使两个工件的对接面紧密接触；

12、步骤二，外置的机械臂带动安装座与升降滑板同步下移，当滚压轮接触工件时，安装座继续下移，此时升降滑板因滚压轮抵接工件而被限位，无法继续下移，使得安装座与升降滑板共同压缩弹簧，之后，外置的机械臂带动安装座沿两个工件的接触面缝隙移动，同时，焊枪工作，并使焊丝的端部与工件短暂接触，在这个过程中，导电嘴通电，当焊丝回抽时，焊丝与工件之间产生强烈的电弧，进而瞬间熔化焊丝与工件母材金属，并在工件上形成熔池，同时，喷嘴向熔池周围喷出保护气体，使得该保护气体在熔池与电弧周围形成一层保护气罩，进而隔绝空气中的氧气、氮气等；

13、步骤三，外置的机械臂带动安装座与焊枪向前移动，进而使工件的对应位置被依次熔化，而随着焊枪的离开，工件原本被熔化的部分凝固成焊缝，此时，运行的换能器通过变幅杆对冲击块传递高频振动，高频振动的冲击块接触到焊缝，并对接触的焊缝施加超声微锻；

14、步骤四，上述变幅杆通过悬臂连杆同时向压板传递高频振动，使得压板通过接触的工件向熔池内传递超声能量，促使熔池内的气泡上浮；

15、步骤五，冲击块被前移的安装座带离，此时，滚压轮接触上述焊缝，并对该焊缝施加滚压力；

16、步骤六，当工件焊接完毕后，焊枪停止工作，外置的机械臂带动安装座上移复位，使得弹簧带动升降滑板复位，然后，反转螺杆，使得夹板松脱工件，最后将焊接完毕的工件取下。

17、本申请具备如下有益效果：

18、本申请提供的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，通过换能器、变幅杆与冲击块的设置，在安装座带动焊枪焊接工件的过程中，冲击块跟随焊枪移动，当焊枪焊接完工件某一位置的焊缝后，冲击块立即接触该焊缝，由于此时，上述位置的焊缝刚凝固，但其温度仍高于再结晶温度，且换能器通过变幅杆向冲击块传递高频振动，使得高频振动的冲击块对焊缝施加超声微锻，超声微锻的高频动态冲击先使焊缝及过渡区表层产生均匀的塑性预变形，进而在焊缝表层引入高位错密度，提供大量动态再结晶形核核心，促使工件的焊缝表层显微疏松被压实，致密度提升，进而提高工件的焊接质量，同时，上述微锻通过动态塑性变形抵消焊缝表层拉应力，使得工件的焊接质量进一步提高。

19、通过安装杆与滚压轮的设置，在上述冲击块接触焊缝之后，滚压轮立即压过该焊缝，由于该焊缝经过超声微锻，使得滚压轮施加静压时，塑性变形更容易向次表层传递，使得滚压轮的压实深度增加，进而闭合更深层的显微缩松，使得工件的致密度进一步提升，进而提高工件的焊接质量，同时，滚压继续施加稳态塑性变形，进一步驱动再结晶充分进行，最终令焊缝表层晶粒进一步细小、均匀，从而提升焊缝表层硬度与强度，提高工件的焊接质量。

1.一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，包括：工作台（1），所述工作台（1）的上表面对称开设有滑槽（2），所述滑槽（2）内滑动安装有夹板（3），所述工作台（1）的上表面且位于两个夹板（3）之间的位置对称放置有工件（4），所述工件（4）为钢结构板，所述工作台（1）的内部转动安装有螺杆（5），所述螺杆（5）与夹板（3）形成传动连接，两个工件（4）之间焊缝的正上方位置设置有安装座（6），所述安装座（6）的上端与外置的机械臂固定连接，所述安装座（6）下侧面的中间位置固定安装有焊枪（7），所述焊枪（7）包括喷嘴（70）、导电嘴（71）与焊丝（72），所述喷嘴（70）固定安装在安装座（6）下侧面的中间位置，外置机械臂上的保护气体输送管穿过安装座（6），并与喷嘴（70）连通，所述喷嘴（70）内部的中间位置固定安装有导电嘴（71），外置机械臂上的送丝机构将焊丝（72）穿过安装座（6），并伸入导电嘴（71）的内侧，其特征在于，所述安装座（6）下侧面的后侧位置设置有换能器（8），所述换能器（8）的下端固定安装有变幅杆（9），所述变幅杆（9）的下端固定安装有冲击块（10），所述冲击块（10）的下侧面为内凹弧面，所述冲击块（10）的内凹弧面对应工件（4）之间的焊缝。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述安装座（6）的下侧面且位于换能器（8）的后侧位置设置有安装杆（11），所述安装杆（11）的下端转动安装有滚压轮（12），所述滚压轮（12）的外圆周面为内凹弧面，所述滚压轮（12）的内凹弧面对应工件（4）之间的焊缝。

3.根据权利要求2所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述安装座（6）的下方且位于焊枪（7）的外侧位置设置有升降滑板（13），所述升降滑板（13）上侧面的两侧位置均固定安装有插杆（14），所述插杆（14）的上端滑动插入安装座（6）的内部，所述焊枪（7）的外侧套设有弹簧（15），所述弹簧（15）的上端与安装座（6）的下侧面固定连接，所述弹簧（15）的下端与升降滑板（13）的上侧面固定连接，所述换能器（8）与安装杆（11）均固定安装在升降滑板（13）的下表面。

4.根据权利要求3所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述升降滑板（13）的下侧面固定安装有压板（16），所述压板（16）的下表面为弧面，所述压板（16）的下表面接触对称的工件（4），所述压板（16）与安装杆（11）以焊枪（7）为中心呈前后对称位置设置。

5.根据权利要求4所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述压板（16）与变幅杆（9）之间的位置水平设置有两个对称的悬臂连杆（17），所述悬臂连杆（17）的一端与压板（16）面向焊枪（7）的侧面固定连接，所述悬臂连杆（17）的另一端与变幅杆（9）杆体的波腹位置固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述换能器（8）的上端与升降滑板（13）之间、压板（16）的上侧与升降滑板（13）之间均加设有隔离垫（18），所述隔离垫（18）为硅橡胶材质。

7.根据权利要求1所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述冲击块（10）的内凹弧面上开设有微沟槽（19），所述微沟槽（19）呈八字形结构，所述微沟槽（19）的窄端朝向焊枪（7）。

8.根据权利要求5所述的一种钢结构板加工用自动电弧焊接装置，其特征在于，所述滚压轮（12）与悬臂连杆（17）均采用空冷硬化型热作模具钢制成，所述喷嘴（70）的下端且朝向冲击块（10）的位置连通设置有导流罩（20）。

9.一种使用权利要求8所述的自动电弧焊接设备加工钢结构板的方法，其特征在于，包括以下步骤：