一种焊接设备及焊接方法与流程

1.本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种焊接设备及焊接方法。


背景技术：

2.钛合金具有优异的耐各种氧化性酸、各种盐以及碱腐蚀性能，尤其是耐氯离子的点蚀；并且钛有良好的力学性能，因此，钛及其合金是石油化工，航空航天等领域理想的结构材料。但是，钛合金价格昂贵，加工成型成本高，限制了其广泛应用。低碳钢及低合金钢具有强度高、焊接性能好、各种加工工艺性好、价格低廉等特点；但其耐蚀性差，包括不锈钢耐氯离子的腐蚀能力都很差，不能满足某些特种行业对于材料防腐耐蚀性能的要求。钛-钢复合板有效的结合了上述两种材料的优点，通过在钢铁材料表面复合一层钛合金，在满足材料对防腐蚀性能要求的同时降低了制造成本，保留了低合金钢的优良力学性能及钛合金良好的耐蚀性能，是一种具有广阔应用前景的材料。目前，钛-钢复合板已经被广泛应用于海洋工程、淡水工程、船舶工程以及石油化工等领域，也是复合材料领域的一个重要发展方向。
3.随着时代的发展，焊接工艺日新月异，目前的焊接工艺普遍需要对加工件进行多层焊接，并且根据焊接工艺的不同，需要频繁地在各个焊接系统上进行焊接，如果要同时满足工件多种规格和多层焊工艺，需要配备多种焊接设备，不仅增加设备和人工成本，操作人员还要不同设备间摸索工艺，熟悉设备，造成焊接质量不稳定，焊接一致性差。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种焊接设备，具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供了一种焊接设备，包括工装小车、导向部、主架以及焊接悬架；
6.所述焊接悬架设置在所述主架上，所述焊接悬架设置有至少3组，所述焊接悬架上设置有供焊枪安装固定的安装件，所述焊接悬架呈线性分布设置；
7.所述工装小车用以安放待焊接件，设置在所述焊接悬架下方；
8.所述工装小车与所述导向部相配对，所述导向部引导所述工装小车沿所述焊接悬架的线性方向进行移动。
9.与现有技术相对比，使用本设备对待加工件进行焊接时，需要将待加工件先行安放在工装小车上，令待加工件上的待焊接坡口沿着焊接悬架的线性方向放置，具体地，多组焊枪呈线性排列，在安装待加工件时，需要将待加工件上的焊接坡口与焊枪所形成的线性方向相对应，令待加工件与焊枪对应对准，随后根据待加工件的实际情况，根据各个焊接层所对应的焊接系统，对焊枪进行适应性的排列，此时设备的前期准备阶段结束，随后即可启动各个焊接系统对待加工件进行焊接，焊接时，启动工装小车，工装小车在导向部的引导下沿着焊接悬架的线性方向进行移动，此时工装小车带动待加工件同步移动，因焊枪成线性
排列，故焊枪将会先后对待加工件的焊缝进行焊接，靠近待加工件一侧的焊枪将最先对待加工件进行焊接，后续的焊枪将会在前一焊枪所加工的焊层上进行焊接，最终对待加工件进行焊接加工，在待加工件的焊缝焊接上与焊枪数量对应的焊缝层，其整体具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点，具有较高的实用性。
10.作为上述方案的改进，所述焊接悬架设置有7组。
11.作为上述方案的改进，安装于7组所述安装件上的焊枪分别为钛复层焊接1把，熔覆过渡层ⅰ1把，熔覆过渡层ⅱ1把，钢层根部焊接层1把，填充层2把、焊接盖面层1把。
12.作为上述方案的改进，所述导向部包括两条相互平行的导轨，两条所述导轨均与所述焊接悬架形成的线性方向平行，所述工装小车的轮组与所述导轨配对。
13.作为上述方案的改进，所述主架上设置有滑槽，所述焊接悬架与所述主架通过所述滑槽滑动连接。
14.作为上述方案的改进，所述焊接悬架上设置有十字滑块，所述十字滑块与所述安装件对应设置，所述安装件设置在所述十字滑块的位移件上。
15.作为上述方案的改进，所述焊接悬架上设置有锁紧件，以限制所述焊接悬架在所述滑槽上移动。
16.作为上述方案的改进，所述锁紧件包括锁紧螺钉，所述锁紧螺钉与所述焊接悬架螺纹连接，所述锁紧螺钉紧压所述滑槽限制所述焊接悬架移动。
17.作为上述方案的改进，所述滑槽两端呈开口状，供所述焊接悬架安入或拆离所述滑槽。
18.本方案还提供一种焊接方法，方法如下：
19.步骤一、焊前准备：将需要焊接的钛-钢复合板接头开坡处理好，并分别装夹在相应的配套支撑、冷却、气保护、移动小车、夹具等系统上；
20.步骤二、实施钛-钢复合板焊接：根据钛-钢复合板钛复层与钢基层的所需焊接层数，对应设置焊枪数量且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，并安装到安装件上；
21.步骤三、启动焊接，钛-钢复合板焊接一次成形。
附图说明
22.图1是本发明某一实施例的具体结构示意图；
23.图2是本发明某一实施例中工装小车的具体结构图；
24.图3是本发明某一实施例中焊接悬架的具体结构图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.随着时代的发展，焊接工艺日新月异，目前的焊接工艺普遍需要对加工件进行多层焊接，并且根据焊接工艺的不同，需要频繁地在各个焊接系统上进行焊接，如果要同时满足工件多种规格和多层焊工艺，需要配备多种焊接设备，不仅增加设备和人工成本，操作人
员还要不同设备间摸索工艺，熟悉设备，造成焊接质量不稳定，焊接一致性差。故本发明提供一种焊接设备，具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点。其具体方案如下：
27.参见图1、图2以及图3所示：
28.一种焊接设备，包括工装小车1、导向部2、主架3以及焊接悬架4。
29.其中焊接悬架4设置在主架3上，焊接悬架4设置有至少3组，焊接悬架4上设置有供焊枪安装固定的安装件5，焊接悬架4呈线性分布设置；
30.工装小车1用以安放待焊接件，设置在焊接悬架4下方；
31.工装小车1与导向部2相配对，导向部2引导工装小车1沿焊接悬架4的线性方向进行移动；
32.需要说明的是，安装件5用于安装焊接系统的焊枪，在本实施例中，焊接悬架4设置有6组。故在本实施例中，本设备能够供6组焊接系统的焊枪进行安装。具体地，安装上6组焊接系统，即可令本设备能够具备6组焊接工艺，在实际工作时，根据待加工件的实际情况，对6组焊接系统的参数以及焊接工艺进行调整即可。更进一步地，在本实施例中，焊接悬架4呈线性排列设置。对焊接系统、焊枪进行安装时，需要根据待加工件的实际情况，根据各个焊接层所对应的焊接系统，对焊枪进行适应性的排列，令焊枪安装焊接顺序对应排列安装在安装件5上。
33.示例性的，使用本设备对待加工件进行焊接时，需要将待加工件先行安放在工装小车1上，令待加工件上的待焊接坡口沿着焊接悬架4的线性方向放置，具体地，6组焊枪呈线性排列，在安装待加工件时，需要将待加工件上的焊接坡口与6组焊枪所形成的线性方向相对应，令待加工件与6组焊枪对应对准，随后根据待加工件的实际情况，根据各个焊接层所对应的焊接系统，对焊枪进行适应性的排列，此时设备的前期准备阶段结束，随后即可启动各个焊接系统对待加工件进行焊接，焊接时，启动工装小车1，工装小车1在导向部2的引导下沿着焊接悬架4的线性方向进行移动，此时工装小车1带动待加工件同步移动，因焊枪成线性排列，故6组焊枪将会先后对待加工件的焊缝进行焊接，靠近待加工件一侧的焊枪将最先对待加工件进行焊接，后续的焊枪将会在前一焊枪所加工的焊层上进行焊接，最终对待加工件进行焊接加工，在待加工件的焊缝焊接上6层焊缝，其整体具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点，具有较高的实用性。
34.进一步地细化，在本实施例中，导向部2包括两条相互平行的导轨，两条导轨均与焊接悬架4形成的线性方向平行。
35.需要说明的是，启动工装小车1即可联动其滚轮组在导轨的导向下沿着焊接悬架4的线性方向进行移动，移动的过程中，安装件5上的焊枪逐层对待加工件进行焊接。
36.更优的是，在本实施例中，主架3上设置有滑槽，焊接悬架4与主架3通过滑槽滑动连接。
37.需要说明的是，滑槽的设置令焊接悬架4的整体能够便于移动调节，实际加工时，操作人员根据待加工件的实际加工工艺，对应地、适应性地利用滑槽对焊接架整体进行移动调整，其整体调整过程极为简单，令本设备能够具备较高的使用灵活性。在优化调节结构的同时，为了完整调节结构的稳定性，在本实施例中，焊接悬架4上设置有锁紧件，以限制焊接悬架4在滑槽上移动。具体地，锁紧件包括锁紧螺钉，锁紧螺钉与焊接悬架4螺纹连接，锁
紧螺钉紧压滑槽限制焊接悬架4移动。
38.更优的是，因焊接层呈层叠式设置，为了优化焊枪与安装件5的整体配合度，进一步提高本设备的调节灵活性，在本实施例中，焊接悬架4上设置有十字滑块6，十字滑块6与安装件5对应设置，安装件5设置在十字滑块6的位移件上。
39.需要说明的是，十字滑块6是指由两组直线滑块，按照x轴方向和y轴方向组合而成的组合滑块，通常也称为坐标轴滑块、xy轴滑块。十字滑块6的设置，令安装件5整体的位置能够具备可调节的功能，与焊接悬架4相配合，更为优化本设备的整体使用灵活性。
40.在本实施例中，调节结构的设置，能够弥补上焊接层高低差距，增强本设备的整体焊接稳定性。
41.实施例2：
42.钛-钢复合板作为金属层状复合材料的一种，具有广泛的应用前景。钛-钢复合板结合了钛、钢2种材料的优点而获得了广泛的应用。其中，钛合金具有优异的耐各种氧化性酸、各种盐以及碱的腐蚀尤其是耐氯离子的点蚀以及良好的力学性能，钛及其合金是石油化工，航空航天等领域理想的结构材料。但是，钛合金价格昂贵，加工成型困难，这限制了其广泛应用。低碳钢及低合金钢具有强度高、焊接性能好、各种加工工艺性好、价格低廉等特点；但其耐蚀性差，包括不锈钢耐氯离子的腐蚀能力都很差，不能满足某些特种行业对于材料防腐耐蚀性能的要求。
43.钛-钢复合板有效的结合了上述两种材料的优点。通过在钢铁材料表面复合一层钛合金，在满足材料对防腐蚀性能要求的同时降低了板材整体质量，保留了两种材料的优良力学性能，是一种具有广阔应用前景的材料。目前，国内外学者针对钛-钢复合板的焊接技术，已经开展了较为广泛的研究，涉及到的主要焊接方法，包括常规的钨极氩弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊、激光焊等，上述焊接技术已经在促进复合板的工程化应用过程中发挥了重要的作用。然而，针对钛-钢复合板开发专用焊接设备却鲜有报道。故本发明还提供一种应用于上述焊接设备的钛-钢复合管焊接方法，具体如下：
44.参见图1、图2以及图3所示：
45.在本实施例中，焊接设备应用于钛-钢复合管的焊接。焊接过程中，根据钛-钢复合管钛复层及钢基层厚度选择对应的焊接工艺及焊枪数量，且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，以实现钛-钢复合管焊接一次成形，焊接质量优良。
46.在本实施例中，根据钛-钢复合管钛复层及钢基层厚度，待加工件需要进行7层焊接层的焊接，需要外接应用到5组焊接系统：
47.(1)钛复层焊接系统
48.采用等离子焊接或tig焊接方法进行钛复层焊接。系统构成包括焊缝跟踪系统、送丝系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成，其中，因本焊接层处于最底层，故本焊接系统的焊枪安装在靠近工装小车1距离最近的安装件5上；
49.(2)过渡层ⅰ焊接系统
50.在钛复层上堆焊第一层纯钒过渡层，采用软等离子焊接工艺。系统构成包括：焊缝跟踪系统、送丝系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成，其中，因本焊接层处于钛复层的上层，故本焊接系统的焊枪安装在钛复层焊接系统焊枪邻近的安装件5上；
51.(3)过渡层ⅱ焊接系统
52.在过渡层ⅰ上堆焊过渡层ⅱ，此系统构成与第一层过渡层的焊接系统相同，过渡层材料为cu-si合金，因本焊接层处于过渡层ⅰ的上层，故本焊接系统的焊枪安装在过渡层ⅰ焊接系统焊枪邻近的安装件5上。
53.(4)钢基层根部焊接系统构成
54.为保护过渡层ⅰ以及过渡层ⅱ，在钢基层根部选用短路过渡的熔化极焊接方法，采用小规范焊接工艺参数进行焊接。系统构成包括：焊缝跟踪系统、焊接电源、焊枪等部件及配件，其中，本焊接系统的焊枪安装在过渡层ⅱ焊接系统焊枪邻近的安装件5上。
55.(5)填充和盖面焊接系统
56.填充和盖面焊接系统均由焊缝跟踪系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成。根据基板的厚度不同，本实施例需要两层填充层，故两组填充焊接系统和盖面焊接系统一共3把焊枪，依序安装在钢基层根部焊接系统焊枪后面的安装件5上。
57.故本实施例中，焊枪一共设置有7把，分别为钛复层焊接1把，在钛上熔覆过渡层ⅰ1把，熔覆过渡层ⅱ1把，保护过渡层、焊接钢层根部焊缝1把，填充层2把、焊接盖面层1把，故在本实施例中，安装件5设置有7组，供7把焊枪进行安装固定。
58.具体焊接方法如下：
59.步骤一、焊前准备：将需要焊接的钛-钢复合管接头开坡处理好，并分别装夹在相应的配套支撑、冷却、气保护、移动小车、夹具等系统上；
60.步骤二、实施钛-钢复合管焊接：根据钛-钢复合管钛复层与钢基层厚度选择不同焊接工艺及设置焊枪数量且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，而在本实施例中，焊枪一共设置有7把，分别为钛复层焊接1把，在钛上熔覆过渡层ⅰ1把，熔覆过渡层ⅱ1把，为保护过渡层、焊接钢层根部焊缝1把，填充层2把、焊接盖面层1把，故在本实施例中，安装件5设置有7组，供7把焊枪进行安装固定。启动焊接，钛-钢复合管焊接一次成形，实现钛-钢复合管的高质量焊接。
61.需要说明的是，利用本焊接设备实现钛-钢复合管焊接方法的优点在于：设备结构紧凑，克服了运用多套系统与工序焊接钛-钢复合管的缺点，可实现钛-钢复合管的一次性焊接成形，焊接效率高，成本低，焊接质量好。更优的是，采用过渡层方式焊接钛-钢复合管相较于现有焊接标准而言，具有焊接效率高、成本低，焊接质量好，且不受焊接件尺寸限制的优点，焊接过程可根据钛-钢复合管钛复层与钢基层厚度选择不同焊接工艺及设置焊枪数量且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，可实现钛-钢复合管焊接一次成形，其整体灵活性较高。
62.实施例3：
63.参见图1所示：
64.一种焊接设备，包括工装小车1、导向部2、主架3以及焊接悬架4。其中焊接悬架4设置在主架3上，焊接悬架4设置有至少3组，焊接悬架4上设置有供焊枪安装固定的安装件5，焊接悬架4呈线性分布设置；工装小车1用以安放待焊接件，设置在焊接悬架4下方；工装小车1与导向部2相配对，导向部2引导工装小车1沿焊接悬架4的线性方向进行移动。
65.在本实施例中，本设备适用于钛-钢复合板的焊接，以下基于该应用进行展开说明。
66.需要说明的是，安装件5用于安装焊接系统的焊枪，而且，在本实施例中，本设备适
用于焊接坡口呈线性设置的待加工件，故导向部2引导工装小车1整体移动时，即可带动待加工件进行加工。具体地，安装件5的件数可根据实际焊接工艺进行调整，在本实施例中，根据钛-钢复合板钛复层及钢基层的厚度，待加工件需要进行7层焊接层，从底层至顶层依序为钛复层、过渡层ⅰ、过渡层ⅱ、钢层根部层、两层填充层以及盖面层。
67.故本实施例中，焊枪一共设置有7把，焊接悬架4安装件5对应设置有7件，供7把焊枪对应地安装固定。分别为钛复层焊接1把，在钛上熔覆过渡层ⅰ1把，熔覆过渡层ⅱ1把，保护过渡层、焊接钢层根部层焊缝1把，填充层2把、焊接盖面层1把。根据待加工件的实际情况，在本实施例中，本设备需要外接应用到5组焊接系统，具体说明如下：
68.(1)钛复层焊接系统
69.采用等离子焊接或tig焊接方法进行钛复层焊接。系统构成包括焊缝跟踪系统、送丝系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成，其中，因本焊接层处于最底层，故本焊接系统的焊枪安装在靠近工装小车1距离最近的安装件5上；
70.(2)过渡层ⅰ焊接系统
71.在钛复层上堆焊第一层纯钒过渡层，采用软等离子焊接工艺。系统构成包括：焊缝跟踪系统、送丝系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成，其中，因本焊接层处于钛复层的上层，故本焊接系统的焊枪安装在钛复层焊接系统焊枪邻近的安装件5上；
72.(3)过渡层ⅱ焊接系统
73.在过渡层ⅰ上堆焊过渡层ⅱ，此系统构成与第一层过渡层的焊接系统相同，过渡层材料为cu-si合金，因本焊接层处于过渡层ⅰ的上层，故本焊接系统的焊枪安装在过渡层ⅰ焊接系统焊枪邻近的安装件5上。
74.(4)钢基层根部焊接系统构成
75.为保护过渡层ⅰ以及过渡层ⅱ，在钢基层根部选用短路过渡的熔化极焊接方法，采用小规范焊接工艺参数进行焊接。系统构成包括：焊缝跟踪系统、焊接电源、焊枪等部件及配件，其中，本焊接系统的焊枪安装在过渡层ⅱ焊接系统焊枪邻近的安装件5上。
76.(5)填充和盖面焊接系统
77.填充和盖面焊接系统均由焊缝跟踪系统、气保护系统、焊接电源、焊枪等部件及配件组成。根据基板的厚度不同，本实施例需要两层填充层，故两组填充焊接系统和盖面焊接系统一共3把焊枪，依序安装在钢基层根部焊接系统焊枪后面的安装件5上。
78.示例性的，在实际工作时，根据待加工件的实际情况，对5组焊接系统的参数以及焊接工艺进行调整即可。需要根据待加工件的各个焊接层情况，根据各个焊接层所对应的焊接系统，对焊枪进行适应性的排列，令焊枪安装焊接顺序对应排列安装在安装件5上。
79.使用本设备对待加工件进行焊接时，需要将待加工件先行安放在工装小车1上，令待加工件沿着焊接悬架4的线性方向放置，具体地，7组焊枪呈线性排列，在安装待加工件时，需要将待加工件上的焊接坡口与7组焊枪所形成的线性方向相对应，令待加工件与7组焊枪对应对准，随后根据待加工件的实际情况，根据各个焊接层所对应的焊接系统，对焊枪进行适应性的排列，此时设备的前期准备阶段结束，随后即可启动各个焊接系统对待加工件进行焊接，焊接时，启动工装小车1，工装小车1在导向部2的引导下沿着焊接悬架4的线性方向进行移动，此时工装小车1带动待加工件同步移动，因焊枪成线性排列，故7组焊枪将会先后对待加工件的焊缝进行焊接，靠近待加工件一侧的焊枪将最先对待加工件进行焊接，
后续的焊枪将会在前一焊枪所加工的焊层上进行焊接，最终对待加工件进行焊接加工，在待加工件的焊缝焊接上7层焊缝，其整体具有焊接质量稳定，焊接一致性较高，整体焊接效率较高的优点，具有较高的实用性。
80.进一步地细化，在本实施例中，导向部2包括两条相互平行的导轨，两条导轨均与焊接悬架4形成的线性方向平行。
81.需要说明的是，启动工装小车1即可联动其滚轮组在导轨的导向下沿着焊接悬架4的线性方向进行移动，移动的过程中，安装件5上的焊枪逐层对待加工件进行焊接。
82.更优的是，在本实施例中，主架3上设置有滑槽，焊接悬架4与主架3通过滑槽滑动连接。
83.需要说明的是，滑槽的设置令焊接悬架4的整体能够便于移动调节，实际加工时，操作人员根据待加工件的实际加工工艺，对应地、适应性地利用滑槽对焊接架整体进行移动调整，其整体调整过程极为简单，令本设备能够具备较高的使用灵活性。在优化调节结构的同时，为了完整调节结构的稳定性，在本实施例中，焊接悬架4上设置有锁紧件，以限制焊接悬架4在滑槽上移动。具体地，锁紧件包括锁紧螺钉，锁紧螺钉与焊接悬架4螺纹连接，锁紧螺钉紧压滑槽限制焊接悬架4移动。
84.更优的是，因焊接层呈层叠式设置，为了优化焊枪与安装件5的整体配合度，进一步提高本设备的调节灵活性，在本实施例中，焊接悬架4上设置有十字滑块6，十字滑块6与安装件5对应设置，安装件5设置在十字滑块6的位移件上。
85.需要说明的是，十字滑块6是指由两组直线滑块，按照x轴方向和y轴方向组合而成的组合滑块，通常也称为坐标轴滑块、xy轴滑块。十字滑块6的设置，令安装件5整体的位置能够具备可调节的功能，与焊接悬架4相配合，更为优化本设备的整体使用灵活性。
86.在本实施例中，调节结构的设置，能够弥补上焊接层高低差距，增强本设备的整体焊接稳定性。
87.具体焊接方法如下：
88.步骤一、焊前准备：将需要焊接的钛-钢复合板接头开坡处理好，并分别装夹在相应的配套支撑、冷却、气保护、移动小车、夹具等系统上；
89.步骤二、实施钛-钢复合板焊接：根据钛-钢复合板钛复层与钢基层厚度选择不同焊接工艺及设置焊枪数量且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，而在本实施例中，焊枪一共设置有7把，分别为钛复层焊接1把，在钛上熔覆过渡层ⅰ1把，熔覆过渡层ⅱ1把，为保护过渡层、焊接钢层根部焊缝1把，填充层2把、焊接盖面层1把，故在本实施例中，安装件5设置有7组，供7把焊枪进行安装固定。启动焊接，钛-钢复合板焊接一次成形，实现钛-钢复合板的高质量焊接。
90.需要说明的是，利用本焊接设备实现钛-钢复合板焊接方法的优点在于：设备结构紧凑，克服了运用多套系统与工序焊接钛-钢复合板的缺点，可实现钛-钢复合板的一次性焊接成形，焊接效率高，成本低，焊接质量好。更优的是，采用过渡层方式焊接钛-钢复合板相较于现有焊接标准而言，具有焊接效率高、成本低，焊接质量好，且不受焊接件尺寸限制的优点，焊接过程可根据钛-钢复合板钛复层与钢基层厚度选择不同焊接工艺及设置焊枪数量且焊枪沿着焊接方向依次先后排列，可实现钛-钢复合板焊接一次成形，其整体灵活性较高。
91.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。