一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统及方法

技术领域

本发明涉及氢能行业激光焊接技术领域，具体涉及一种用于氢能电解槽的焊接设备及方法。

背景技术

随着氢能产业链的发展，制氢环节备受关注，其中碱性电解槽的增长趋势迅猛。现有的电解槽焊接设备主要采用传统的气保焊，而气保焊焊接效率低、焊接深宽比小、热量输入大，导致焊接过程中热输入量大，焊接变形量大，使得后面的电解槽装堆制程无法组装。

物料更换的过程中，由于产品尺寸较大，微小的尺寸的偏差或变形会导致焊接位置改变，目前主要是采用增加焊缝宽度来进行兼容，这就导致效率变低或热输入量增加，变形量增加，而且比较容易出现焊缝难以覆盖的情况，从而出现漏焊或焊接缺陷。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于氢能电解槽的焊接设备及方法，用于提高电解槽焊接加工效率以及品质，减小热输入变形。

根据本发明说明书的一方面，提供一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统，用于焊接氢能碱性电解槽的极框和极板，包括移动机构和旋转平台，其中，

所述移动机构上设有焊接头、送丝组件和焊缝跟踪组件，所述焊接头用于极框和极板的激光焊接，所述送丝组件用于在激光焊接时同步送丝，所述焊缝跟踪组件用于激光焊接时的焊缝跟踪；

所述旋转平台上设有工装治具，所述工装治具用于固定极框和极板，所述旋转平台在焊接时带动极框和极板旋转进行焊接。

上述技术方案采用特制的工装治具，实现极框与极板的快速装夹，采用移动机构配合焊接头、焊缝跟踪及送丝组件，实现激光加送丝的焊接方式，并且，在焊接时通过旋转平台带动工装治具上的极框和极板旋转，从而在保证焊接品质及密封的情况下，实现焊接效率更高、热变形更小。

进一步地，所述焊缝跟踪组件预先内置有焊缝跟踪程序，能够识别焊缝XYZ坐标，并进行引导焊接。

作为进一步地技术方案，所述工装治具为环状结构，其中心设有滑环，外环设有定位销，内环设有若干电磁铁，其中，所述滑环为中空结构且与旋转平台连通，所述定位销用于定位极框，若干所述电磁铁用于固定极板。

可选地，所述定位销设有一个或多个。设有多个定位销时，多个所述定位销在外环上间隔均匀分布。

进一步地，若干所述电磁铁设置在内环边缘一圈，通过通电产生磁力来对极板边缘进行吸合。

作为进一步地技术方案，所述工装治具上设有环形水路，所述环形水路通过管道连接到滑环处。通过所述环形水路对焊接热量进行散热，达到减少极板变形的效果。

进一步地，所述环形水路连接有冷水机。所述冷水机除了用于为环形水路提供冷水外，还用于为激光器、焊接头等提供制冷。

作为进一步地技术方案，所述工装治具上设有气道，所述气道通过管道连接到滑环处。

可选地，所述气道包括若干气槽和气孔，每一气槽对应一气孔。通过向气槽中通入气体，气体由气孔排出，达到保护焊缝外观的效果。

作为进一步地技术方案，所述工装治具上设有压块，用于压紧极框。

可选地，所述压块为气动压块。所述气动压块由压紧气缸驱动。

进一步地，气缸旋转180°下压进行压紧，不工作时处于0°，位于最高位置。

可选地，所述压块可采用电动压紧装置或手动压紧装置实现压紧极框的功能。

进一步地，上述的水路管道、气道管道及电磁铁线路均可连接至滑环处，使得在旋转平台旋转时，各管道及线束跟随旋转。

作为进一步地技术方案，所述送丝组件包括送丝悬挂盘，所述送丝悬挂盘连接送丝传送件，所述送丝传送件连接送丝管，所述送丝管的前端设有送丝嘴。

进一步地，所述送丝传送件包括送丝主动轮、送丝从动轮。

进一步地，所述送丝悬挂盘连接有电机。

进一步地，所述送丝组件还连接有送丝控制器。

作为进一步地技术方案，所述送丝嘴、送丝管、送丝传送件均为可替换组件，且根据丝的直径和/或材料进行替换。

进一步地，所述送丝嘴需要根据丝的直径进行匹配选择。

进一步地，所述送丝管需要根据不同材料的丝选择不同型号材料。

进一步地，所述送丝主动轮、送丝从动轮上的丝槽需要根据丝的直径进行匹配。

进一步地，所述送丝主动轮、送丝从动轮上压杆需要根据不同材料的丝进行调节。

作为进一步地技术方案，所述移动机构包括多轴机器人、多轴模组或多轴机械臂。采用多轴的移动机构能够带动焊接头实现不同尺寸产品、不同角度、多工位焊接。

作为进一步地技术方案，所述焊接头为摆动焊接头。

可选地，摆动焊接头的摆动频率和摆动幅度可以根据焊接要求设置。

可选地，所述焊接头为激光焊接头，其带有同轴吹气、视觉监控功能，能够通过显示屏观察焊缝状态。

进一步地，所述同轴吹气的装置采用排管吹气，以保护焊接中及焊后焊缝不被氧化。

进一步地，所述焊接头连接有激光准直器，所述激光准直器通过光纤连接激光器，所述激光器作为发光源。

根据本发明说明书的一方面，提供一种用于氢能碱性电解槽的焊接方法，用于焊接氢能碱性电解槽的极框和极板，所述方法包括：

将极框放置在工装治具的外环并压紧；

将极板放置在工装治具的内环并压紧；

调整送丝组件，使其送丝管角度、丝与产品高度、丝与激光焦点位置、送丝速度均满足预设条件；

将工装治具通冷却水和保护气；

带动焊接头移动到焊接位置，结合送丝组件和焊缝跟踪组件预设的点焊位置进行点焊；

控制焊接头移动，并结合送丝组件和焊缝跟踪组件內的焊缝跟踪程序进行满焊。

可选地，所述极框和/或极板的放置可采用吊装或机械手实现。

可选地，在为工装治具通冷却水和保护气之前，还包括调整排管吹气的角度，其角度需大于20°。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用机器人搭配激光焊接头、焊缝跟踪以及送丝组件，且工装治具采用气动压合，电磁吸附，水冷及下保护气，实现电解槽极板及极框快速上料装夹、预焊与满焊，从而实现电解槽高效率、高品质的焊接需求。

2、本发明采用激光加送丝焊接的方法，在保证焊接品质及密封的情况下，焊接效率更高，热变形更小。

3、本发明焊接工艺方法焊接头采用摆动头，能够设置不同路径及宽度，保证焊缝宽度及品质。

4、本焊接工艺采用焊缝跟踪系统，免对点位，实现自动焊接。

5、本焊接采用水冷治具及下保护吹气，保证焊缝质量，以及减少热变形量。

附图说明

图1为本发明一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统的结构示意图。

图2为本发明一种用于氢能碱性电解槽焊接方法中A型产品实现的焊缝剖面图。

图3为本发明一种用于氢能碱性电解槽焊接方法中A型产品另一种实现的焊缝剖面图。

图4为本发明一种用于氢能碱性电解槽焊接方法中B型产品实现的焊缝剖面图。

图5为本发明一种用于氢能碱性电解槽焊接方法中B型产品另一种实现的焊缝剖面图。

图6本发明一种用于氢能碱性电解槽的焊接方法中焊接头用到的3种摆动图形示意图。

图中：1、机器人；2、焊接头；3、焊缝跟踪组件；4、送丝组件；5、旋转平台；6、工装治具；7、激光器；8、冷水机；9、吹气装置；10、压块；11、定位销；12、电磁铁；13、环形水路；14、气道；15、滑环；16、准直镜；17、监视相机；18同轴气嘴；19、送丝嘴；20、送丝管；21、压杆；22、主动轮；23、从动轮；24、送丝悬挂盘；25、A型极板；26、A型极框；27、一种A型焊缝横截面；28、另一种A型焊缝横截面；29、B型极板；30、B型极框；31；一种B型焊缝横截面；32；另一种B型焊缝横截面。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

如图1所示，一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统：包括机器人、焊接头、焊缝跟踪系统、送丝组件、激光器、旋转平台、工装治具、冷水机。

所述的机器人悬挂有激光焊接头、送丝组件、焊缝跟踪、吹气装置。激光焊接头连接有激光准直，准直器件通过光纤连接激光器，激光器做为发光源。送丝组件由送丝嘴、送丝管、送丝主动轮、送丝从动轮，电机、送丝悬挂盘，丝控制器等机构组成。

旋转平台上装有工装治具，工装治具上由气动压块，外环定位销，内环边缘一圈分布有电磁铁，电磁铁连接到滑环处。工装治具上有水路，水路通过水管连接到滑环处。工装治具上有气路，气路通过气管连接到滑环处。

冷水机为治具激光器和激光头提供水冷。

进一步地，所属的机器人为多轴机器人，能够带动激光焊接头实现大大于500mm直径尺寸产品、垂直焊接、双工位焊接。

进一步地，所述激光器是为连续激光器，焊接功率大于300w。

进一步地，激光头为摆动焊接头，可以根据焊接要求设置摆动频率和摆动幅度。

进一步地，所述激光焊接头带有同轴吹气、监测相机。

进一步地，所述旋转平台，能够带动产品旋转一周进行焊接。

进一步地，所述焊缝跟踪能够识别焊缝XYZ坐标，进行引导焊接。焊缝跟踪系统包括预先设置好的焊缝跟踪程序，且点焊位置提前设置好。更换产品时，产品高度和焊缝位置有差异，焊缝跟踪系统会实时获取坐标和高度信息，传递至程序，纠偏焊接头进行焊接。

进一步地，所述吹气装置为排管吹气，用来保护焊焊中及焊后焊缝不被氧化。

进一步地，所述送丝组件能够更换组件送不同材料、不同直径的丝。

实施例2

一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统，包括实施例1中的工装治具。

进一步地，工装治具的外环一圈设置有压紧气缸，气缸旋转180°下压进行压紧，不工作时处于0°，最高位置。

进一步地，工装治具上带有定位销，能够对产品极框进行定位。

进一步地，工装治具上内环边缘带有电磁铁，通过通电产生磁力，对极板边缘进行吸合。

进一步地，工装治具在焊缝下方位置带有一圈水路，能够对焊接热量进行散热，以减少极板变形。

进一步地，工装治具上有气槽以及气孔，通过气体保护焊缝外观。

进一步地，工装治具上有滑环结构，在转盘旋转时，线束跟随旋转。这样可避免旋转过程中的线路缠绕。

实施例3

一种用于氢能碱性电解槽的工艺方法，包括实施例1中一种用于氢能碱性电解槽的焊接系统，所述的焊接工艺方法包括如下步骤：

S1：准备好样件，其中焊接产品的尺寸，为Φ1800mm*2mm极板和极框拼焊。样件是经过清洗后的，去掉上面残留的油污等，避免焊接后出现气孔。

S2：极框放置，采用吊装或机械手，根据定位销的位置，放置极框。采用治具上的气缸压块，控制压紧极框，单个压力20公斤，一共20个压块。

S3：极板放置，采用吊装或机械手，放置极板。然后采用压板压住，压块重力100kg，最后电磁铁上电，固定极板，电磁铁单个吸力8kg，一共20个。

S4:：送丝机调整，调整压杆，保证压力不损伤金属丝；调整送丝管角度45°；调整丝与产品高度，高度0.5mm；调整丝与激光焦点位置重合，调整送丝参数，送丝速度10mm/s-15mm/s。

S4：调整排管吹气的角度，角度大于30°，吹气量15L/MIN。

S5:治具通冷却水，水温20度，治具通保护气，保护气体为氩气，吹气量15L/MIN。

S6：机器人带动激光头移动到焊接位置，结合送丝组件以及焊缝跟踪进行点焊，间距100mm，进行初固定。焊缝跟踪获取XYZ坐标传输到程序，控制机器人和焊接头根据焊缝随动。

S7：机器人带动激光头移动到焊接位置，结合送丝组件以及焊缝跟踪系统进行满焊。

S8:焊缝情况如图2为双面焊接，双面成型，激光功率1000w，焊接头摆动幅度2mm，送丝速度10mm/s。

实施例4

一种用于氢能碱性电解槽的工艺方法，包括实施例3中的工艺步骤。

焊缝情况如图3为单面焊接，双面成型，激光功率1300w，焊接头摆动幅度2mm，送丝速度15mm/s。

实施例5

一种用于氢能碱性电解槽的工艺方法，包括实施例3中的工艺步骤。

焊缝情况如图4为单面焊接，双面成型，激光功率1400w，焊接头摆动幅度2mm，送丝速度15mm/s。

实施例6

一种用于氢能碱性电解槽的工艺方法，包括实施例3中的工艺步骤。

焊缝情况如图5为双面焊接，双面成型，激光功率1200w，焊接头摆动幅度2mm，送丝速度10mm/s。

这里需要说明的是，采用单面焊接或双面焊接可依据客户实际需要而选择。通常情况下，双面焊接考虑到需要翻面，其焊接效率较单面焊接的低，但是其功率低，变形小；而单面焊接效率高，但变形大。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。