一种大跨度激光焊接设备及其焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种大跨度激光焊接设备及其焊接工艺。

背景技术

近年来，随着经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，人们对大跨度钢结构建筑(例如大型体育馆、影剧院、展览馆等)的需求也越来越多，其中，这些大跨度钢结构建筑的建设通常都离不开大跨度梁柱结构的架设。

目前，在对于大跨度的梁柱结构进行焊接时，存在以下缺陷：(1)目前在对大跨度梁柱结构进行焊接时对其进行多点压紧固定再焊接，仅仅进行多点式的压紧固定，焊接时焊缝和焊缝附近受热区的金属发生膨胀，由于四周较冷的金属阻止这种膨胀，在焊接区域内就发生压缩应力和塑性收缩变形，产生了不同程度的横向和纵向收缩，由于焊缝的纵向和横向收缩相对于构件的中和轴不对称引起构件的整体弯曲，导致最终焊接完成的大跨度的梁柱构件冷却后折弯呈拱形，不利于直接使用，还需后续矫正工作，相对麻烦；(2)现有的大跨度梁柱结构在进行焊接时，当有一个第一主体部和多个第二主体部时，需要将多个第二主体部依次逐个焊接与第一主体部上时，如图9所示的大跨度钢托盘梁9，包括第一钢板91、第二钢板92和第三钢板93，目前将第二钢板92和第三钢板93焊接于第一钢板91上时，需要将第二钢板92焊接在第一钢板91上后，再对第三钢板93进行焊接，焊接工艺复杂，浪费时间较多。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大跨度激光焊接设备及其焊接工艺，以解决焊接完成的大跨度的梁柱构件冷却后会折弯呈拱形以及在焊接多个主体部的梁柱结构时焊接工艺复杂，浪费时间较多的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种大跨度激光焊接设备，包括若干焊台和焊接机，还包括：

支撑件，设于焊台上，用于支撑待焊工件，所述待焊工件呈长条状，所述待焊工件包括第一主体部以及设于第一主体部上的若干第二主体部，所述焊接设备用于将若干第二主体部焊接于第一主体部上；

压紧机构，包括至少两个压紧组件，分别对第一主体部和第二主体部压紧固定，每个所述压紧组件均包括第一驱动件和压板；

其中，所述压板和支撑件的长度不小于待焊工件的长度，每两个相邻的所述压板之间具有间隙，所述第一驱动件驱动压板运动将待焊工件压紧固定于支撑件上且对待焊工件折弯，使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯，用于补偿工件焊接后冷却反弹的幅度。

优选的，待焊工件折弯后的最高点到该工件折弯前与最高点对应点之间的距离为待焊工件长度或宽度的1/200-1/100。

优选的，所述焊台一侧设有机械手臂，所述机械手臂的输出端连接焊接机，所述压紧组件有两个，所述第一驱动件的输出轴固定连接滑轨，所述滑轨底端固定安装压板，所述待焊工件为钢托盘梁，所述第一主体部包括第一钢板和焊接于第一钢板上的第二钢板，所述第二主体部为放置于第一钢板顶面且位于第二钢板一侧的第三钢板。

优选的，两个所述滑轨之间具有间隙。

优选的，所述焊接设备还包括调节机构，所述调节机构包括第三驱动件和支撑架，所述支撑架上设有压紧机构，所述第三驱动件驱动支撑架移动使压板与支撑件错位处于不同竖直平面内。

优选的，靠近第一钢板与第三钢板焊接处的所述滑轨外壁设为斜面。

优选的，所述焊接设备还包括夹持机构，对支撑件上的待焊工件限位固定。

一种大跨度激光焊接工艺，采用所述焊接设备，包括以下步骤：

一：将待焊工件的第一主体部放置于支撑件上，再将第二主体部放置于第一主体部上；

二：通过调节压紧机构使压板对第一主体部和第二主体部压紧固定并使其折弯，使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯；

三：开启焊接机，通过控制机械手臂或者人工手动带动焊接机移动，使其通过间隙沿着各个第二主体部的内侧的长度方向进行焊接，最后再使用焊接机(3)沿着最外部的第二主体部的外侧的长度方向进行焊接，将若干第二主体部焊接与第一主体部上；

四：焊接完毕后，调节压紧机构使压板不再压紧固定焊接好的工件，取出焊接好的工件，等待其冷却回弹呈直线状。

优选的，所述步骤一中待焊工件为钢托盘梁时，当所述第一主体部为第一钢板，第二主体部为第二钢板和第三钢板时，将第一钢板放置于支撑件上，再将第二钢板和第三钢板放置于第一钢板上，当所述第一主体部包括第一钢板和焊接于第一钢板上的第二钢板，所述第二主体部为放置于第一钢板顶面且位于第二钢板一侧的第三钢板时，将焊接好的第一钢板与第二钢板放置于支撑件上，再将第三钢板放置于第一钢板上。

优选的，所述步骤二中压紧机构包括两个压紧组件，通过调节两个压紧组件使两个压板对第二钢板和第三钢板进行压紧固定且使待焊的钢托盘梁整体折弯。

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

一：本发明通过将压板和支撑件的长度设置为不小于待焊工件的长度，可以完成后续对待焊工件的压紧折弯工作，避免了传统的多点式压紧固定的焊接后的工件冷却会变形折弯的问题，通过设置折弯成拱形的支撑件和压板，可以将待焊工件压紧固定并使其折弯，使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯，保证后续焊接后工件会冷却回弹呈直线状，补偿工件焊接完毕后冷却反弹的幅度，避免了传统的大跨度工件焊接冷却后会呈拱形，还需进一步进行纠正平整的麻烦，且通过设置若干压板，在相邻两个压板之间设置间隙，可以使用焊接机通过间隙沿着各个第二主体部的内侧的长度方向进行焊接，最后再使用焊接机沿着最外部的第二主体部的外侧的长度方向进行焊接，将若干第二主体部焊接与第一主体部上，可以一次进行多个第二主体部的焊接固定且折弯，避免了传统的在焊接多个主体部的梁柱结构时的焊接工序复杂，需要一个个主体部依次焊接的麻烦，节约了时间；

二：本发明设置两个压紧组件，可以控制第一驱动件驱动两个压板对第二钢板和第三钢板压紧固定且使钢托盘梁顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯后，通过在相邻两个压板之间设置间隙，需要在第一钢板上焊接第二钢板和第三钢板时，通过焊接机发出的激光穿过间隙将第二钢板与第三钢板相互靠近一侧，再对第二钢板和第三钢板的外侧焊接，完成第二钢板和第三钢板的焊接固定，或者在已经焊接好的第一钢板和第二钢板上再焊接第三钢板时，通过焊接机发出的激光穿过间隙将第三钢板内侧与第一钢板进行焊接固定，再对第三钢板外侧与第一钢板进行焊接，完成第三钢板的焊接；

三：本发明通过设置调节机构，在对工件进行上料时，调节第三驱动件使其带动支撑架移动，使压板与支撑件错位处于不同竖直平面内，从而支撑件上方无遮挡，方便将待焊工件在支撑件上的下料工作以及焊接完毕后的工件的下料工作，放置完毕后，再调节第三驱动件使其带动支撑架移动复位，使压板位于待焊工件正上方，方便后续调节压紧组件使压板对待焊工件进行压紧固定和折弯工作；

四：通过将靠近第一钢板与第三钢板焊接处的滑轨外壁设为斜面，方便在调节机械手臂带动焊接机移动时，能更好的对第一钢板和第三钢板进行焊接，避免滑轨影响焊接机进行焊接工作。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明焊台、支撑件、压紧机构、夹持机构和调节机构结构示意图；

图3为本发明支撑台、支撑件、夹持机构和第一限位块结构示意图；

图4为本发明压紧组件、支撑架和第二限位块结构示意图；

图5为本发明压紧组件、支撑架和第二限位块结构示意图；

图6为本发明压板和滑轨结构示意图；

图7为本发明支撑件结构示意图；

图8为本发明图7左视结构示意图；

图9为本发明钢托盘梁结构示意图；

其中：1、焊台；2、机械手臂；3、焊接机；4、支撑件；5、压紧机构；51、压紧组件；511、第一驱动件；512、压板；513、滑轨；6、夹持机构；61、抵板；62、第二驱动件；63、夹板；7、调节机构；71、第三驱动件；72、支撑架；81、第一限位块；82、第二限位块；9、钢托盘梁；91、第一钢板；92、第二钢板；93、第三钢板。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部，基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围，下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1-图9所示，本发明提供一种大跨度激光焊接设备，包括若干焊台1和焊接机3(此处采用激光焊接机3)，还包括支撑件4和压紧机构5；

支撑件4设于焊台1上，用于支撑待焊工件，待焊工件呈长条状，待焊工件包括第一主体部以及设于第一主体部上的若干第二主体部，支撑件4为一块或多块支撑板组成，其整体的顶面和底面沿着其长度和宽度方向均呈拱形设置；

压紧机构5包括至少两个压紧组件51，分别对第一主体部和第二主体部压紧固定，每个压紧组件51均包括第一驱动件511(此处可采用气缸)和压板512；

其中，压板512和支撑件4的长度不小于待焊工件的长度，优选支撑件4和压板512的长度与待焊工件的长度相等，可以完成后续对待焊工件的压紧折弯工作，避免了传统的多点式压紧固定的焊接后的工件会冷却变形折弯的问题，支撑件4和压板512的宽度可小于或等于待焊工件的宽度；

每两个相邻的所述压板512之间具有间隙，方便焊接机3对第一主体部和第二主体部进行焊接，第一驱动件511驱动压板512运动将待焊工件压紧固定于支撑件4上且对待焊工件折弯，使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯，保证后续焊接后工件会冷却回弹呈直线状，补偿工件焊接后冷却反弹的幅度，避免了传统的大跨度工件焊接冷却后会呈拱形，还需进一步进行纠正平整的麻烦；

此处以向下折弯为例进行说明：

待焊工件折弯后的最高点到该工件折弯前与最高点对应点之间的距离为待焊工件长度或宽度的1/200-1/100，如图5中H1与虚线长度L1的比例以及如图8中H2与虚线长度L2的比例，即当调节压紧机构5使压板512对待焊工件压紧固定且对其进行折弯，使待焊工件沿着其长度方向和宽度方向均呈拱形设置，即使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯；

如下图9中的钢托盘梁9，此时压板512有两个，支撑件4和压板512的宽度小于待焊工件的宽度，为方便将第三钢板93焊接于第一钢板91上且与第二钢板92焊接，且两个压板512之间有间隙，方便后续焊接机3对第二钢板92和第三钢板93或者第二钢板92与第一钢板91的焊接工作；

一种大跨度激光焊接工艺，采用上述焊接设备，包括以下步骤：

一：将待焊工件的第一主体部放置于支撑件4上，再将第二主体部放置于第一主体部上；

二：通过调节压紧机构5使压板512对第一主体部和第二主体部压紧固定并使其折弯，使待焊工件的顶面和底面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯；

三：开启焊接机3，通过控制机械手臂2或者人工手动带动焊接机3移动，使其通过间隙沿着各个第二主体部的内侧的长度方向进行焊接，最后再使用焊接机3沿着最外部的第二主体部的外侧的长度方向进行焊接，将若干第二主体部焊接与第一主体部上；

有关上述第二主体部内侧和外侧的定义做如下解释，如图9所示，当第一主体部为第一钢板91、第二主体部为第二钢板92和第三钢板93时，第二主体部的内侧为第二钢板92和第三钢板93相互靠近一侧，第二主体部的外侧为第二钢板92和第三钢板93相互远离的一侧，当有更多的第二钢板92和/或第三钢板93沿着第一钢板91的宽度方向设置时，第一钢板91上沿着宽度方向相距最远的第二钢板92和/或第三钢板93的两侧为外侧，沿着第一钢板91长度方向上设置第二钢板92和/或第三钢板93也同理，在此不过多赘述；

当第二主体部为第三钢板93、第一主体部为第一钢板91和第二钢板92时，第二主体部的内侧为第三钢板93靠近第二钢板92的一侧，第二主体部的外侧为第三钢板93远离第二钢板92的一侧，同理，当有更多的第三钢板93沿着第一钢板91的宽度方向设置时，距离第二钢板92最远的第三钢板93的一侧为外侧；

四：焊接完毕后，调节压紧机构5使压板512不再压紧固定焊接好的工件，取出焊接好的工件，等待其冷却回弹呈直线状，补偿工件焊接完毕后的回弹，避免了传统的大跨度工件焊接冷却后会呈折弯成拱形，还需进一步进行纠正平整的麻烦。

如图4-图8所示，压板512的底面和支撑件4的顶面均从其中间位置到四周边缘向下或向上折弯，即压板512的底面和支撑件4的顶面均设为待焊工件焊接冷却后折弯适配的仿边形，此处定义仿边形为待焊工件表面弧度与焊接后冷却折弯呈拱形的程度适配，使待焊工件在焊接前就被折弯呈拱形，从而使其冷却后呈回弹呈水平直线状态，避免了传统的大跨度工件焊接冷却后会呈折弯形，还需进一步进行纠正平整的麻烦。

如图2-图9所示，以压紧组件51有两个为例说明，焊台1一侧设有机械手臂2，机械手臂2的输出端连接焊接机3，第一驱动件511的输出轴固定连接滑轨513，滑轨513底端固定安装压板512，待焊工件为钢托盘梁9，其中第一主体部和第二主体部包括下面两种情况：即一：第一主体部包括第一钢板91和焊接于第一钢板91上的第二钢板92，第二主体部为放置于第一钢板91顶面且位于第二钢板92一侧的第三钢板93，将焊接好的第一钢板91与第二钢板92放置于支撑件4上，再将第三钢板93放置于第一钢板91上，或者二：第一主体部也可为第一钢板91，第二主体部包括放置于第一钢板91上的待焊接的第二钢板92和第三钢板93，将第一钢板91放置于支撑件4上，再将第二钢板92和第三钢板93放置于第一钢板91上；

两个滑轨513之间具有间隙，方便焊接机3通过间隙对第三钢板93与第二钢板92和第一钢板91之间的焊接工作；

此处以两个焊台1、待焊工件为钢托盘梁9为例进行说明，第一钢板91上有第二钢板92和第三钢板93两个突出部，通过机械手臂2控制焊接机3运动进行焊接工作时，可以一个焊台1进行上料工作，另一个焊台1进行下料工作，避免单个焊台1时更换待焊工件的等待时间，提高焊接效率；

其中，焊接前，先将第一钢板91放置于支撑件4上，再将第二钢板92和第三钢板93放置于第一钢板91上，再通过压紧组件51对第一钢板91、第二钢板92和第三钢板93进行压紧固定且折弯(第一主体部也可为第一钢板91，第二主体部包括放置于第一钢板91上的待焊接的第二钢板92和第三钢板93)，另外第一钢板91与第二钢板92也可以看成一个整体(即第一钢板91与第二钢板92已经焊接完毕，此时第一主体部定义为包括第一钢板91和焊接于第一钢板91上的第二钢板92，第二主体部为放置于第一钢板91顶面且位于第二钢板92一侧的第三钢板93)，整体从侧面看呈L形，再以此设备在上述基础上再焊接第三钢板93，则此两种情况压紧机构5包括两个压紧组件51(即类似在第一钢板91上焊接若干第二钢板92或者第三钢板93情况均适用于该设备)：

首先将未焊好的第一钢板91放置于支撑件4上，再将第二钢板92放置于支撑件4上或者将焊接好的第一钢板91与第二钢板92，再将第三钢板93放置于第一钢板91上；

然后通过调节两个压紧组件51使两个压板512对第二钢板92和第三钢板93进行压紧固定且使其折弯，使钢托盘梁9整体折弯呈拱形；

然后开启焊接机3，通过控制机械手臂2带动焊接机3移动(避免人工手动驱动焊接机3焊接的麻烦)，对第二钢板92两侧以及第三钢板93两侧进行焊接，即将第二钢板92和第三钢板93焊接于第一钢板91上或者第二钢板92和第三钢板93以及第三钢板93和第一钢板91进行焊接；

最后，焊接完毕后，调节两个压紧组件51使两个压板512不再对第二钢板92和第三钢板93压紧固定，取出焊接好的钢托盘梁9，等待其冷却回弹呈直线状，补偿钢托盘梁9焊接后的回弹，避免了传统的大跨度工件焊接冷却后会呈拱形，还需进一步进行纠正平整的麻烦。

另外，第一主体部也可为第一钢板91，第二主体部包括放置于第一钢板91上的待焊接的第二钢板92和第三钢板93也同样适用该设备进行焊接。

需要特殊说明的是，当仅在第一钢板91上焊接一个截面大小小于第一钢板91顶面大小的第二钢板92或第三钢板93时，也可使用该设备，此时两个压板512一个压紧且折弯第一钢板91未放置第二钢板92或第三钢板93顶面一侧，另一个压紧且折弯第二钢板92或第三钢板93，也可实现第二钢板92或第三钢板93在第一钢板91上的焊接固定，且同时能保证焊接后的工件能冷却回弹成直线型，相对与传统的仅使用一个压板512对第二钢板92或第三钢板93压紧焊接，即能实现很好的焊接作用，同时又能防止传统的工件焊接时会冷却回弹。

通过两块压板512分段下压，来确保焊接时大尺寸工件的稳定性，此处以两块压板512为例，实际中可根据需要选择适配的压板512数量，整体工艺配合设备能够有效实现大跨度得激光焊接。

另外，压板512与滑轨513之间为可拆卸连接，支撑件4与焊台1之间也为可拆卸连接，从而可以根据需要安装不同形状的压板512和支撑件4，从而对不同类型和长短的工件进行焊接，适用性更广。

如图2所示，焊接设备还包括调节机构7，调节机构7包括第三驱动件71(此处可采用气缸)和支撑架72，支撑架72上设有压紧机构5，第三驱动件71驱动支撑架72移动使压板512与支撑件4错位处于不同竖直平面内；

为方便对工件进行上料时无阻挡，调节第三驱动件71使其带动支撑架72移动，使压板512与支撑件4错位处于不同竖直平面内，从而支撑件4上方无遮挡，方便将待焊工件在支撑件4上的下料工作以及焊接完毕后的工件的下料工作，放置完毕后，再调节第三驱动件71使其带动支撑架72移动复位，使压板512位于待焊工件正上方，方便后续调节压紧组件51使压板512对待焊工件进行压紧固定和折弯工作。

如图4所示，靠近第一钢板91与第三钢板93焊接处的滑轨513外壁设为斜面，方便在调节机械手臂2带动焊接机3移动时，能更好的对第一钢板91和第三钢板93进行焊接，避免滑轨513影响焊接机3进行焊接工作。

如图2和图3所示，焊接设备还包括夹持机构6，对支撑件4上的待焊工件限位固定，具体的夹持机构6包括设于支撑件4一侧且位于焊台1上的若干抵板61、设于支撑件4另一侧的第二驱动件62(此处可采用气缸)以及第二驱动件62输出轴固定连接的夹板63；

在将待焊工件放置于支撑件4上后，使待焊工件一侧与抵板61接触，再驱动第二驱动件62使其带动夹板63移动，从而使夹板63和抵板61对待焊工件进行夹持固定，方便后续压板512对待焊工件进行稳定的压紧折弯工作，且压板512与抵板61和夹板63均不接触；

另外也可采用在支撑件4两侧对称设置若干第二驱动件62，第二驱动件62的输出端均固定安装夹板63也可完成对支撑件4上的待焊工件限位固定。

如图3-图5所示，焊台1上设有若干第一限位块81，每个滑轨513底端两侧均设有第二限位块82，在驱动第一驱动件511使其带动压板512对待焊工件进行压紧固定折弯时，第一限位块81和第二限位块82接触，从而防止待焊工件折弯过度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。