一种钢管柱垂直对接自动焊接方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其是涉及一种钢管柱垂直对接自动焊接方法。

背景技术

大直径钢管的长度比较长，不方便运输，一般会在工厂分段制造，然后再在现场自下而上分段进行焊接安装，通常的施工方法是先安装好第一段钢管，然后再利用起吊设施将第二段钢管放置在第一段钢管上方，第一段钢管与第二段钢管在对接位置区域有突出圆柱面一定高度的辅助焊接定位的定位板及其定位连接板，其对自动焊接形成了越障难度。现有技术中，利用多台普通电焊机、多名焊接工人人工焊条电弧焊进行环缝焊接，这种传统的焊接方法在资源投入、质量控制、作业环境、生产效率、工程成本等方面存在以下不足：

（1）对焊工操作技术要求高，焊接质量控制难度大，人工焊接效率低，工程成本也相对较高；

（2）工人对作业环境的依赖性大，焊接的钢管越往上，工人的作业环境和劳动条件会相对变差，效率也会更慢。

发明内容

本发明提供一种钢管柱垂直对接自动焊接方法，通过对环缝进行底层焊接和第二层焊接，实现两段钢管柱的自动焊接，通过在焊接底层时进行水平距离补偿，在焊接第二层进行高度补偿，确保了焊接质量。在焊接第二层省略掉了水平距离补偿步骤，进一步提高了焊接效率。

本发明提供一种钢管柱垂直对接自动焊接方法，下钢管柱的顶端设有第一焊接面，上钢管柱的底部设有第二焊接面，所述第一焊接面为平面，所述第二焊接面形成有斜面，所述上钢管柱的第二焊接面和下钢管柱的第一焊接面构成一个环缝，所述上钢管柱上安装有圆形的导轨，所述钢管柱垂直对接自动焊接方法包括如下步骤：

底层焊接：设定初始基准点，焊枪倾斜着伸入环缝中，所述焊枪与下钢管柱的第一焊接面之间的夹角为锐角，焊枪以初始基准点为起点，在沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成底层焊接；其中，在沿导轨前进时，所述焊枪通过距离自动补偿系统使其与下钢管柱之间的距离保持一致；

第二层焊接：以初始基准点为起点向外移动到达a点后设为第二基准点，所述第二基准点比初始基准点低，所述焊枪以第二基准点为起点，在沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成第二层第一道焊接；所述焊枪以第二基准点为起点向上移动距离c，然后沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成第二层第二道焊接。

优选的，还包括第三层焊接：以第二基准点为起点向外移动到达b点后设为第三基准点，所述第三基准点比第二基准点低，所述焊枪以第三基准点为起点，在沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成第三层第一道焊接；所述焊枪以第三基准点为起点向上移动距离c，然后沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成第三层第二道焊接；所述焊枪以第三基准点为起点向上移动2个距离c，然后沿导轨前进的同时，在环缝中上下摆动以焊丝完成第三层第三道焊接。

优选的，所述以初始基准点为起点向外移动到达a点包括如下步骤：以初始基准点为起点沿平行于下钢管柱的第一焊接面的方向向外平移距离x后，再沿垂直于下钢管柱的第一焊接面的方向向下平移距离z1后到达a点。

优选的，所述以第二基准点为起点向外移动到达b点包括如下步骤：以第二基准点为起点沿平行于下钢管柱的第一焊接面的方向向外平移距离x后，再沿垂直于下钢管柱的第一焊接面的方向向下平移距离z2后到达a点。

优选的，所述距离自动补偿系统包括水平移动机构和激光传感器，所述激光传感器测得其与下钢管柱表面的初始距离为m1，所述焊枪沿导轨前进时，所述激光传感器测得其与下钢管柱表面之间的实时距离为m2，所述水平移动机构根据m2和m1的差值带动焊枪进行水平移动补偿，使得激光传感器与下钢管柱表面的距离始终为m1。

优选的，在水平方向的投影上，所述焊枪与上钢管柱之间的夹角为锐角。

优选的，所述上钢管柱位于焊枪前方且焊枪的枪头位于枪尾右侧时，所述焊枪按顺时针方向沿导轨前进。

优选的，所述焊枪连接有上下摆动机构，所述上下摆动机构驱动焊枪上下摆动。

优选的，所述水平移动机构连接有高度移动机构，所述上下摆动机构与水平移动机构相连接，所述高度移动机构驱动焊枪沿上钢管柱的高度方向移动。

优选的，所述高度移动机构连接有行走机构，所述行走机构驱动焊枪沿导轨移动。

优选的，所述导轨由至少两个弧段轨道拼接而成，所述导轨与上钢管柱之间通过电磁铁固定。

优选的，所述上下摆动机构和水平移动机构之间连接有水平手动移动机构和高度手动移动机构，所述焊枪在初始焊接前可通过水平手动移动机构和高度手动移动机构进行位置微调。

与现有技术相比，本发明通过对环缝进行底层焊接和第二层焊接，实现两段钢管柱的自动焊接，减少了人工参与，降低了作业环境对焊接的影响，提高了焊接效率，通过在焊接底层时进行水平距离补偿，在焊接第二层进行高度补偿，确保了焊接质量。在焊接第二层省略掉了水平距离补偿步骤，进一步提高了焊接效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的环缝的结构示意图；

图4为图3中A处结构的放大示意图；

图5为本发明的焊枪在环缝中工作时的结构示意图；

图6为本发明的第二层焊接时与第一焊接面焊接不充分的结构示意图；

图7为本发明的环缝的焊接层次结构示意图；

图8为本发明的上钢管柱和焊枪的俯视图；

图9为本发明的下钢管柱和导轨的结构示意图；

图10为本发明的三个基准点的结构示意图；

图11为现有技术的环缝的结构示意图。

附图标记：

1.下钢管柱，11.第一焊接面，2.上钢管柱，21.第二焊接面，3.导轨，4.焊枪，5.焊丝，6.水平移动机构，7.激光传感器，8.上下摆动机构，9.高度移动机构，100.环缝，200.底层，300.第二层，400.第三层，500.行走机构，600.初始基准点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

参照附图3-4，本实施例提供了一种钢管柱垂直对接自动焊接方法，下钢管柱1和上钢管柱2的外轮廓均呈圆柱状，下钢管柱1的顶端设有第一焊接面11，上钢管柱2的底部设有第二焊接面21，第一焊接面11为平面，第二焊接面21形成有斜面，具体的，第一焊接面11与下钢管柱1的轴线垂直，上钢管柱2的第二焊接面21和下钢管柱1的第一焊接面11构成一个具有一定深度的横向环缝100，参照附图11，传统环缝100的上下坡口均为斜面，本发明需要焊接的环缝100，其下坡口为平面，能节约大约一半的焊接时间和材料。上钢管柱2上安装有圆形的导轨3，该自动焊接方法包括如下步骤：

参照附图7和附图10，底层200焊接：设定初始基准点600，焊枪4倾斜着伸入环缝100中，焊枪4与下钢管柱1的第一焊接面11之间的夹角为锐角，焊枪4以初始基准点600为起点，在沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成底层200焊接；其中，在沿导轨3前进时，焊枪4通过距离自动补偿系统使其与下钢管柱1之间的距离保持一致，该距离为焊枪4与下钢管柱1在水平方向上的距离，参照附图5，通过距离自动补偿系统，焊枪4与下钢管柱1的距离始终为K，钢管柱在工厂预制时，其外轮廓并不十分周正，参照附图9，焊枪4在导轨3上移动时，导致焊枪4与钢管柱的距离时大时小，这将影响焊接的质量，因此需要距离自动补偿系统，确保焊枪4与钢管柱的距离始终一致。

第二层300比底层200的高度高，因此分为两道进行焊接，以确保焊接质量。

第二层300焊接：以初始基准点600为起点向外移动到达a点后设为第二基准点，第二基准点比初始基准点600低，焊枪4以第二基准点为起点，在沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成第二层300第一道焊接；焊枪4以第二基准点为起点向上移动距离c，焊枪4移动的方向垂直于第一焊接面11；然后沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成第二层300第二道焊接；在焊接过程中发现，参照附图6，第二层300的焊接出现问题，没有充分焊接到下钢管柱1，后期工人发现，焊接过程中焊枪4前方的焊丝5变短了，造成焊枪4前方的焊丝5与下钢管柱1的第一焊接面11的距离变大。因此通过将焊枪4向下移动进行高度补偿，使其能充分焊接到下钢管柱1。

需要注意的是，第二层300的焊接过程中，工人发现距离自动补偿系统不工作后，其第二层300的焊接质量仍然得以保持。因此在第二层300和第三层400的焊接过程中，省略了距离自动补偿系统的工作，这将进一步提高钢管柱的焊接效率。

如果环缝100比较大，则需要焊接第三层400，第三层400比第二层300的高度高，因此分为三道进行焊接，以确保焊接质量。

第三层400焊接：以第二基准点为起点向外移动到达b点后设为第三基准点，第三基准点比第二基准点低，焊枪4以第三基准点为起点，在沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成第三层400第一道焊接；焊枪4以第三基准点为起点向上移动距离c，焊枪4移动的方向垂直于第一焊接面11；然后沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成第三层400第二道焊接；焊枪4以第三基准点为起点向上移动2个距离c，焊枪4移动的方向垂直于第一焊接面11；然后沿导轨3前进的同时，在环缝100中上下摆动以焊丝5完成第三层400第三道焊接。

当然可以理解的是，根据环缝100的大小，我们还可以焊接第四层、第五层等。

具体的，以初始基准点600为起点向外移动到达a点的具体步骤如下：以初始基准点600为起点沿平行于第一焊接面11的方向向外平移距离x后，再沿垂直于第一焊接面11的方向向下平移距离z1后到达a点，距离z1可根据焊丝5的长短进行设置。

具体的，以第二基准点为起点向外移动到达b点的具体步骤如下：以第二基准点为起点沿平行于第一焊接面11的方向向外平移距离x后，再沿垂直于第一焊接面11的方向向下平移距离z2后到达b点，距离z2可根据焊丝5的长短进行设置。

参照附图1-2，距离自动补偿系统包括水平移动机构6以及连接在水平移动机构6的激光传感器7，激光传感器7位于焊枪4的正下方，具体的，在下钢管柱1的高度方向上，激光传感器7位于第一焊接面下方100mm范围内，激光传感器7测得其与下钢管柱1表面的初始距离为m1，焊枪4沿导轨3前进时，激光传感器7测得其与下钢管柱1表面的实时距离为m2，水平移动机构6根据m2和m1的差值带动焊枪4进行水平移动补偿，使得激光传感器7与下钢管柱1表面的距离始终为m1。例如，m1大于m2时，则水平移动机构6带动焊枪4向外移动m1-m2，以确保激光传感器7与下钢管柱1表面的距离为m1；m1小于m2时，则水平移动机构6带动焊枪4向内移动m2-m1，以确保激光传感器7与下钢管柱1表面的距离为m1。具体的，水平移动机构6带动焊枪4按120mm/分钟进行水平移动补偿。

以下钢管柱1为参照，激光传感器7测其与下钢管柱1的距离的原因是：下钢管柱1的第一焊接面11是平面，焊枪4横向移动和纵向移动时方便进行参照。

本实施例中的c、x、z1、z2、n、m1、m2、K的单位均为毫米。

具体的，在水平方向的投影上，参照附图8，焊枪4与上钢管柱2之间的夹角为锐角，进一步地，上钢管柱2位于焊枪4前方且焊枪4的枪头位于枪尾右侧时，焊枪4按顺时针方向沿导轨3前进。

焊枪4连接有上下摆动机构8，上下摆动机构8驱动焊枪4上下摆动。

水平移动机构6连接有高度移动机构9，上下摆动机构8与水平移动机构6相连接，高度移动机构9驱动焊枪4沿上钢管柱2的高度方向移动。例如焊接第二层300第二道时，焊枪4在高度移动机构9驱动下上移距离c。

水平移动机构6和高度移动机构9按控制系统设置的参数在需要的钢管柱环缝100位置执行移动并反馈数据，达到焊枪4实现多层多道焊的功能要求。

高度移动机构9连接有行走机构500，行走机构500驱动焊枪4沿导轨3移动。行走机构500可实现焊枪4正反转移动，且在行走过程中实现焊枪4的行走速度可控，起止可控，焊枪4在移动时控制系统可设置焊接电流、焊接电压、焊接速度、摆幅宽度和频率参数，实现中厚板的多层多道焊接，提升焊接效率。

上下摆动机构8和水平移动机构6之间连接有水平手动移动机构和高度手动移动机构，焊枪4在初始焊接前可通过水平手动移动机构和高度手动移动机构进行位置微调。焊接每一段钢管柱时，其外轮廓均不相同，因此，需要在最开始焊接前通过手动调节焊枪的距离以消除其误差。

导轨3由至少两个弧段轨道拼接而成，导轨3与上钢管柱2之间通过电磁铁固定。具体的，弧段轨道为4-8个，相邻的两个弧段轨道之间通过固定座固定，固定座通过电磁铁固定在上钢管柱2外壁。

本发明通过对环缝100进行底层200焊接和第二层300焊接，实现两段钢管柱的自动焊接，减少了人工参与，降低了作业环境对焊接的影响，提高了焊接效率，通过在焊接底层200时进行水平距离补偿，在焊接第二层300和第三层400进行高度补偿，确保了焊接质量。在焊接第二层300和第三层400省略掉了水平距离补偿步骤，进一步提高了焊接效率。

本发明通过标准化建筑施工常用钢管柱不同直径的导轨，建立钢管柱标准化多规格板厚的自动焊接工艺参数库，形成一整套钢管柱垂直对接焊接的自动焊接方法。

本发明可实现对板厚相同直径变化钢管柱的垂直对接，通过更换不同直径的导轨、调用相同的焊接参数库进行焊接；可实现对直径相同板厚发生变化的钢管柱垂直对接，在不更换导轨的情况下，通过调用需要的板厚的焊接参数库进行焊接。

本发明可大大提高建筑施工领域项目现场钢管柱垂直对接焊接的施工效率和质量的稳定性，节约成本、缩短施工周期、降低高空焊接施工难度。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。