[發明專利]應用于大尺寸Invar鋼模具的自動焊接裝備以及焊接方法

有效

• 申請號: 201910664166.6
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110280872B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 劉紅兵;于治水
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/095;B23K9/32
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 劉宗磊

1.一種應用于大尺寸Invar鋼模具的自動焊接裝備，所述Invar鋼模具的表面為弧面，其特征在于，所述自動焊接裝備包括：

移動支架，移動支架安裝在Invar鋼模具的上表面或者安裝在Invar鋼模具一側的地面上，該移動支架與Invar鋼模具中的焊縫平行設置；

行走機構，所述行走機構滑動安裝在所述移動支架上；

焊接設備主體，所述焊接設備主體固定在所述行走機構上，該焊接設備主體設置有一萬向吊臂，在所述萬向吊臂的末端且位于所述焊縫的正上方設置有視覺檢測裝置、位置角度傳感器、焊接頭調節機構、K-TIG焊槍，所述K-TIG焊槍安裝在焊接頭調節機構上，位置角度傳感器設置有兩個測距激光頭，該兩個測距激光頭用于同時發射兩束呈α夾角的激光至Invar鋼模具的表面，K-TIG焊槍的焊接角度與第一激光束的發射角度一致，第二激光束在Invar鋼模具的照射點在K-TIG焊槍行進方向上位于當前K-TIG焊槍焊接點的前方；

控制裝置，所述控制裝置與行走機構、視覺檢測裝置、位置角度傳感器、焊接頭調節機構、K-TIG焊槍相連，通過位置角度傳感器測算出當前K-TIG焊槍與Invar鋼模具上表面之間的夾角步驟包括：利用兩個測距激光頭同時發射兩束呈α夾角的激光至Invar鋼模具的表面，兩束激光接觸工件后分別計算兩個測距激光頭與對應Invar鋼模具上表面的激光照射點之間的距離a和b，根據夾角α以及a、b距離利用余弦定理計算第一激光束與Invar鋼模具表面之間的夾角β；

其中，K-TIG焊槍的焊接角度與第一激光束的發射角度一致，第二激光束在Invar鋼模具的照射點在K-TIG焊槍行進方向上位于當前K-TIG焊槍焊接點的前方。

2.如權利要求1所述的應用于大尺寸Invar鋼模具的自動焊接裝備，其特征在于，所述控制裝置搭載有修正系統，所述修正系統與視覺檢測裝置、位置角度傳感器、焊接頭調節機構相連。

3.一種大尺寸Invar鋼模具的自動焊接方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、提供若干段拼接在一起的弧面大尺寸Invar鋼模具，所述Invar鋼模具在靠近拼接處焊縫的邊緣上表面有凸臺；

S2、在Invar鋼模具的背面的焊縫處粘貼U形陶瓷襯墊，所述焊縫位于U形陶瓷襯墊的中心；

S3、采用K-TIG深熔焊工藝對焊縫進行一次性焊透；在焊接過程中，實時采集焊縫的圖像并進行圖像處理后生成前方未焊接焊縫的軌跡，根據軌跡對當前K-TIG焊槍的焊接軌跡進行實時修正，以及，通過位置角度傳感器測算出當前K-TIG焊槍與Invar鋼模具上表面之間的夾角，根據當前夾角來對K-TIG焊槍的焊接角度進行實時修正；

S4、焊接完成后，揭掉焊縫背面的U形陶瓷襯墊，并對焊縫上表面進行打磨以磨掉凸臺和多余材料，使得Invar鋼模具的焊接面趨于平整；

步驟S3中，通過位置角度傳感器測算出當前K-TIG焊槍與Invar鋼模具上表面之間的夾角步驟包括：利用兩個測距激光頭同時發射兩束呈α夾角的激光至Invar鋼模具的表面，兩束激光接觸工件后分別計算兩個測距激光頭與對應Invar鋼模具上表面的激光照射點之間的距離a和b，根據夾角α以及a、b距離利用余弦定理計算第一激光束與Invar鋼模具表面之間的夾角β；

其中，K-TIG焊槍的焊接角度與第一激光束的發射角度一致，第二激光束在Invar鋼模具的照射點在K-TIG焊槍行進方向上位于當前K-TIG焊槍焊接點的前方。

4.如權利要求3所述的大尺寸Invar鋼模具的自動焊接方法，其特征在于，待焊接的Invar鋼模具厚度為8mm-12mm。

5.如權利要求3所述的大尺寸Invar鋼模具的自動焊接方法，其特征在于，在步驟S1中，所述凸臺一體加工在所述Invar鋼模具邊緣。

6.如權利要求3或5所述的大尺寸Invar鋼模具的自動焊接方法，其特征在于，凸臺的寬度為4-6mm、高度為1mm-2mm。