阅读说明：本技术 一种用于焊接工件的预热装置及预热方法 (Preheating device and preheating method for welding workpiece ) 是由 刘飞香 程永亮 李放 尹策明 张静 高继民 李鹏 于 2020-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于焊接工件的预热装置,包括轨道组件、移动小车和感应加热器,所述移动小车活动设置于轨道组件上且沿着轨道组件的长度方向运动,感应加热器通过运动组设置于移动小车上,运动组包括第一运动组件和第二运动组件,通过第一运动组件实现感应加热器沿竖向运动,通过第二运动组件实现感应加热器水平运动,所述水平运动方向与轨道组件的长度方向垂直；感应加热器上设有接触滑动轮,接触滑动轮与待处理工件相接触实现控制感应加热器与待处理工件间的距离,感应加热器用于对待处理工件进行预热。本发明通过接触滑动轮保证感应加热固定的透入深度和能量转换效率。本发明还提供了一种采用预热装置对双工位工件进行预热的方法。(The invention provides a preheating device for a welding workpiece, which comprises a track assembly, a moving trolley and an induction heater, wherein the moving trolley is movably arranged on the track assembly and moves along the length direction of the track assembly; the induction heater is provided with a contact sliding wheel which is in contact with the workpiece to be processed to control the distance between the induction heater and the workpiece to be processed, and the induction heater is used for preheating the workpiece to be processed. The invention ensures the fixed penetration depth and energy conversion efficiency of induction heating by contacting the sliding wheel. The invention also provides a method for preheating the double-station workpiece by adopting the preheating device.)

一种用于焊接工件的预热装置及预热方法

技术领域

本发明涉及焊接技术技术领域，具体涉及一种用于焊接工件的预热装置及预热方法。

背景技术

凿岩台车的臂架属于结构件，臂架的材质为690D低合金高强钢，碳当量较高，工艺要求焊接预热温度100-150℃。其机构形式为长直箱型结构，共有四条长直焊缝。其结构简单、焊接可达性较好已实现焊接自动化，但预热仍采用传统的火焰加热。存在以下两个主要问题：第一是预热速度慢，通常加热30min以上才能将局部温度预热至100-150℃，加热效率低下，均匀性极差。第二：预热与焊接不能够紧密衔接，开始焊接时温度已降低至50℃左右，难以满足工艺要求。

现有技术中常采用双工位焊接机器人对臂架进行焊接，双工位焊接机器人设有第一变位机和第二变位机实现焊接和上下料交替进行以提高工作效率，这就要求对臂架进行预热时需要满足能对第一变位机和第二变位机上的待处理工件进行预热，满足预热和焊接紧密衔接的要求。

综上所述，急需一种用于焊接工件的预热装置及预热方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于焊接工件的预热装置，具体技术方案如下：

一种用于焊接工件的预热装置，包括轨道组件、移动小车和感应加热器，所述移动小车活动设置于所述轨道组件上且沿着轨道组件的长度方向运动，所述感应加热器通过运动组设置于所述移动小车上，所述运动组包括第一运动组件和第二运动组件，通过第一运动组件实现感应加热器沿竖向运动，通过第二运动组件实现感应加热器水平运动，所述水平运动方向与轨道组件的长度方向垂直；

所述感应加热器上设有接触滑动轮，所述接触滑动轮与待处理工件相接触实现控制感应加热器与待处理工件间的距离，所述感应加热器用于对待处理工件进行预热。

以上技术方案中优选的，所述轨道组件包括平台、导轨组件和齿条，所述导轨组件和齿条均设置于平台上且均与平台的长度方向平行设置，所述移动小车通过导轨组件活动设置于所述平台上；所述移动小车上设有驱动件，所述驱动件的输出端设有齿轮，所述齿轮和齿条相互啮合设置，通过驱动件驱动齿轮旋转实现移动小车在平台上运动。

以上技术方案中优选的，所述导轨组件的数量为两组，两组所述导轨组件分别设置于平台长度方向的两侧；所述导轨组件包括滑轨和滑块，所述滑轨设置于平台上且与平台的长度方向平行，所述滑块设置于所述移动小车上，通过滑轨和滑块配合实现移动小车沿平台长度方向运动。

以上技术方案中优选的，所述轨道组件还包括限位开关，所述限位开关用于对移动小车的运动行程进行限位。

以上技术方案中优选的，所述第一运动组件包括第一气缸，所述第一气缸竖向设置于所述移动小车上，所述第二运动组件包括第二气缸，所述第二气缸设置于第一气缸的活塞杆上，所述感应加热器设置于所述第二气缸的活塞杆上。

以上技术方案中优选的，所述移动小车上设有控制器件，所述驱动件、第一气缸、第二气缸、限位开关和感应加热器均与控制器件连接。

以上技术方案中优选的，所述感应加热器还包括感应线圈架和感应线圈，所述感应线圈架为V型结构，所述感应线圈设置于感应线圈架上，实现对工件进行预热；所述感应线圈架V型开口的两个侧壁上均设有接触滑动轮。

以上技术方案中优选的，所述感应线圈架上还设有接近开关和红外温度传感器。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明的用于焊接工件的预热装置，设置感应加热器对待处理工件进行预热，采用中频感应加热利用交变的电流通过感应加热器在工件内部产生交变的磁场，交变的磁场在工件内部产生交变电流从而起到加热工件的效果。这种加热方式属于材料内部加热，加热效率高、环保、可实现对温度的精确控制，从而提高焊接质量和合格率，克服现有技术中火焰加热存在的弊端，大大减少了预热时间。

(2)本发明的用于焊接工件的预热装置，在所述感应加热器上设有接触滑动轮，通过接触滑动轮与待处理工件相接触实现控制感应加热器与待处理工件间的距离，控制距离可以保证感应加热固定的透入深度，保证感应加热线器在整个匀速运动过程中对工件的透入深度的一致性；同时保证了能量转换效率，提供预热效率，满足工件的预热需求。

(3)本发明的用于焊接工件的预热装置，移动小车设置于轨道组件上，移动小车在轨道组件上移动可以满足双工位焊接机器人双工位的预热需求，提升机器人利用率，预热和焊接紧密衔接，减少了热量损耗。

(4)本发明的用于焊接工件的预热装置，感应加热器包括感应线圈架和感应线圈，所述感应线圈架为V型结构，所述感应线圈设置于感应线圈架上，实现对工件进行预热；采用V型结构设计满足对长直焊缝坡口及其坡口两侧金属的预热，同时设置接近开关和红外温度传感器可以实现对感应加热器的运动(竖向运动)以及对工件温度的精确控制，满足工艺需求。

(5)本发明的用于焊接工件的预热装置，通过控制器件可以精确控制运动的行程、速度以及预热的温度，实现自动化预热，可使工件在自动化焊接前预热温度稳定在工艺要求的预热温度范围内，降低了操作工劳动强度，提升了生产效率，稳定了产品质量。

本发明还提供了一种预热方法，包括变位机组和上述的用于焊接工件的预热装置，所述变位机组包括同一直线设置的第一变位机和第二变位机，所述第一变位机夹持第一工件，所述第二变位机夹持第二工件，轨道组件长度方向与变位机组的长度方向平行设置，移动小车位于第一变位机和第二变位机之间；

所述预热方法具体预热步骤如下：

步骤一：移动小车位于预热起始位置，控制第一气缸伸出将感应加热器从预备位置推至防干涉位置，防止感应加热器与第一变位机或第二变位机发生干涉；

步骤二：通过驱动件驱动移动小车移动到第一工件的端部，控制第二气缸伸出将感应加热器运动至第一工件的正上方，控制第一气缸缩回使感应加热器上的接触滑动轮与第一工件表面相接触，接近开关反馈感应加热器与第一工件相接触的信号至控制器件，准备预热；

步骤三：感应加热器开始预热，通过红外温度传感器对第一工件进行温度监测，第一工件温度到达设定温度时红外温度传感器将信号反馈至控制器件，蜂鸣器发出声音提示操作人员开始焊接；

步骤四：驱动件驱动移动小车以50-60cm/min匀速往第一工件另一端部运动，实现对第一工件本次待焊接位置进行预热；

步骤五：感应加热器运动至第一工件另一端部即完成本次预热，第一气缸伸出将感应加热器推至防干涉位置，第二气缸缩回，驱动件驱动移动小车运动回预热起始位置，第一气缸缩回将感应加热器回落至预备位置，蜂鸣器提示操作人员本次预热完成；

步骤六：第一变位机带动第一工件旋转，重复步骤一至步骤五对第一工件下一待焊接位置进行预热；在对第一工件进行预热过程中，第二变位机进行上料或下料第二工件；

步骤七：重复步骤一至步骤六对第二变位机上的第二工件进行预热，直至第二工件全部完成预热；此时第一变位机上料或下料第一工件。

预热装置与机器人焊接系统无需通信，仍能实现同步预热，设备具有更强的通用性，可适应多种工件直焊缝的预热；设置焊接速度与预热速度相匹配，预热和焊接紧密衔接，减少了热量损耗；双工位交替预热焊接，提高总体生产效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明预热装置的工作示意图；

图2是本发明预热装置的结构示意图；

图3是本发明轨道组件的结构示意图；

图4是感应加热器的结构示意图；

其中，1、轨道组件，1.1、平台，1.2、滑轨，1.3、齿条，1.4、滑块，1.5、齿轮，2、电机，3、移动小车，4、控制器件，5、第一气缸，6、第二气缸，7、变压器，8、感应加热器，8.1、感应线圈架，8.2、接触滑动轮，8.3、感应线圈，9、第一变位机，10、第一工件，11、第二工件，12、第二变位机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1-4，一种用于焊接工件的预热装置，所述预热装置为双工位焊接机器人的附属预热设备，包括轨道组件1、移动小车3和感应加热器8，所述移动小车3活动设置于所述轨道组件1上且沿着轨道组件1的长度方向运动，所述感应加热器8通过运动组设置于所述移动小车3上，所述运动组包括第一运动组件和第二运动组件，通过第一运动组件实现感应加热器8沿竖向运动，通过第二运动组件实现感应加热器8水平运动，所述水平运动方向与轨道组件1的长度方向垂直；

所述感应加热器8上设有接触滑动轮8.2，所述接触滑动轮8.2与待处理工件相接触实现控制感应加热器8与待处理工件间的距离，所述感应加热器8用于对待处理工件进行预热。

参见图3，所述轨道组件1包括平台1.1、导轨组件和齿条1.3，所述导轨组件和齿条1.3均设置于平台1.1上且均与平台1.1的长度方向平行设置，所述移动小车3通过导轨组件活动设置于所述平台1.1上；所述移动小车3上设有驱动件，所述驱动件的输出端设有齿轮1.5，所述齿轮1.5和齿条1.3相互啮合设置，通过驱动件驱动齿轮1.5旋转实现移动小车3在平台1.1上运动。

优选的，所述驱动件为电机2。

所述导轨组件的数量为两组，两组所述导轨组件分别设置于平台长度方向的两侧；所述导轨组件包括滑轨1.2和滑块1.4，所述滑轨1.2设置于平台1.1上且与平台1.1的长度方向平行，所述滑块1.4设置于所述移动小车3上，通过滑轨1.2和滑块1.4配合实现移动小车沿平台长度方向运动。

所述导轨组件可以直接购买，选用市面上的标准件即可。为了保证运动的稳定性，一条滑轨上设置两个滑块，两个滑块均与移动小车连接。

所述轨道组件还包括限位开关，所述限位开关用于对移动小车的运动行程进行限位。所述限位开关设置于所述平台或滑轨上。

参见图1，所述第一运动组件包括第一气缸5，所述第一气缸5竖向设置于所述移动小车3上，所述第二运动组件包括第二气缸6，所述第二气缸6设置于第一气缸5的活塞杆上，所述感应加热器8设置于所述第二气缸6的活塞杆上。

所述移动小车3上设有控制器件4，所述驱动件、第一气缸、第二气缸、限位开关和感应加热器8均与控制器件4连接。

所述移动小车上还设有蜂鸣器，所述蜂鸣器与控制器件连接。

所述控制器件包括PLC控制器和IGBT数字中频电源(优选智汇科技G-POWER40)，所述IGBT数字中频电源还连接有变压器，所述变压器用于改变感应加热器的电压和频率。

优选的，所述PLC控制器和IGBT数字中频电源集成在一起。

参见图4，所述感应加热器8还包括感应线圈架8.1和感应线圈8.3，所述感应线圈架8.1为V型结构，所述感应线圈8.3设置于感应线圈架8.1上，实现对工件进行预热；所述感应线圈架8.1V型开口的两个侧壁上均设有接触滑动轮8.2。

所述感应线圈架8.1上还设有接近开关和红外温度传感器。

所述驱动件、第一气缸、第二气缸、限位开关、蜂鸣器、接近开关和红外温度传感器均与PLC控制器连接。

本实施例还提供了一种上述预热装置进行预热方法，包括变位机组(变位机组属于双工位焊接机器人)和上述的用于焊接工件的预热装置，所述变位机组包括同一直线设置的第一变位机9和第二变位机12，待处理工件具体包括第一工件和第二工件，所述第一变位机9夹持第一工件10，所述第二变位机12夹持第二工件11，轨道组件1长度方向与变位机组的长度方向平行设置，移动小车3位于预热起始位置，所述预热起始位置指第一变位机和第二变位机之间，所述移动小车沿着变为机组的长度方向运动，详见图1。

本实施例中优选的，第一工件和第二工件均为臂架，臂架为方形结构，沿长度方向有四条边需要进行焊接。

所述的预热方法具体预热步骤如下：

步骤一：移动小车位于预热起始位置，控制第一气缸伸出将感应加热器从预备位置推至防干涉位置(优选为第一气缸伸出的最大行程处，即将感应加热器推至最高位置)，防止感应加热器与第一变位机或第二变位机发生干涉；

步骤二：通过驱动件驱动移动小车移动到第一工件的端部，控制第二气缸伸出将感应加热器运动至第一工件的正上方，控制第一气缸缩回使感应加热器上的接触滑动轮与第一工件表面相接触，接近开关反馈感应加热器与第一工件相接触的信号至控制器件，准备预热；

步骤三：感应加热器开始预热，通过红外温度传感器对第一工件进行温度监测，第一工件温度到达设定温度时红外温度传感器将信号反馈至控制器件，蜂鸣器发出声音提示操作人员开始焊接；设定温度根据工艺需求确定，本实施例中根据臂架的预热需求，设定温度为150℃；

步骤四：驱动件驱动移动小车以50-60cm/min匀速往第一工件另一端部运动，实现对第一工件本次待焊接位置进行预热，焊接机器人以30-50cm/min匀速对预热后的位置进行焊接(参见图1，移动小车由第一工件的一端运动至另一端，可以是从图1中第一工件的左侧运动至右侧，也可以是从右侧运动至左侧)；

步骤五：感应加热器运动至第一工件另一端部即完成本次预热，第一气缸伸出将感应加热器推至防干涉位置，第二气缸缩回，驱动件驱动移动小车运动回预热起始位置，第一气缸缩回将感应加热器回落至预备位置，蜂鸣器提示操作人员本次预热完成；

步骤六：第一变位机带动第一工件旋转，重复步骤一至步骤五对第一工件下一待焊接位置进行预热(焊接机器人同时进行焊接)；在对第一工件进行预热过程中，第二变位机进行上料或下料第二工件；

步骤七：重复步骤一至步骤六对第二变位机上的第二工件进行预热，直至第二工件全部完成预热；此时第一变位机上料或下料第一工件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。