一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备的制作方法

1.本发明涉及大直径桥梁预制管桩基础施工技术领域，具体涉及一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备。


背景技术：

2.在桥梁建设过程中，大采用桩梁一体机施工，集打桩、架梁于一体不落地施工的工艺越发普遍，为满足桥梁上部结构的荷载与变形控制要求，通常要将多节管桩进行连接以提高桩基承载力。传统预应力混凝土管桩连接主要采用人工焊接方式，受环境和焊工自身等因素影响，人工作业难免出现遗漏和失误，焊接工人水平参差不齐，难以保证焊接质量，同时由于焊接工人老龄化、日益短缺、人工成本上升等因素，管桩焊接作业效率和施工质量已达到瓶颈。并且，人工焊接非常依赖于个人经验，很难把控质量及实现标准化操作。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，能快速高效完成管桩焊接工作，焊接时间缩短50％，确保整体工期可控，且通过焊接程序控制，能够实现包角焊、多层多道焊，保证了焊接工艺可控，焊缝质量良好且稳定。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，包括钢带导轨，钢带导轨通过快速卡锁连接成环形结构，钢带导轨上安装有若干组卡接组件，卡接组件用于将钢带导轨卡紧连接在管桩接头上；
6.钢带导轨上安装有驱动组件，驱动组件沿着钢带导轨进行环形移动，驱动组件下端安装有用于对管桩接头进行焊接的焊接组件。
7.作为本发明进一步的方案：所述钢带导轨下部可拆卸安装有定位组件，定位组件对钢带导轨安装起到定位的作用。
8.作为本发明进一步的方案：所述定位组件包括定位板，定位板上端设置有与钢带导轨相连的上支板，定位板下端设置有下支板，下支板处设置有定位滑块。
9.作为本发明进一步的方案：所述下支板上螺纹贯穿安装有定位螺栓，定位滑块与定位螺栓转动连接，定位滑块上端滑动连接在定位板下端面。
10.作为本发明进一步的方案：所述驱动组件包括驱动箱体，驱动箱体上端中心位置设置有主驱动电机，主驱动电机的输出轴上固定安装有主驱动齿轮，钢带导轨上端设置有与主驱动齿轮相配合的导向齿条。
11.作为本发明进一步的方案：所述主驱动电机两侧均固定安装有辅助电机，辅助电机的输出轴上固定安装有与导向齿条啮合连接的辅助齿轮。
12.作为本发明进一步的方案：所述驱动箱体底部固定安装有限位座，限位座上转动安装有限位滚轮，限位滚轮滚动连接在钢带导轨底部。
13.作为本发明进一步的方案：所述卡接组件包括螺纹贯穿连接在钢带导轨上的锁紧
螺栓，锁紧螺栓上固定连接有u型卡板一。
14.作为本发明进一步的方案：所述卡接组件包括螺纹贯穿连接在钢带导轨上的调节螺栓，调节螺栓位于钢带导轨内侧的端部转动安装有u型卡板二，u型卡板二上固定设置有伸缩杆，伸缩杆上滑动套接有固定杆，固定杆固定安装在钢带导轨上。
15.作为本发明进一步的方案：所述驱动组件侧端可拆卸安装有冷却支架，冷却支架上固定安装有冷却风扇。
16.本发明的有益效果：
17.(1)能快速高效完成管桩焊接工作，焊接时间缩短50％，确保整体工期可控：自动环焊机器人焊接单个接头耗时1h，相比人工焊接2h，功效提高了一倍。
18.(2)工期可控，提高桩梁一体机逐孔施工管桩的施工功效，确保整体工期可控。
19.(3)提高焊缝质量，间接使管桩基础接头焊接高效降本，管桩接头焊接采用人工焊接，受工人专业素质影响较大，会出现焊缝不饱满、焊角高度不足等焊缝质量缺陷，对管桩基础桩检验收有较大影响；自动环焊机采用药芯焊丝混合气体保护焊，焊缝成型较好，且通过焊接程序控制，能够实现包角焊、多层多道焊，保证了焊接工艺可控，焊缝质量良好且稳定，从而减少了因管桩焊缝缺陷导致桩检问题造成时间及经济上的损失，高效降本。
20.(4)减少人工成本，采用智能化设备替代了人工焊接，减少了人工成本，同时提高了施工功效。
21.(5)管桩接头焊接采用智能化设备替代了人工焊接，无需人工焊接操作，避免人工焊接过程中存在的辐射、烧伤，触电等安全风险。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
23.图1是本发明整体的主视结构示意图；
24.图2是本发明整体的侧视结构示意图；
25.图3是本发明钢带导轨的俯视结构示意图；
26.图4是本发明图3中a处的放大结构示意图；
27.图5是本发明图3中b处的放大结构示意图；
28.图6是本发明定位组件的结构示意图；
29.图7是本发明第二实施例的结构示意图；
30.图8是本发明图7中c处的放大结构示意图；
31.图9是本发明第三实施例的结构示意图。
32.图中：10、钢带导轨；11、快速卡锁；12、锁杆；13、导向齿条；14、导轨拉手；15、连接架；16、辅助导轨；20、卡接组件；21、u型卡板一；22、锁紧螺栓；23、锁紧螺母；24、调节螺栓；25、螺纹套；26、u型卡板二；27、连接套；28、固定杆；29、伸缩杆；30、驱动组件；31、驱动箱体；32、辅助电机；33、辅助齿轮；34、主驱动电机；35、主驱动齿轮；36、限位座；37、限位滚轮；38、焊接手柄；40、焊接组件；41、焊机；42、焊枪；50、定位组件；51、定位板；52、上支板；53、安装螺栓；54、下支板；55、定位螺栓；56、定位滑块；60、冷却支架；61、冷却风扇。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.实施例一
35.请参阅图1-图3所示，本发明为一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，包括钢带导轨10，钢带导轨10通过快速卡锁11连接成环形结构，快速卡锁11在实现快速锁紧的同时，迫使钢带导轨10给管桩带来压力，在此压力作用下抱紧管桩；在快速卡锁11上设置有锁杆12，锁杆12为圆弧形结构，可以方便对快速卡锁11进行解锁和合锁，而圆弧形的结构不会对驱动组件30的移动产生限制；在钢带导轨10的外周均匀设置有多组导轨拉手14，方便在对钢带导轨10进行快速安装，从而进一步的提高对管桩焊接的效率。
36.钢带导轨10上安装有若干组卡接组件20，卡接组件20用于将钢带导轨10卡紧连接在管桩接头上；钢带导轨10上安装有驱动组件30，驱动组件30沿着钢带导轨10进行环形移动，驱动组件30下端安装有用于对管桩接头进行焊接的焊接组件40。
37.请参阅图2和图4所示，焊接组件40包括安装在驱动组件30底部的焊机41，焊机41上安装有焊枪42，且焊机41具备人工/人机/自动三种焊接模式，焊枪42采用四自由度控制；具备简易式焊接操作手柄，可在人工/人机模式下进行实时控制，并在自动模式下进行应急或模式转换操作。plc控制系统，安全性和可靠性高。
38.焊接组件40控制系统配置具有cpu功能的dvp5omc-plc、asd-b3伺服驱动器并使用ethercat总线联接。第三方外接设备可以通过以太网、rs485、rs232、ie或plci/o方式接入。
39.dvp-5omc系列运动控制器总线传输速率为100mbps，采用分布式时钟，可以快速、准确、高效的传输数据，方便多轴同步。它通过ethercat接口可以控制多轴，支持位置、速度、扭矩、原点回归等单轴运动指令。多数机种支持电子齿轮，电子凸轮、旋切、g代码等多轴指令。
40.驱动组件30包括驱动箱体31，驱动箱体31上端中心位置设置有主驱动电机34，主驱动电机34的输出轴上固定安装有主驱动齿轮35，钢带导轨10上端设置有与主驱动齿轮35相配合的导向齿条13。
41.主驱动电机34两侧均固定安装有辅助电机32，辅助电机32的输出轴上固定安装有与导向齿条13啮合连接的辅助齿轮33。通过设置两组辅助机构对驱动组件30的移动起到辅助限位和导向的作用，从而有效提高驱动组件30在移动时的稳定性，即提高了焊接组件40在对管桩焊接时的稳定性。
42.驱动箱体31底部固定安装有限位座36，限位座36上转动安装有限位滚轮37，限位滚轮37滚动连接在钢带导轨10底部。主驱动电机34和辅助电机32均采用伺服电机系统，可靠性和控制精度高。在驱动组件30上还设置有编码器、位置传感器等多传感器集成，以实现焊机41控制精准，反应快速。
43.在驱动箱体31的前端和侧端均设置有焊接手柄38，焊接手柄38的设置可以方便在人工/人机模式下对焊接组件40进行实时控制，从而有效提高对管桩接头焊接的效果。
44.在钢带导轨10设置快速卡锁11的内侧位置处，固定设置有连接架15，连接架15上
固定设置有辅助导轨16，钢带导轨10的连接处位于辅助导轨16的中部，辅助导轨16上设置有齿条，用于钢带导轨10连接处的过渡，主驱动齿轮35的长度大于辅助导轨16与导向齿条13的距离，辅助齿轮33为双轮齿结构，双轮齿分别啮合连接在导向齿条13和辅助导轨16的齿条上，确保焊机41在经过钢带导轨10连接处实现平滑移动。
45.请参阅图1和图5所示，卡接组件20包括螺纹贯穿连接在钢带导轨10上的锁紧螺栓22，锁紧螺栓22上固定连接有u型卡板一21，且锁紧螺栓22上螺纹连接有锁紧螺母23，通过锁紧螺母23将u型卡板一21固定在锁紧螺栓22上，通过多组u型卡板一21将钢带导轨10固定卡接在管桩上，u型卡板一21的开口结构可以确保钢带导轨10安装的稳定性。
46.请参阅图1和图6所示，钢带导轨10下部可拆卸安装有定位组件50，定位组件50对钢带导轨10安装起到定位的作用。定位组件50包括定位板51，定位板51上端设置有与钢带导轨10相连的上支板52，上支板52通过安装螺栓53与钢带导轨10相连，定位板51下端设置有下支板54，下支板54处设置有定位滑块56。下支板54上螺纹贯穿安装有定位螺栓55，定位滑块56与定位螺栓55转动连接，定位滑块56上端滑动连接在定位板51下端面。
47.通过设置定位组件50对钢带导轨10安装起到定位的作用，从而确保钢带导轨10安装位置的准确性，以确保焊接的准确度，且定位组件50可拆卸式安装，在钢带导轨10安装稳定后，即可将定位组件50从钢带导轨10上拆除，一方面确保焊接位置的准确，另一方面不会对焊接起到限制。
48.实施例二
49.本实施例结构与实施例一相同，其区别在于：
50.请参阅图7和图8所示，卡接组件20包括螺纹贯穿连接在钢带导轨10上的调节螺栓24，钢带导轨10内侧壁上设置有与调节螺栓24相配合的螺纹套25，螺纹套25的设置便于调节螺栓24对u型卡板二26的位置进行精准调节；调节螺栓24位于钢带导轨10内侧的端部转动安装有u型卡板二26，u型卡板二26上固定设置连接套27与调节螺栓24的端部转动连接，确保调节螺栓24对u型卡板二26进行位置调节的同时，u型卡板二26不会随着调节螺栓24一起转动；u型卡板二26上固定设置有伸缩杆29，伸缩杆29上滑动套接有固定杆28，固定杆28固定安装在钢带导轨10上。
51.通过设置可调节位置的u型卡板二26实现对钢带导轨10的安装，从而确保了钢带导轨10可以安装到不同大小直径的管桩上，而不必因不同规格的管桩定制不同规格的钢带导轨10，提高了焊接设备的适用性，降低施工成本。
52.实施例三
53.本实施例结构与实施例二相同，其区别在于：
54.请参阅图9所示，驱动组件30侧端可拆卸安装有冷却支架60，冷却支架60上固定安装有冷却风扇61，通过设置冷却风扇61对焊接完成的焊缝进行快速冷却，从而降低焊接的冷却时间，进一步提高对管桩焊接施工的效率。
55.本发明的在具体实施过程中，具体步骤为：
56.步骤一、确认焊接所需耗材；
57.林肯电气实芯中1.2mm焊丝，型号jm4-56，按照送丝机安装步骤，完成焊丝安装，并检查送丝是否顺畅：
58.混合保护气，氨气80％，二氧化碳20％，规格：40l，压力5mpa，安装连接气管接头，
检查无误后打开气体阀门，并调整流量。
59.步骤二、焊缝确认；
60.焊缝处泥土、水渍、锈庭等，用刮刀、抹布、钢刷等清理干净。
61.在管桩四均分点用钢尺测量焊缝宽度，依据焊缝宽度对应设定好驱动组件30的运行速度、焊接电流、焊接轨迹参数。
62.步骤三、设置原点；
63.确认驱动组件30安装无误后，调节焊枪42相对焊缝的乙轴高度、y轴距离、d轴角度，在焊机41的操作手柄上按rst+home键设置原点。
64.步骤四、焊接跟随；
65.焊接启动后，焊枪42与焊缝的相对位置自动实时调整。
66.步骤五、第一道打底焊接，其步骤依次为：
67.①
原点设定、
②
中心位置跟随、
③
焊接幅宽跟随、
④
速度调整跟随、
⑤
电压调整跟随。
68.步骤六、第二道热焊焊接，其步骤依次为：
69.①
焊接基准设定、
②
中心位置跟随、
③
焊接幅宽跟随、
④
速度调整跟随。
70.步骤七、第三道填充焊接、第四道盖面焊接同第二道热焊焊接工序一致。
71.焊接功效及焊缝效果：安装环形焊机20分钟，每条焊缝实际时间可控制在30分钟内，焊接结束后的冷却时间按规范控制在8分钟以上，故每个焊接接头耗时约1h，比传统人工焊接功效提高一倍，有效确保焊缝质量控制较好且稳定。
72.传统预应力混凝土管桩连接主要采用人工焊接方式，受环境和焊工自身等因素影响，人工作业难免出现遗漏和失误，焊接工人水平参差不齐，难以保证焊接质量，同时由于焊接工人老龄化、日益短缺、人工成本上升等因素，管桩焊接作业效率和施工质量已达到瓶颈。并且，人工焊接非常依赖于个人经验，很难把控质量及实现标准化操作。
73.为提升预应力管桩焊接效率和焊接质量，项目设计研发预应力混凝土管桩焊接机器人，通过安装环形轨道，采用机器人激光扫描定位同时焊接施工，降低了人工焊接质量的不稳定性，整体施工功效提高了50％，同时减少人工节省成本，取得了较好的经济效益。
74.(1)将自动化、智能化的理念运用到管桩接头焊接过程。
75.(2)自动环焊焊接组件40焊接保证了管桩接头焊接质量可控，同时提高施工功效，降低人工成本。
76.(3)避免人为因素导致焊缝质量难以控制。人工焊接非常依赖于个人经验，很难把控质量及实现标准化操作。
77.(4)管桩焊接工作效率翻倍提升，缩短项目桥梁施工工期。
78.(5)在焊接质量保障的前提下，自动环焊焊接组件40代替人工直接进行焊接工作，可减少人工在焊接施工作业过程中烧伤，身体受到辐射等安全风险。
79.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，包括钢带导轨(10)，钢带导轨(10)通过快速卡锁(11)连接成环形结构，钢带导轨(10)上安装有若干组卡接组件(20)，卡接组件(20)用于将钢带导轨(10)卡紧连接在管桩接头上；钢带导轨(10)上安装有驱动组件(30)，驱动组件(30)沿着钢带导轨(10)进行环形移动，驱动组件(30)下端安装有用于对管桩接头进行焊接的焊接组件(40)。2.根据权利要求1所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述钢带导轨(10)下部可拆卸安装有定位组件(50)，定位组件(50)对钢带导轨(10)安装起到定位的作用。3.根据权利要求2所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述定位组件(50)包括定位板(51)，定位板(51)上端设置有与钢带导轨(10)相连的上支板(52)，定位板(51)下端设置有下支板(54)，下支板(54)处设置有定位滑块(56)。4.根据权利要求3所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述下支板(54)上螺纹贯穿安装有定位螺栓(55)，定位滑块(56)与定位螺栓(55)转动连接，定位滑块(56)上端滑动连接在定位板(51)下端面。5.根据权利要求1所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述驱动组件(30)包括驱动箱体(31)，驱动箱体(31)上端中心位置设置有主驱动电机(34)，主驱动电机(34)的输出轴上固定安装有主驱动齿轮(35)，钢带导轨(10)上端设置有与主驱动齿轮(35)相配合的导向齿条(13)。6.根据权利要求5所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述主驱动电机(34)两侧均固定安装有辅助电机(32)，辅助电机(32)的输出轴上固定安装有与导向齿条(13)啮合连接的辅助齿轮(33)。7.根据权利要求5所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述驱动箱体(31)底部固定安装有限位座(36)，限位座(36)上转动安装有限位滚轮(37)，限位滚轮(37)滚动连接在钢带导轨(10)底部。8.根据权利要求1所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述卡接组件(20)包括螺纹贯穿连接在钢带导轨(10)上的锁紧螺栓(22)，锁紧螺栓(22)上固定连接有u型卡板一(21)。9.根据权利要求1所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述卡接组件(20)包括螺纹贯穿连接在钢带导轨(10)上的调节螺栓(24)，调节螺栓(24)位于钢带导轨(10)内侧的端部转动安装有u型卡板二(26)，u型卡板二(26)上固定设置有伸缩杆(29)，伸缩杆(29)上滑动套接有固定杆(28)，固定杆(28)固定安装在钢带导轨(10)上。10.根据权利要求1-9任一项所述的一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，其特征在于，所述驱动组件(30)侧端可拆卸安装有冷却支架(60)，冷却支架(60)上固定安装有冷却风扇(61)。

技术总结
本发明公开了一种自动识别补偿焊缝的管桩接头环形焊接设备，包括钢带导轨，钢带导轨通过快速卡锁连接成环形结构，钢带导轨上安装有若干组卡接组件，卡接组件用于将钢带导轨卡紧连接在管桩接头上；钢带导轨上安装有驱动组件，驱动组件沿着钢带导轨进行环形移动，驱动组件下端安装有用于对管桩接头进行焊接的焊接组件；本发明能快速高效完成管桩焊接工作，焊接时间缩短50％，确保整体工期可控，且通过焊接程序控制，能够实现包角焊、多层多道焊，保证了焊接工艺可控，焊缝质量良好且稳定。焊缝质量良好且稳定。焊缝质量良好且稳定。


技术研发人员：邓文豪 杨兴义 林文朴 林超 黄巧敏 张松
受保护的技术使用者：保利长大工程有限公司
技术研发日：2022.03.16
技术公布日：2022/5/25