一種縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取設(shè)備與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬管材焊接加工領(lǐng)域，特別涉及一種縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制 取設(shè)備與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用差厚板制作變壁厚金屬管材，可以優(yōu)化管材負(fù)荷裕量分配，實(shí)現(xiàn)節(jié)材減重的 積極效果，但由于被焊接的基材鋼板厚度的變化，恒定的焊接工藝參數(shù)難以適應(yīng)，這給變壁 厚金屬管材的焊接加工工藝帶來很大的難度。現(xiàn)有制作工藝如附圖1所示，存在以下問題：
[0003] 1、差厚板卷需要先剪切再焊接，分別進(jìn)行U成形、0成形等，工序多，工藝復(fù)雜；
[0004] 2、剪切后以一個(gè)零件為一個(gè)焊接單元，焊接加工時(shí)需要頻繁裝卡、對(duì)正，焊接效率 低下，無法連續(xù)化生產(chǎn)；
[0005] 3、采用激光焊接，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取設(shè)備，該種設(shè)備是由開卷機(jī)、測 厚儀、棍彎成形機(jī)組、編碼器、高頻焊接機(jī)組、剪切機(jī)、收集臺(tái)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和焊接控制 系統(tǒng)組成，其中：開卷機(jī)安裝在由上述設(shè)備組成的生產(chǎn)線的最左端，測厚儀安裝在位于開卷 機(jī)右側(cè)的A點(diǎn)位置并與處于生產(chǎn)線側(cè)面適當(dāng)位置的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，棍彎成形機(jī)組 安裝在測厚儀的右側(cè)適當(dāng)位置，棍彎成形機(jī)組安裝有編碼器、編碼器同計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相 連接，高頻焊接機(jī)組安裝在棍彎成形機(jī)組之后的B位置，高頻焊接機(jī)組并與處于生產(chǎn)線側(cè) 面適當(dāng)位置的焊接控制系統(tǒng)相連接、焊接控制系統(tǒng)又與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，剪切機(jī)安 裝在高頻焊接機(jī)組之后的C位置，剪切機(jī)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，收集臺(tái)安裝在剪切機(jī) 之后，上述設(shè)備除計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和焊接控制系統(tǒng)外均處于一條中線上。
[0007] 本發(fā)明提供一種縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取方法，該方法使用如上所述的制 取縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取設(shè)備，按以下步驟進(jìn)行生產(chǎn)：（1)差厚板卷經(jīng)由開卷機(jī) 開卷后，利用測厚裝置測定在固定位置處帶材的厚度，并將測得的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)；然后經(jīng)棍彎成形機(jī)組彎曲成形，成為待焊接的縱向變壁厚金屬管材；（2)將上述縱向 變壁厚金屬管材在B處經(jīng)高頻焊接機(jī)組中的高頻感應(yīng)器感應(yīng)加熱，然后完成焊接；高頻焊 接機(jī)組感應(yīng)加熱的初始頻率和初始功率根據(jù)焊接控制系統(tǒng)給出的指令設(shè)定；（3)焊接好的 縱向變壁厚金屬管材繼續(xù)沿著生產(chǎn)線向前運(yùn)行，當(dāng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算出一根變壁厚管的 端部到達(dá)剪切位置處時(shí)下達(dá)剪切指令，對(duì)變壁厚金屬管材實(shí)施剪切；(4)切斷成定尺后的 縱向變壁厚金屬管材進(jìn)入收集區(qū)，待檢查、包裝、入庫。
【附圖說明】
[0008] 圖1是變壁厚金屬管材現(xiàn)有焊接工藝框圖；
[0009] 圖2是本發(fā)明變壁厚金屬管材焊接工藝框圖；
[0010] 圖3是變壁厚金屬管材分區(qū)示意圖；
[0011] 圖4是圖3的A-A位置剖視示意圖；
[0012] 圖5是圖3的B-B位置剖視示意圖；
[0013] 圖6是縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取設(shè)備安裝位置示意圖。
[0014] 在圖6中1為開卷機(jī)，2為測厚儀，3為棍彎成形機(jī)組，4為編碼器，5為高頻焊接機(jī) 組，6為剪切機(jī)，7為收集臺(tái)，8為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，9為焊接控制系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 針對(duì)【背景技術(shù)】中所指出的問題，本項(xiàng)發(fā)明提出利用差厚板卷制作變壁厚金屬管材 的連續(xù)焊接新方法，新的焊接工藝流程如圖2,主要包括：1、將差厚板卷事先成形，成形后 再進(jìn)行在線連續(xù)焊接，從而簡化生產(chǎn)工序；2、采用測厚儀（2)和計(jì)算機(jī)位置跟蹤，根據(jù)焊接 點(diǎn)的厚度變化調(diào)整焊接工藝參數(shù)，以此保證焊接質(zhì)量。
[0016] 具體地講，本發(fā)明提供一種縱向變壁厚金屬管材連續(xù)焊接方法，該種變壁厚金屬 管材由差厚板卷經(jīng)彎曲成形機(jī)組成形為管材，再經(jīng)高頻感應(yīng)焊接而成，作為原料使用的差 厚板卷由多段厚度呈周期性變化的差厚板組成，在一個(gè)周期內(nèi)差厚板由至少一個(gè)等厚度區(qū) 和至少一個(gè)厚度過渡區(qū)組成，或由至少一個(gè)厚度過渡區(qū)組成，等厚度區(qū)可以是一個(gè)以上，且 不同等厚度區(qū)的厚度可以相同也可以不同，不同厚度的等厚區(qū)之間由厚度過渡區(qū)相連，具 體如圖3所示、圖4和圖5所示；厚度過渡區(qū)的形式可以是線性的，也可以是曲線、折線或多 段曲線形式。變壁厚金屬管材的橫截面可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形和多邊形、異型等 多種形式。變壁厚金屬管材的材質(zhì)可以是碳鋼，也可以是合金鋼。本方法也同樣適合于鋁 及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金等其它金屬變壁厚金屬管材的焊接制作。
[0017] 變壁厚金屬管材連續(xù)焊接方法的原理和要點(diǎn)是：利用測厚儀和計(jì)算機(jī)位置跟蹤確 定焊接點(diǎn)的厚度變化規(guī)律，按照變壁厚金屬管材的厚度變化規(guī)律來調(diào)節(jié)焊接裝置的感應(yīng)頻 率和功率，對(duì)變壁厚金屬管材的厚區(qū)，采用偏大的功率和偏低的頻率，對(duì)變壁厚金屬管材的 薄區(qū)，采用偏小的功率和偏高的頻率，變壁厚金屬管材的過渡區(qū)，采用逐漸變化的功率和逐 漸變化的頻率，以使用差厚板制作的縱向變壁厚金屬管材獲得令人滿意的焊接質(zhì)量。
[0018] 現(xiàn)就新焊接工藝的所采用的設(shè)備和實(shí)現(xiàn)方法和步驟敘述如下：
[0019] 1、主要設(shè)備
[0020] 新焊接方法涉及的主要設(shè)備和裝置有：開卷機(jī)1、測厚儀2、棍彎成形機(jī)組3、編碼 器4、高頻焊接機(jī)組5、剪切機(jī)6、收集臺(tái)7、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8和焊接控制系統(tǒng)9,各設(shè)備的安 裝位置如圖6所示，其中測厚儀2位于A點(diǎn)，焊接處位于B點(diǎn)，開始剪切處位于C點(diǎn)，A、B二 點(diǎn)間距為LI，A、C二點(diǎn)間距為L2。
[0021] 2、位置跟蹤功能
[0022] 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8對(duì)工件厚度變化部位和厚度值具有位置跟蹤功能，換言之，計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)8可獲知焊接處的任意時(shí)刻被焊管材的壁厚。設(shè)在任意時(shí)刻tA，測厚儀2在 A點(diǎn)檢測到的差厚板上厚度值為hA，當(dāng)機(jī)組速度為常數(shù)V時(shí)，差厚板上厚度為hA的點(diǎn)到達(dá)B 點(diǎn)的時(shí)刻為tB，有：

[0025] 即，在測厚儀2在tA時(shí)刻檢測到A點(diǎn)的厚度之后的t B時(shí)刻，焊接處的厚度為hA。
[0026] 當(dāng)機(jī)組速度隨時(shí)間變化，為V (t)時(shí)，差厚板上厚度為hA的點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)刻 為tB:
[0028]當(dāng)編碼器4采樣速度足以滿足計(jì)算精度時(shí)，用差商替代微商，假設(shè)將扒與t B之間 分為η等分，每份的間隔為At，At時(shí)間段內(nèi)工件的平均速度為V1 (t)時(shí)，有
[0031] 利用⑵和（5)式，可以知道測厚儀2測得的厚度在何時(shí)到達(dá)焊接處，換言之，焊 接處的厚度變化是已知的。同理剪切處的厚度也是已知的。
[0032] 3、實(shí)施步驟
[0033] 1)開卷并測厚：由開卷機(jī)3開卷后，由測厚儀2測得tA時(shí)刻的差厚板厚度h A，送入 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8,如圖6所示；
[0034] 2)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8根據(jù)前述的方法計(jì)算出焊接處的工件厚度；
[0035] 3)根據(jù)焊接處的厚度，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8選定高頻焊接的頻率和功率；
[0036] 4)將此頻率與功率的數(shù)據(jù)送至焊接控制系統(tǒng)9,由焊接控制系統(tǒng)9指揮高頻焊接 機(jī)組5在給定的參數(shù)下實(shí)施焊接；
[0037] 5)取厚度采樣周期的時(shí)間間隔為At/k(k = 1、2、3……），對(duì)焊接參數(shù)的控制周 期的時(shí)間間隔為At，則控制周期是采樣周期的k倍，實(shí)測tA+At時(shí)刻的厚度hAtl、h At2、 hAti、......、hAtK，取平均厚度hAt為：
[0039] 如果對(duì)事先給定的小值正數(shù)δ，下式成立：
[0040] hAt-hA| ^ δ (7)
[0041] 則判定此時(shí)處于等厚度區(qū)，焊接控制系統(tǒng)9分出指令，焊接參數(shù)不變。如果
[0042] hAt-hA> δ (8)
[0043] 則判定此時(shí)焊接處處于增厚型過渡區(qū)，焊接控制系統(tǒng)9發(fā)出指令，焊接電源頻率 減小，焊接功率加大。如果
[0044] hA-hAt> δ (9)
[0045] 則判定此時(shí)焊接處處于減薄型過渡區(qū)，焊接控制系統(tǒng)9發(fā)出指令，焊接電源頻率 加大，焊接功率減小。
[0046] 在每個(gè)控制周期內(nèi)，焊接電源頻率H和焊機(jī)功率P的增減量按照線性插值法確定， 對(duì)增厚型過渡區(qū)，把過渡區(qū)分為等距離的η個(gè)控制點(diǎn)，則第i(i = 1，2···，η)個(gè)控制點(diǎn)的頻 率H1和功率P1分別為：
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[0049] 上述過程重復(fù)進(jìn)行，直到完成焊接過程。
[0050] 7)經(jīng)過焊接后的工件繼續(xù)向前運(yùn)行，直到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8判定出一段變壁厚管 的起點(diǎn)到達(dá)圖6中的C點(diǎn)時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8向剪切機(jī)6發(fā)出切斷指令，實(shí)施剪切。
[0051] 8)切斷后的變壁厚管進(jìn)入到收集區(qū)，一根變壁厚金屬管材的焊接和切斷過程全部 完成，剪切機(jī)6等待下一條剪切指令。
[0052] 綜上，本項(xiàng)發(fā)明公開了一種縱向變壁厚金屬管材的連續(xù)制取設(shè)備，該種設(shè)備是由 開卷機(jī)1、測厚儀2、棍彎成形機(jī)組3、編碼器4、高頻焊接機(jī)組5、剪切機(jī)6、收集臺(tái)7、計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)8和焊接控制系統(tǒng)9組成，其中：開卷機(jī)1安裝在由上述設(shè)備組成的生產(chǎn)線的最左 端，測厚儀2安裝在位于開卷機(jī)1右側(cè)的A點(diǎn)位置并與處于生產(chǎn)線側(cè)面適當(dāng)位置的計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)8相連接，棍彎成形機(jī)組3安裝在測厚儀2的右側(cè)適當(dāng)位置，棍彎成形機(jī)組3安裝 有編碼器4、編碼器4同計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)8相連接，高頻焊接機(jī)組5安裝在棍彎成形機(jī)組3 之后的B位置，高頻焊接機(jī)組5并與處于生產(chǎn)線側(cè)面適當(dāng)位置的焊接控制系統(tǒng)9相連接、焊 接控制系統(tǒng)9