U肋焊接装置、U肋焊接系统及U肋焊接方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体地，涉及一种U肋焊接装置和U肋 焊接系统，以及使用上述U肋焊接装置的U肋焊接方法。

背景技术

钢箱梁是桥梁承重结构中的重要组成部分，主要用于提供支撑， 避免桥梁变形。钢箱梁一般包括顶板、底板等结构，所述顶板和底板 一般由U肋和底板焊接而成。

目前，钢箱梁的U肋与底板间的角焊缝均采用外部单面焊接。从 外部焊接时，为了达到设计要求的熔透深度，通常在U肋外侧开坡口 或者采用大电流进行焊接。采用大电流焊接时，焊接过程中的电流、 电压和焊接速度的稳定程度直接影响焊接质量，难以保证焊接质量； 在U肋外侧开坡口时，加工和组装时的坡口大小、钝边、间隙难以一 致，也会直接影响焊接质量。上述焊接方式往往会造成U肋内部存在 未焊透、未熔合、焊瘤、熔透深度不符合要求等各种缺陷，使得U肋 内部容易出现开口性缺陷，严重影响焊缝的疲劳强度。

因此，如何避免U肋的焊缝缺陷，提高焊缝的焊接质量，是本领 域技术人员目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种U肋焊接装置，该U肋焊接装置能够焊 接U肋内部的角接缝处，避免U肋内部的焊缝缺陷，提高焊缝的焊接质 量。本发明的另一个目的是提供了一种U肋焊接系统。本发明的第三个 目的是提供一种U肋焊接方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种U肋焊接装置，包括：

移动平台，所述移动平台能够进入待焊接U肋的内部；

焊接机构，所述焊接机构设置在所述移动平台上，用以从U肋内 部焊接所述U肋的角接缝处；

驱动机构，所述驱动机构驱动所述移动平台在所述U肋内部移动。

可选的，所述焊接机构的焊枪的头部位于所述移动平台的前端；

所述焊接机构对所述U肋的角接缝处进行焊接时，所述驱动机构 驱动所述移动平台向后移动。

可选的，所述焊接机构包括两个对称设置的所述焊枪，二者的所 述头部分别位于所述移动平台的两侧，能够分别焊接所述U肋内部两 侧的角接缝处。

可选的，所述移动平台上还设有所述焊枪的角接缝跟踪机构，所 述角接缝跟踪机构具有位于所述焊枪的后侧的跟踪头，所述跟踪头沿 所述角接缝移动，所述角接缝跟踪机构根据所述角接缝的位置调整所 述焊枪的位置。

可选的，所述角接缝跟踪机构包括摆动轴、弹性件和连接件；所 述跟踪头位于所述摆动轴端部，所述弹性件一端连接所述摆动轴，另 一端连接所述移动平台，使得所述摆动轴端部的所述跟踪头始终抵压 所述角接缝；所述连接件一端连接所述摆动轴，另一端连接所述焊枪， 使得所述焊枪的头部与所述摆动轴同步动作。

可选的，所述角接缝跟踪机构包括传感器和控制器；所述传感器 设于所述跟踪头，将所述跟踪头的移动轨迹传递给控制器；所述控制 器根据所述移动轨迹控制所述焊枪的头部的移动。

可选的，所述焊枪的头部与所述跟踪头之间设有挡板。

可选的，所述跟踪头设有滚轮，所述移动平台移动时，所述滚轮 沿所述角接缝滚动。

可选地，所述移动平台下侧设有移动轮；所述移动平台的两侧均 设有限位轮，两侧的所述限位轮沿所述U肋内部的侧壁移动。

可选的，还包括图像采集器和焊枪控制器，所述图像采集器采集 焊接过程中的图像和/或焊后焊缝的图像，所述焊枪控制器用于根据所 述图像调整所述焊枪的位置。

可选的，包括两个所述图像采集器，一个所述图像采集器采集焊 接过程中的图像，另一个所述图像采集器采集焊后焊缝的图像。

可选的，包括一个所述图像采集器和角度转换结构，所述角度转 换结构能够切换所述图像采集器的角度，使得所述图像采集器能够分 别显示焊接过程中的图像和焊后焊缝的图像。

可选的，所述驱动机构包括间距和/或高度可调的驱动导杆，所述 驱动导杆与所述移动平台防抖动连接。

可选的，所述驱动导杆与所述移动平台通过柔性万向节连接，或 在二者的连接处设缓冲间隙。

可选的，所述驱动导杆内部中空，其内部设置所述焊接机构的管 线，所述驱动导杆内的所述管线包括电缆、气体管道、冷却水管道、 送丝管道、控制线和信号线中的一种或几种。

可选的，所述U肋的外侧设有所述移动平台的移动轨道，所述移 动轨道的间距和/或高度可调。

本发明还提供了一种U肋焊接系统，包括多个上述任一项所述的 U肋焊接装置，多个所述U肋焊接装置并列设置并同步动作。

本发明还提供了一种使用上述任一项所述的U肋焊接装置的U肋 焊接方法，包括：

S1，使设有焊接机构的移动平台进入U肋内部；

S2，驱动所述移动平台移动至焊接起始位置；

S3，驱动所述移动平台向后移动至焊接终止位置，移动过程中所 述焊接机构对所述U肋内部的角接缝处进行焊接。

本发明提供的U肋焊接装置，移动平台能够进入待焊接U肋的内 部，焊接机构设置在移动平台上，驱动机构驱动移动平台在U肋内部 移动，移动过程中，焊接机构从U肋的内部焊接U肋的角接缝处。

该焊接装置直接从U肋的内部焊接，能够保证U肋内部焊缝的焊 接质量，避免出现从外部焊接时容易出现的未焊透、未熔合、熔透深 度不够等缺陷，提高焊缝的焊接质量，使U肋和盖板焊接成稳固性更 高的U肋单元，使U肋单元不易因外力出现裂缝、变形等问题。

同时，该焊接装置以相同的姿态和参数对U肋与盖板接触的角接 缝处进行焊接，可以提高焊缝的均匀性，避免焊缝的焊接不良，从而 提高焊接后的U肋单元的抗疲劳度。

该焊接装置，针对U肋的结构特点，采用了一种全新的焊接方式， 与现有技术仅能从外部单面焊接相比，该U肋焊接装置能够在U肋内 部进行焊接，再配合现有的外部焊接的方式，能够对U肋的焊缝进行 双面焊接，提高焊缝的焊接质量，减少U肋内部焊缝的焊接不良，提 高U肋单元的抗疲劳强度，延长使用寿命。

本发明还提供的一种U肋焊接系统，包括多个上述U肋焊接装置， 多个U肋焊接装置并列设置并同步动作。由于该U肋焊接装置具有上 述技术效果，故该U肋焊接系统也具有相应的技术效果。

此外，本发明还提供一种使用上述U肋焊接装置的U肋焊接方法， 使用该焊接装置时，焊接机构位于U肋内部，从焊接起始位置向后移 动至焊接终止位置，焊接U肋内部的角接缝处。上述焊接方法焊接的 U肋内部的焊缝的焊接质量较高，提高了U肋单元的抗疲劳强度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发 明的限制。

图1′为本发明实施方式提供的U肋焊接装置的结构示意图；

图2为图1所示U肋焊接装置对U肋进行焊接的示意图；

图3为本发明提供的焊接U肋的方法的流程图；

其中，图1和图2中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下：

焊枪1；移动平台2；移动轮21；限位轮22；角接缝跟踪机构3； 摆动轴31；弹性件32；跟踪头33；连接件34；焊枪控制器4；夹持 机构41；角度调节机构42；挡板5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解 的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用 于限制本发明。

请参考图1和图2，图1为本发明实施方式提供的U肋焊接装置 的结构示意图，图2为图1所示U肋焊接装置对U肋进行焊接的示意 图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种U肋焊接装置，包 括：

移动平台2，移动平台2能够进入待焊接U肋的内部；

焊接机构，焊接机构设置在移动平台2上，用以从U肋内部焊接 U肋的角接缝处；

驱动机构，驱动机构驱动移动平台2在U肋内部移动。

使用该U肋焊接装置时，移动平台2进入U肋的内部，驱动机构 驱动移动平台2在U肋内部移动，移动过程中，焊接机构从U肋的内 部焊接角接缝处。

该焊接装置能够直接从U肋的内部焊接，能够保证U肋内部焊缝 的焊接质量，避免出现从外部焊接时容易出现的未焊透、未熔合、熔 透深度不够等缺陷，提高焊缝的焊接质量，使U肋和盖板焊接成稳固 性更高的U肋单元，使U肋单元不易因外力出现裂缝、变形等问题。

这样在焊接过程中，焊接机构与U肋的角接缝处的距离一致，以 相同的姿态和参数对U肋与盖板的角接缝处进行焊接，可以提高焊缝 的均匀性，避免焊缝的焊接不良，获得更好的焊接效果，提高焊接后 U肋单元的抗疲劳强度。

该焊接装置，针对U肋的结构特点，采用了一种全新的焊接方式， 提高了U肋内部焊缝的焊接质量。与现有技术仅能从外部单面焊接相 比，该U肋焊接装置能够在U肋内部进行焊接，再配合现有的外部焊 接的方式，能够对U肋的焊缝进行双面焊接，提高焊缝的焊接质量， 减少U肋内部焊缝的焊接不良，提高U肋单元的抗疲劳强度，延长使 用寿命。

进一步的，焊接机构的焊枪1的头部位于移动平台2的前端；焊 接机构对U肋的角接缝处进行焊接时，驱动机构驱动移动平台2向后 移动。

在本实施方式中，所述“前”表示焊接的起始位置相比终止位置的 方向，“后”表示焊接的终止位置相比起始位置的方向。

在焊接过程中，移动平台2的移动方向逐渐远离焊接位置，可以 避免移动的路径上出现焊接时产生的火花、烟尘，避免焊接机构的各 种器件因焊接所产生的火花、烟尘而损坏，延长焊接机构的使用寿命。

一种优选的实施方式中，焊接机构包括两个对称设置的焊枪1，二 者的头部分别位于移动平台2的两侧，能够同时分别焊接U肋内部两 侧的角接缝处，具体结构请参考图1和图2。

该结构中，移动平台2移动过程中，两个焊枪1可以同时对U肋 内部两侧的角接缝处进行焊接，移动平台2移动一次就可以完成对U 肋单元内部两侧焊缝的焊接，提高焊接效率。

上述各实施方式中，移动平台2上还设有焊枪1的角接缝跟踪机 构3，角接缝跟踪机构3具有位于焊枪1的后侧的跟踪头33，跟踪头 33沿角接缝移动，角接缝跟踪机构3根据角接缝的位置调整焊枪1的 位置。

每个焊枪1均设有角接缝跟踪机构3，角接缝跟踪机构3位于焊枪 1的后侧，焊接过程中，移动平台2向后移动，角接缝跟踪机构3的 跟踪头33先沿着角接缝移动，焊枪1再对角接缝进行焊接。跟踪头 33在前面跟踪角接缝的位置，然后根据角接缝的位置调整焊枪1的位 置，保证焊枪1与角接缝始终对正，从而保证焊接机构的焊接质量。

一种具体的实施方式中，角接缝跟踪机构3包括摆动轴31、弹性 件32和连接件34；跟踪头33位于摆动轴31端部，弹性件32一端连 接摆动轴31，另一端连接移动平台2，使得摆动轴31端部的跟踪头 33始终抵压角接缝；连接件34一端连接摆动轴31，另一端连接焊枪 1，使得焊枪1的头部与摆动轴31同步动作。

弹性件32连接移动平台2和摆动轴31，使摆动轴31具有向外摆 动的趋势，使得跟踪头33始终抵靠U肋的边沿，U肋的边沿与底板形 成角接缝，抵压角接缝。U肋边沿的形状或位置变化时，角接缝的位 置将发生变化，弹性件32能够使得摆动轴31根据角接缝的位置变化 做相应的摆动调整，使得跟踪头33始终与U肋的边沿保持接触，保证 跟踪头33能够始终沿着角接缝移动。

角接缝跟踪机构3的跟踪头33能够始终沿着角接缝移动，跟踪头 33移动的轨迹即为角接缝的轨迹，可以根据角接缝的轨迹调整焊枪1， 保证焊接过程中，焊枪1始终与角接缝对正。调整焊枪1位置的方式 有多种，可以通过机械结构的方式实现，也可以通过控制的方式实现， 还可以通过机械结构和控制相结合的方式实现。

该角接缝跟踪机构3通过设置连接件34，使得焊枪1的头部与摆 动轴31同步动作。跟踪头33沿着角接缝移动时，如果角接缝的位置 发生变化，跟踪头33将沿着角接缝的轨迹移动，该过程中，摆动轴 31做相应的摆动，同时带动焊枪1的头部做相应的摆动，使得焊枪1 的头部始终沿着角接缝焊接，保证焊枪1的头部与角接缝的对正。

其中，该结构中的弹性件32的功能是提供拉力，使得摆动轴31 具有向外摆动的趋势，该弹性件32可以为弹簧，也可以为其他能够实 现该功能的部件，例如，伸缩缸。

另一种优选的实施方式中，角接缝跟踪机构3包括传感器和控制 器；传感器设于跟踪头33，将跟踪头33的移动轨迹传递给控制器； 控制器根据移动轨迹控制焊枪1的头部的移动。

该实施方式通过控制的方式调整焊枪1头部的位置。该实施方式 中，跟踪头33和焊枪1可以分别动作，先采集跟踪头的移动轨迹，控 制器根据移动轨迹控制焊枪1焊接过程中的轨迹，保证焊接对正，实 现高质量的焊接。

具体的，可以在控制器内预设焊枪1移动的轨迹，该轨迹相当于 跟踪头33的预设轨迹，实际轨迹与预设轨迹不同时，跟踪头33做相 应的变化，传感器将检测到的跟踪头33位置变化传递给控制器，控制 器根据该变化对焊枪1做相应的调整，使焊枪1按照实际的轨迹焊接。

上述各实施方式中，焊枪1的头部与跟踪头33之间设有挡板5。 该挡板5能够遮挡焊接时产生的火花、烟尘等。

焊枪1与跟踪头33同步动作时，需要焊枪1的头部与跟踪头33 的距离较近，该挡板5能够避免跟踪头33被焊接产生的火花、烟尘损 坏，如图1所示，挡板5可以设置在连接件34上。

上述各实施方式中，跟踪头33设有滚轮，移动平台2移动时，滚 轮沿角接缝滚动。

该角接缝跟踪机构3移动时，滚轮沿角接缝滚动，将跟踪头33的 滑动摩擦转变成滚动摩擦，可以减小与角接缝接触产生的摩擦力，从 而提高跟踪头的使用寿命和跟踪精度。

上述各实施方式中，移动平台2下侧设有移动轮21；移动平台2 的两侧均设有限位轮22，两侧的限位轮22沿U肋内部的侧壁移动。

移动平台2通过其下侧的移动轮21支撑，并通过移动轮21行走， 实现对U肋单元的焊接。焊接装置焊接过程中，该焊接机构位于U肋 内部，移动平台2两侧的限位轮22沿着U肋两侧的内部滚动，能够在 焊接过程中保证焊接机构居中对正，不会发生偏移。

上述各具体的实施方式中，该U肋焊接装置还包括图像采集器和 焊枪控制器4，图像采集器采集焊接过程中的图像和/或焊后焊缝的图 像，焊枪控制器用于根据图像调整焊枪1的位置。

图像采集器设置在焊枪1头部的附近，采集焊接过程中的图像和/ 或焊后焊缝的图像，根据上述图像能够分析出焊枪1的位置是否合适， 如果不合适，可以通过焊枪控制器4对焊枪1的位置进行调整，以获 得最佳焊缝。

如图2所示，焊枪控制器4包括夹持机构41和角度调节机构42， 夹持机构41夹持焊枪1的头部，角度调节机构42能够控制夹持机构 41转动，进而调整焊枪1的角度，改变焊枪1的位置。

一种优选的实施方式中，U肋焊接装置包括两个图像采集器，一 个图像采集器采集焊接过程中的图像，另一个图像采集器采集焊后焊 缝的图像。

根据一个图像采集器采集的焊接过程中的图像和/或视频，工作人 员可以通过焊枪控制器4实时对焊枪1的位置和状态进行调整，避免 焊接出现不良，获得更好的焊接效果；根据另一个图像采集器采集的 图像和/或视频，工作人员可以对焊缝的焊接效果进行评估，根据焊缝 情况决定是否调整焊枪1的位置。

另一种优选的实施方式中，U肋焊接装置包括一个图像采集器和 角度转换结构，角度转换结构能够切换图像采集器的角度，使得图像 采集器能够分别显示焊接过程中的图像和焊后焊缝的图像。

角度转换结构用于切换图像采集器的角度，使图像采集器在第一 状态下，采集焊枪1对U肋的角接缝处进行焊接时的图像和/或视频， 以及在第二状态下，采集U肋的已焊接的焊缝的图像和/或视频。图像 采集器可以交替显示上述两个图像，根据焊接过程和焊后焊缝，通过 焊枪控制器4调整焊枪1的位置。

在该U肋焊接装置中，可以只设置角接缝跟踪机构3，也可以只 设置图像采集器和焊枪控制器4，还可以在设置角接缝跟踪机构3的 同时设置图像采集器和焊枪控制器4。

在焊接过程中，角接缝跟踪机构3能够根据角接缝的位置自动调 整焊枪1的位置，保证焊枪1与角接缝对正。为了避免角接缝跟踪机 构3调整的焊枪1的位置不准确，该过程中，工作人员可以通过图像 采集器观察，然后通过焊枪控制器4对焊枪1的头部进行调节，以达 到最佳的焊接效果。

在上述各实施方式中，驱动机构包括间距和/或高度可调的驱动导 杆，驱动导杆与移动平台防抖动连接。驱动导杆的下侧可以设置支撑 轮。

驱动导杆可以由电动或气动的方式驱动，驱动导杆的间距和/或高 度可调，可以根据底板的厚度调整驱动导杆的高度，以使适应不同厚 度的底板，也可以根据U肋的宽度调整驱动导杆的间距，以便适应不 同型号不同间距的U肋。驱动导杆与移动平台2防抖动连接，驱动导 杆移动过程中产生的抖动和震荡，不会传递给焊接机构，不会影响焊 接机构的焊接质量。

具体地，驱动导杆与移动平台2通过柔性万向节连接，或在二者 的连接处设缓冲间隙。柔性万向节和缓冲间隙都可以吸收驱动导杆移 动过程中的抖动和震动，使移动平台2始终保持平稳运行，不会影响 焊接机构的焊接过程。

进一步具体的实施方式中，驱动导杆内部中空，其内部设置焊接 机构的管线。

焊接机构焊接过程中，需要各系统相互配合，包括送丝系统和送 气系统等；送丝系统向焊枪1提供焊丝，送气系统向焊枪1提供焊接 气体，还需要电源为焊枪1供电。

具体的，驱动导杆内的管线包括电缆、气体管道、冷却水管道、 送丝管道、控制线和信号线中的一种或几种。

各管线可以设置在驱动导杆中，也可以专门设置管路，各管线可 以设置在一个驱动导杆或一个管路中，也可以分布在驱动导杆和管路 中。

上述各实施方式中，U肋的外侧设有移动平台2的移动轨道，移 动轨道的间距和/或高度可调。

焊接过程中，移动平台2位于U肋内部，在底板上行走；底板的 一端设有移动轨道，焊接前，移动平台2先在移动轨道上行走，走到 底板上，进入U肋内部进行焊接；焊接后，从底板上再移动到移动轨 道上。

U肋有不同的型号，分别对应不同的结构尺寸，可以根据U肋的 尺寸调节移动轨道的间距，以适应不同型号的U肋。

U肋有不同型号，底板也会有不同的厚度，移动轨道的高度可调， 可以适应不同厚度的底板。

除了上述U肋焊接装置，本发明还提供了一种U肋焊接系统，包 括多个上述各实施方式所述的U肋焊接装置，多个U肋焊接装置并列 设置并同步动作。

U肋焊接装置具有上述技术效果，故该U肋焊接系统也具有相应 的技术效果，并可以同时对多个U肋进行焊接。

请参考图3，图3为本发明提供的焊接U肋的方法的流程图。

本发明还提供一种使用上述U肋焊接装置的U肋焊接方法，包括 以下步骤：

步骤1，使设有焊接机构的移动平台进入U肋内部；

步骤2，驱动所述移动平台移动至焊接起始位置；

步骤3，驱动所述移动平台向后移动至焊接终止位置，移动过程中 所述焊接机构对U肋内部的角接缝处进行焊接。

该焊接方法中，移动平台位于U肋内部，从焊接起始位置向后移 动至焊接终止位置，焊接U肋内部的角接缝处。

该焊接方法从U肋内部焊接U肋的角接缝，能够保证U肋内部焊 缝的焊接质量，避免出现从外部焊接时容易出现的未焊透、未熔合、 熔透深度不够等缺陷，提高焊缝的焊接质量；焊接过程中，焊接机构 的移动方向逐渐远离焊接位置，避免焊接机构移动的路径上出现焊接 时产生的火花、烟尘，避免焊接机构的各种器件因焊接所产生的火花、 烟尘而损坏。该焊接方法焊接的U肋内部的焊缝的焊接质量较高，提 高了U肋单元的抗疲劳强度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用 的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技 术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变 型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。