现代机器人焊接变位机的设计准则

在现代焊接机器人工作站中,变位机是实现高效、优质焊接生产的重要组成部件。本文概述了机器人焊接变位机的种类和结构形式,列举了焊接变位机在机器人工作站中典型的应用实例,详细地论述了机器人焊接变位机的技术要求、设计准则和计算方法,介绍了标准型机器人变位机的主要技术特性参数。     

刀模焊接机器人工作站运动轴组合分析及编程

针对人工焊接制造甘蔗耕种双排工位刀模过程中劳动强度高和效率低下,及因连续焊接产生疲劳,造成产品质量不稳定等,设计了由FANUC焊接机器人、控制器、行走轴和变位机等组成的焊接工作站,规划工作站焊接工作流程,分析六轴机器人关节轴的坐标系,研究行走轴和焊接变位机等运动轴的运动类型、运动极限值及速度等参数设计方法。探究机器人焊接工作站运动群组设备轴联动设置方法,研究机器人刀模焊接程序编制和摆焊控制轨迹方法运用,达到提高刀模设备焊接制造效率和刀模精度质量的目的。     

用因子设计法对熔化极氩弧焊(GMAW) 工艺参数灵敏度的分析

一般高质焊接接头必须有合适的焊缝尺寸和形态,这就要求选择好焊接工艺参数。为此用因子设计法建立数学模型对GMAW焊接工艺参数影响焊道几何尺寸灵敏度进行研究分析。研究采用了GMAW焊接机器人。焊接工艺参数选择了独立的三因子：焊接电流、电弧电压和焊接速度。焊道几何尺寸主要监测焊道宽度、高度和深度。分析比较了3个焊接工艺参数对焊道几何尺寸的影响规律。试验研究表明,所建立的数学模型能对给定的焊道几何尺寸所要求的工艺参数进行估算,指出焊接工艺参数变化对焊道宽度和高度的影响比深度更大。     

铝合金电弧增材制造焊道宽度尺寸预测

文中首先采用同一组焊接参数,在四种厚度基板上进行单道20层铝合金薄壁试样成型,发现不同厚度基板下试样稳定区的焊道宽度相同. 基于此结论,利用二次通用旋转组合方法设计试验样本,通过二次回归方程建立工艺参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度、层间温度)与成型试样稳定区域焊道宽度尺寸预测模型,经验证发现模型预测效果较好. 结果表明,影响焊道宽度的主要因素有焊接电流、焊接速度和层间温度. 当电流小于95 A时,参数对焊道宽度的影响顺序为:电流大于焊接速度大于层间温度;当电流大于95 A时,顺序变为:电流大于层间温度大于焊接速度. 同时,焊接电流和层间温度间存在交互作用.     

基于抛物线模型的V形坡口焊道规划排布

为了提高大型相贯构件机器人焊接的焊道规划准确性，提出了抛物线模型，结合等面积与等高法研究了多层多道焊道排布方法.首先，规划焊接工艺参数、焊道的横截面、焊接顺序以及焊枪位姿，进一步推导出焊道排布算法的公式，借助MATLAB软件进行多层多道焊道排布的仿真；最后通过机器人焊接试验验证多层多道排布的方法.结果表明，仿真的焊道排布结果与试验的V形坡口每层每道轮廓相吻合，说明提出的基于抛物线模型的多层多道排布算法是准确可行的.该研究成果为机器人焊接相贯构件的多层多道焊道排布提供了重要的理论基础.     

金属结构件焊接机器人工作站的设计

针对金属结构件组焊加工,设计了一种实现工件快速装夹、自动变位的机器人焊接工作站,以三轴垂直翻转变位机中定位销孔的不同组合方式来实现不同型号的工件需求,弧焊双机器人操作,采用PLC控制,采用正交试验法进行焊接参数实验。实验结果表明:与手工焊接相比机器人焊接表面一致性较好,焊缝美观,可以满足不同型号横梁的焊接工艺要求,焊接效率提高了约167%。     

SA508-Gr.3钢变参数回火焊道焊接接头组织与性能研究

针对满足核级标准要求的SA508-Gr.3钢,采用变参数回火焊道焊接技术在母材上使用自动TIG焊焊接工艺进行平板堆焊,然后对焊接接头热影响区的组织和性能进行研究。试验结果表明,通过变参数回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的粗晶区和临界粗晶区均能够得到综合性能较好的回火索氏体组织,热影响区显微硬度整体低于300 HV,而热影响区各分区-20℃下冲击吸收能量平均可达170 J,这与采用同参数调质模式的回火焊道技术获得的焊接接头热影响区的相应数据是相当的。     

电弧增材制造焊缝建模及尺寸规律研究

电弧增材制造作为一种低成本、高效率的金属零件制造技术,受到了各国学者的广泛关注。然而加工精度低的问题限制了该技术的发展和应用。提出电弧增材制造单层单道半椭圆焊缝模型,通过正交试验建立焊道熔宽、熔高的回归模型,得到了焊缝尺寸与加工参数(焊接电压、焊接速度、送丝速度)之间的关系,从而完善了单层单道模型预测方法。此外,考虑到焊道之间的相互作用及影响,通过试验得出单层多道焊缝理论中心距与熔宽之间的关系,最终改进原有电弧增材制造单层多道模型。实例分析表明,该单层单道及单层多道模型与真实焊缝的截面吻合度极高,验证了上述两种模型的有效性与精确性,有利于提高电弧增材制造零件的加工精度与成型质量。     

A508-3钢回火焊道接头组织和性能

文中针对A508-3钢,采用镍基合金焊条Ni690在其表面实施了异种材料的回火焊道焊接技术,分析了异种材料回火焊道焊接接头组织和性能,并与常规焊接工艺+590 ℃×2 h焊后热处理的焊接接头进行了对比。试验结果表明,常规焊接工艺+焊后热处理的接头硬度虽然粗晶区硬度明显降低,但是马氏体带的硬度降低不明显,而采用回火焊道焊接技术的焊接接头粗晶区和马氏体带的硬度均明显降低;回火焊道技术可以同时软化粗晶区和熔合区,其中粗晶区硬度约为热处理效果的73%～89%,但是获得的接头硬度均匀性更佳。从试验结果来看,能够免除焊后热处理的回火焊道焊接技术是大型结构部件焊接修复或制造时理想的焊接方法。     

铝合金电弧增材制造成形质量研究

基于机器人电弧填丝增材制造成形技术,进行了铝合金零件的成形表面不平整问题的分析及改善方法的试验探究。分析了CMT焊接技术的增材成形效果,以及应用在不同焊道时对成形质量产生的影响;分别探究了起弧与熄弧参数、层间轨迹方式、层间冷却时间等因素对成形质量的影响及改善方法。增材制造翼肋零件中,层间沉积中采用了焊道表面测量,再进行铣削加工的方式,作为进一步探究提高成形质量的试证。结果表明,加大起弧电流、降低熄弧电流,往复的层间轨迹方式及不同层间的冷却时间等方法可以提高零件的成形质量。     

蒸汽发生器封口焊缺陷回火焊道修复研究

某核电项目蒸汽发生器制造期间,发生了传热管封口焊管孔熔损,该问题为国内首次出现,此时返修不能进行焊后热处理。提出一种免热处理的焊接返修工艺,即回火焊道修复,通过对修复工艺的研究,成功完成了回火焊道焊接修复试验。结果表明,焊缝成型良好,无损检测合格,热影响区组织性能满足技术要求。     

机器人焊接大型接头多道焊填充策略

提出了一种可用于机器人焊接大型V形焊接接头多渠道焊填充策略。通过分析各种焊道截面形状,给出V形接头第一层敷设一道焊道,由第二层开始每增加一层也相应的增加一道焊接的敷设方法,在采用等截面积焊道的条件下,推导出从第二层开始以后有近似相等的层高,从而提出了设定多道焊焊接层数以及每层焊道数的规划方法,该填充策略具有各焊道截面积相等、所有焊道的焊接参数均相同、规划简单及适应性强的优点,克服了以往填充策略中焊接参数频率变化、焊接质量不易保证的不足,试验表明,应用这种填充策略可保证大型焊接接头的焊接质量。     

基于船形焊的双机协作路径规划

深入研究工业机器人通过协作与变位机进行船形焊接的路径规划。考虑到船形焊接工艺要求,设计在焊枪姿态约束下的机器人运动平稳性能评估指标,并作为评价焊接目标函数;利用灰狼优化算法对协作焊接路径进行目标寻优,使得焊缝中所有焊接点处于最优的船形焊接位姿且焊枪处于理想焊接姿态。结果表明：整个焊接过程中机器人与变位机的轨迹都十分平滑,可有效保障焊接质量并提高生产效率。     

坡口偏差厚板机器人多道焊接方法

厚板构件在工程机械及重工行业等领域应用广泛,但许多工况的坡口因为加工和组对等原因存在较大偏差. 针对工件加工和组对出现的坡口间隙不一致、坡口角度偏差和错边等三种典型问题,分别给出了应对方法和修正措施. 通过焊接摆动参数调整补偿坡口间隙不一致时造成的偏差,采用焊接参数和摆动参数调节实施联合补偿坡口角度偏差带来的影响,以焊道数量调整和焊接电流周期变化补偿坡口组对错边情况. 采用这些措施,利用焊接机器人进行坡口偏差工况焊接试验. 焊后接头填充饱满,焊缝外观无明显缺陷. 焊缝截面观察焊道排列整齐有序,未出现内部缺陷. 结果表明,采用坡口偏差修正方法拓宽了机器人厚板焊接对坡口偏差的适应性,为机器人厚板焊接现场施工提供基础数据.     

基于WebGL的焊接机器人仿真及多层多道路径规划

针对中厚板机器人焊接运动仿真、多层多道路径规划等需求,开发了一种基于Web GL的开放的机器人焊接离线编程系统.首先搭建了基于激光视觉传感的机器人MAG焊接系统,接着利用Java Script,Web GL等技术搭建了仿真平台,通过传感器获取焊道的三维点云数据,利用点云处理技术对焊道特征信息进行提取,在此基础上,进一步提出了对20 mm厚的开V形坡口钢板的多层多道路径规划策略,最终完成了V形坡口4层10道的焊接实验.结果表明,该系统对机器人焊接自动化、智能化关键技术提供了可靠的实现途径.     

CMT工艺对铝合金焊道尺寸的影响

冷金属过渡(CMT)技术是铝合金电弧填丝增材的一种新型工艺方法。通过中心复合设计试验方案,基于响应面法建立了以CMT模式(CMT、CMT-P、CMT-ADV、CMT-PADV)为类别变量,以焊接参数(焊接电流、焊接速度)为变量因子,铝合金焊道宽度、高度、接触角为响应值的二次回归模型,分析了焊接工艺参数和CMT模式对焊道宽度、高度和接触角的影响,并对焊接工艺参数和CMT模式进行了优化。结果表明,焊接电流和CMT四种模式对焊道宽度、高度和接触角影响的交互作用显著,而焊接速度和CMT四种模式对焊道宽度、高度和接触角影响的交互作用则不显著。     

电弧堆焊参数对焊道形貌的影响规律

文中以单道焊缝形貌为切入点，研究工艺参数对焊道形貌的影响并建立回归方程以预测焊道尺寸。结果表明，焊接电流对焊道尺寸的影响最显著，焊接电流每提高50 A，焊缝宽度平均增大14%，不同工艺参数间存在一定耦合关系，同时揭示了焊接电流和焊接速度的增加引起电弧动压力变化进而导致焊缝由指状向碗状形貌转变的规律。对比多种回归模型，综合考虑工艺参数耦合的影响，提出基于剔除低相关因子的响应曲面法，整体回归效果好，试验表明该模型的R²均在0.97以上，预测误差在5%以内。建立的回归模型将为电弧堆焊层数与道数的规划提供准确的焊道尺寸信息，确保机器人焊接位姿满足工艺要求。     

堆焊速度对堆焊成型质量的影响

针对堆焊速度对三维堆焊成型质量的影响,基于Visual-Environment三维仿真软件,建立单道多层堆焊有限元模型,并进行实验验证。仿真结果表明:垂直于焊道方向,随着堆焊速度的增加,焊道处的拉应力呈现减小的趋势,沿焊道方向,随着堆焊速度的增加,焊道与基板连接处残余应力逐渐增大,而稳定焊接区域残余应力逐渐减小。高速堆焊时,成型效率更高,但表面质量差且起弧收弧缺陷较多。在低速堆焊时,成型效率低,但表面质量更好。综合考虑残余应力、效率与表面质量,在本实验条件下6 mm/s为最佳堆焊速度。     

基于虚拟现实的焊接机器人工作站离线编程系统

在自动焊接应用中,离线编程焊接机器人通常具有一定的控制局限性。结合虚拟现实技术搭建了一套焊接机器人工作站,通过开发离线编程系统,简化机器人控制方式、灵活调整视角和自动规划焊接轨迹等,提升了焊接机器人离线编程效率。开发了同点异线焊缝识别算法,实现了单机器人的轨迹规划功能。基于焊枪基准姿态,分析横焊、平焊、立向上焊和立向下焊的焊接姿态,实现全位置焊接姿态规划。增加KBR-2Z500双轴变位机,实现多轴联动的复杂轨迹规划功能,研究了机器人运动与变位机运动的耦合与解耦问题,达成焊接机器人工作站协同运动规划。通过现实空间完全复现虚拟环境下的空间曲线焊接轨迹规划实验,验证了工作站离线编程系统的交互性、可行性和可靠性。     

回火焊道焊接技术中焊接接头几何尺寸影响因素的分析

试验针对核电压力容器用钢SA508-3钢进行,采用TGS-56焊丝和TIG焊,在100 mm厚SA508-3钢板进行单道次堆焊,通过对焊缝断面的宏观金相观察,分析不同焊接工艺参数对回火焊道焊接技术中焊接接头几何尺寸的影响.结果表明.回火焊道焊接技术的实现与焊接电流和送丝速度关系明显,焊接电流对热影响区深度d尺寸影响较大,送丝速度主要起改变焊道余高(b)的作用,焊接电流越小或送丝速度越大,b+h(焊缝熔深)与d的差值越小,越利于回火焊道焊接技术的实现;焊接速度对焊接接头各几何尺寸影响均较大,焊接速度变化不能明显地改变b+h与d的差值.