中厚板V形坡口多层多道焊机器人焊接技术研究

针对采用在线示教方式的中厚板V形坡口多层多道焊机器人焊接工艺进行了研究,结合机器人程序中的偏移指令设计了一种新的多层多道焊机器人焊接方法。通过对机器人焊接顺序、焊接路径进行规划,利用简化的焊道截面计算出各个目标点的偏移量,完成对机器人程序的编写。利用机器人离线编程软件Robot Studio以及实际的焊接设备对所提出的方法进行了试验验证。结果表明,该方法可有效减少示教次数,提高焊接效率,焊接后的V型坡口板填充效果以及焊缝成形良好。     

两种常见焊接接头的机器人焊接工艺

采用弧焊机器人进行了8 mm厚板对接平位焊、6 mm厚板T形接头平角焊试验,重点分析了坡口根部间隙、焊枪角度、电弧电压、焊接电流和焊接速度对板对接打底层焊缝成形、背面焊缝宽度和余高的影响,以及焊接速度、电弧电压和焊接电流对T形接头焊缝成形、焊脚尺寸和凸度的影响。通过试验优化了焊接工艺参数,获得了正反面成形美观、熔合良好、焊缝宽窄和高低均匀的对接接头;试验测得对接接头背面焊缝宽度为4.04 mm,背面焊缝余高为0.17 mm,正面焊缝宽度为14.20 mm,正面焊缝余高为1.22 mm。采用优化后的焊接工艺参数对T形接头进行了焊接试验,角焊缝两焊趾区域熔合良好、焊缝平齐、焊缝表面微下凹,试验测得焊脚尺寸为6.8 mm。     

焊接工艺对超细晶钢SS400焊接接头组织及硬度的影响

研究了不同焊接工艺对SS400钢X形坡口焊后不同区域显微组织与显微硬度的影响。结果表明,当采用酸性焊条热输入小于20 kJ/cm进行焊接时,熔合区大量铁素体、下贝氏体与母材原奥氏体相互交织,母材与焊缝金属连接性较好,但焊缝针状铁素体粗化且过热区出现大量上贝氏体。采用碱性焊条热输入为30 kJ/cm焊接时,焊缝内形成均匀细小的铁素体和无碳粒状贝氏体组织,焊后性能相对较好。此外,X形坡口第2道焊的焊接热作用对首道焊的高硬度组织有明显改善。     

厚板弧焊机器人自定义型焊道编排策略

多层多道焊路径的自动规划是实现厚板机器人焊接的关键技术之一.对典型的单面V形和双面K形坡口多道焊路径规划策略进行了研究,建立了基于图形多层多道焊离线规划模块,通过特征建模、焊接顺序、焊道参数及规划类形等设置,系统可自动生成多层多道焊路径的位置和姿态,重点推导了自定义型多道焊路径规划策略,并对单面V形坡口多层多道S形焊缝进行自定义型路径规划,实现了机器人多道焊的仿真和运动程序的快速生成,提高了示教灵活度和效率.     

建筑钢结构小坡口特殊喷嘴焊接工艺

通过对窄间隙焊接技术的分析、理解,进行其派生技术的研究;并通过计算机仿真,研制特殊的焊接喷嘴,进行了板厚为90mm钢板开25°+8°坡口横焊时接工艺性试验,获得了外观成形良好的焊缝.焊接接头宏观金相表明焊接接头中未见气孔、裂纹、夹渣、来熔合等缺陷:抗拉强度与母材的相当,冲击韧性和焊缝组织良好,通过分析知底部焊缝热裂纹倾向较小.此项研究为建筑钢结构大厚度钢板开小坡口对接焊在建筑钢结构中的应用奠定了强力的技术支撑.     

基于ROTSY的弧焊机器人离线编程

以MOTOMAN-UP6弧焊机器人和SGMDH-12A2A-YRB变位机为试验平台.将离线编程软件ROTSY、计算机与机器人通信软件MOTOCOM32和校正软件MOTOCALV32组成一个弧焊机器人离线编程系统,实现了机器人和变位机的联动离线编程.通过复杂的马鞍形焊缝编程对所建立离线编程系统进行了验证.在实际运行过程中,焊缝上的点接近或处于船型焊或平焊的位置,焊枪运行平滑,始终对准焊缝,焊枪的姿态也始终符合实际焊接的要求.证明了本离线编程系统达到了设计要求.     

Q690E低合金高强钢MAG焊接工艺研究

采用KOBELCO型机器人离线编程方法,远程控制单丝焊接系统,使用焊材MG-S88A对Q690E低合金高强钢进行MAG焊接试验。通过对Q690E焊接性分析,合理设计焊接工艺,严格控制焊接关键因素,解决了Q690E高强钢焊接接头韧性低的问题。结果表明,KOBELCO型机器人MAG焊接方法适用于Q690E的焊接。根据标准对焊接接头力学性能进行检测,焊接接头弯曲和拉伸性能符合检测标准要求,焊缝中心、熔合线、熔合线+2mm、熔合线+5 mm冲击吸收能量在-40℃条件下均大于69 J。     

船体分段机器人角焊工艺研究

针对国内船体分段焊接效率和自动化程度低等问题,通过机器人焊接编程,进行了机器人横角焊与立向上角焊工艺试验,分析了机器人焊接主要工艺参数对角焊缝成形的影响。试验结果表明:机器人横角焊时,焊接电流和电弧电压增大,焊缝表面下垂程度增加;对于20 mm厚DH36钢板,在焊接电流280 A和电弧电压27.8 V时,横角焊缝成形良好;机器人立向上角焊时,通过增大电弧梯形摆动幅值有利于增加焊脚长度,但摆动幅值过高易引起咬边缺陷,同时过大的摆动长度使得焊缝表面中心易出现下挂凸起;当电弧摆动幅值5 mm、摆动长度1.5mm、焊接电流200 A、电弧电压24 V左右时,立向上角焊缝成形良好。     

基于焊件三维装配体的机器人焊接离线编程

机器人离线编程焊接成为焊接自动化技术现代化的主要标志.基于RobotStudio焊接机器人工作站,通过导入SolidWorks软件创建的焊件三维装配体,可实现三维装配体复杂空间曲线焊缝程序的自动创建,并对程序进行解析、测试和模拟.该离线编程系统以度生成的焊缝程序可加载至车间的生产机器人真实控制器内,提高焊接质量和降低生产成本.     

港珠澳大桥组合梁钢主梁机器人自动焊试验及应用

针对常用的钢桥梁腹板焊接形式,开展了24 mm和40 mm的两种板厚试件的机器人自动焊接试验,坡口形式分别为V形和X形。试验结果表明,所焊焊缝外观成形和内部质量均符合规范要求。在港珠澳大桥总拼钢主梁腹板对接中的应用表明,采用机器人自动焊工艺方案后焊缝质量、焊接效率明显提升,焊接成本明显降低。     

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。     

碳钢I型坡口等离子小孔焊接工艺研究

本文对6mm厚的SS400碳钢进行了等离子弧焊试验,分析了SS400碳钢等离子弧焊接性,并且对焊缝进行X射线检验、力学性能及金相组织分析。试验结果表明,在选定的焊接工艺参数条件下,焊接接头性能满足要求;且焊缝成形良好。X射线检测焊接接头内不存在裂纹、未熔合、未焊透和条形缺陷：抗拉强度符合标准要求,均达到母材σb;焊缝、HAZ与母材组织均为珠光体＋铁素体。     

超薄钛合金激光叠焊焊接特性

文中针对超薄工业纯钛合金激光叠焊工艺进行了探索。采用0.1 mm厚的超薄TA1钛合金板材开展激光焊接工艺试验,分析了TA1金属板激光叠焊焊缝成形缺陷及内部气孔缺陷的形成原因和抑制措施,从离焦量及焊接热输入等方面对工艺参数与焊缝成形的关系进行了研究,最后利用拉伸试验的方式进行焊缝力学性能测试。试验结果表明,通过合理的选择焊接工艺参数可以避免焊穿等缺陷,气孔缺陷主要分布于熔合面两端。随着焊接热输入的增加及离焦量的降低,焊缝逐渐由圆弧形向V形转变进而向X形转变,熔合面宽度逐渐增加。TA1在激光焊接后可以达到燃料电池双极板对母材最低抗拉强度的要求,为TA1钛合金在燃料电池行业的使用提供了依据。     

坡口预留间隙对高强度钢厚板打底焊缝成形的影响

利用MSC. Marc有限元分析软件对低合金高强度钢厚板打底焊热过程进行数值模拟,从温度场角度分析坡口预留间隙大小对焊缝根部熔合的影响,并通过焊接试验对模拟结果进行验证和补充. 结果表明,在低合金高强度钢要求的焊接热输入下,当预留间隙小于2 mm时,打底焊缝根部出现未熔合或未焊透缺陷;当预留间隙增大到2~4 mm时,打底焊缝根部熔透,焊缝成形良好;当间隙增大到5 mm以上后,热源不足以熔化较多的侧壁母材金属,可能出现未熔合,实际焊接时需要采用大热输入摆动才能熔合良好.     

机器人自动脉冲TIG焊J形坡口焊缝填充策略

核电压力容器封头由半球形封头和多个圆管相贯构成,连接的焊缝为J形坡口,轨迹是球管相贯的空间曲线,位于封头内部.由于该焊缝的特殊性,目前普遍采用手工焊接,质量与效率不佳.文中针对核电压力容器封头J形坡口的机器人自动焊接技术提出了一种多层多道焊填充策略.通过焊接结构分析,确定了J形坡口的焊接工艺分区,提出了设定焊接层数、道数的焊接轨迹规划方法,进而提出了焊接工艺参数的设定规则并据此对焊缝形状进行控制.结果表明,应用文中提出的焊缝填充策略及焊缝形状控制方法可获得良好的焊缝成形.     

盾构机焊接/切割机器人的研制

针对盾构机盾体结构复杂、焊接耗时长这一问题,设计了全自动焊接/切割机器人.该机器人同时具备焊接/切割功能,能够进行多层多道自动焊接,并满足焊缝自动切割要求;焊接机器人控制系统具有横焊、平焊、立焊三种位置的焊接数据库,每个数据库中层数、道数可灵活设置;具有坡口规划和轨迹存储功能,实现不规则坡口的多层多道自动焊.利用所研发的焊接/切割机器人进行盾体自动焊接及切割试验,试验结果表明,该机器人能够满足盾构机盾体焊缝自动焊接及切割要求.     

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.     

Q235低碳钢板冷金属过渡焊工艺研究

为了提高低碳钢冷金属过渡焊的焊缝质量,对6 mm厚的Q235钢板进行了I型坡口冷金属过渡焊试验,研究了不同工艺参数下的焊缝成形与接头力学性能。结果表明:Q235钢冷金属过渡焊的最佳工艺参数为焊接电流255A,焊接电压25.5 V,送丝速度7.5 m/s,焊接速度0.80 m/min。此工艺下的焊缝成形良好,接头拉伸试样断裂于母材位置,焊缝力学性能高于母材,焊缝硬度值达到274 HV。     

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.     

焊接工艺参数对Q690D高强钢多层多道焊缝缺欠的影响

针对液压支架结构件用Q690D高强钢多层多道焊焊缝,通过焊缝横截面形貌分析、X射线检测等分析手段研究了焊接电流、保护气体流量、焊丝干伸长、坡口拼装间隙等焊接工艺参数对焊缝缺欠类型、位置与数量的影响,并通过拉伸试验、冲击试验测试了焊接接头性能。结果表明,液压支架结构件用Q690D高强钢多层多道焊焊缝中缺欠以气孔、未熔透和未熔合为主,其中气孔约占43%,未熔透约占30%,未熔合约占23%;缺欠主要集中于焊道根部、焊缝内、焊道与母材熔合线处、焊道之间等位置,其中,焊道根部缺欠数量约占54%,为焊缝缺欠最集中的位置;试验范围内,焊接电流、保护气流量、焊丝干伸长等参数对焊缝内部缺欠影响较大,而对焊缝根部缺欠无明显影响;拼接间隙对焊缝根部未熔透、气孔等缺欠有明显的影响作用,当拼接间隙为2mm时,可有效减少根部缺欠;保护气种类主要影响焊缝成形质量,而对焊缝缺欠无明显影响;优化工艺参数后,焊缝缺欠明显降低,无明显未熔透、未熔合等缺欠,气孔率约2.1%,接头抗拉强度达798.6MPa,接头性能良好。