筒体法兰孔焊接坡口加工专机的开发

对筒体法兰焊接坡口加工的专用机床进行研究,就筒体加工马鞍形焊接坡口孔的特点,对坡口曲 面进行了深入分析,设计了一种适合筒体加工平面坡口及马鞍形焊接坡口的镗削加工装置.为筒体焊接法兰时使用自动化焊接设备提供了较理想的坡口结构.     

基于机器人的多层多道马鞍形焊缝自动焊接应用研究

针对含盆形坡口的马鞍形焊缝的多层多道焊,研究了一种基于工业机器人的自动化焊接方法,包括机器人运动轨迹规划、焊道排布、焊枪姿态设定、焊接参数设定、起弧收弧优化、自动排道软件设计等具体内容,并且针对3种不同规格的工件进行了焊接试验。试验结果表明,该方法能充分保证焊接质量和成形效果,同时还具有广泛的适用性。     

带钝边马鞍形焊接坡口数控切割数学模型

以带钝边马鞍形焊接坡口数学模型建立为出发点,给出了钝边曲线的几何定义,讨论了选择不同的切割轨迹对钝边高度原理性误差Δb的影响范围.提出了坡口母线长度变化Δm对割炬与工件之间切割距离a的影响规律及消除因Δm存在引起割炬与工件距离变化Δa的方法.简述了带钝边马鞍形焊接坡口三维几何模型的建立步骤,利用焊接坡口三维几何模型计算Δm并创建Δm与切割转角θ曲线的方法.结果表明,用纯边曲线作为切割轨迹,同时消除因Δm引起的Δa变化,可有效提高切割质量和精度.     

基于电弧跟踪技术的转向架构架焊接机器人焊接工艺

文中通过介绍焊接机器人采用电弧跟踪技术原理,设计基于电弧跟踪技术的转向架构架焊接机器人焊接工艺,验证不同板厚、不同坡口形式、不同焊接轨迹下焊接机器人进行电弧跟踪的稳定性,获得基于电弧跟踪技术的转向架构架焊接机器人焊接工艺参数,提升焊接转向架制造工艺装备水平,为今后同类产品的生产提供技术支持。     

马鞍形焊缝焊接机器人运动学分析及MATLAB仿真

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以关节角为变量的马鞍形焊缝焊接机器人运动学模型,对马鞍形焊缝焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用三次多项式插值的方法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对马鞍形焊缝焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。     

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.     

工程液压油缸外缸筒焊接技术与工装设计

由于液压油缸外缸筒在对焊前已镗孔,内孔精度很高,表面质量好,而外表面却不加工,属毛坯面,设计以内孔为定位基准的工装和焊接止口、坡口,使缸筒合件在旋转中自动对中,定位精度高,无需点焊。根据油管接头与缸筒马鞍形焊缝的数学模型,设计自动焊机,关键是控制焊枪的转动和移动,并在焊接马鞍形环焊缝时作变位和插补,实现自动跟踪控制,焊缝成形好。结果表明:焊接工程液压油缸外缸筒,设计以内孔定位的焊接工装和马鞍形自动焊接机,焊接质量好、效率高,焊缝整齐、均匀、美观。     

切割带钝边的管道焊接坡口的数学模型及仿真

针对三通接头焊接的焊前坡口切割问题,对斜边焊接坡口和带钝边焊接坡口进行对比,分析了带钝边焊接坡口的优点,阐述了管件带钝边焊接坡口支管切割及主管切割原理;在现有斜边焊接坡口切割数学模型的基础上,分别建立了带钝边焊接坡口支管切割及主管切割数学模型.用AutoCAD VBA工具对切割数学模型进行仿真分析,验证了所建立的数学模型的可靠性和实用性.为三通接头焊接的焊前坡口切割提供了新的理论依据与思路.     

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.     

四轴联动马鞍形焊接系统的枪姿误差分析

针对接管、筒体的正交马鞍形曲线焊接,为了定量分析五轴联动马鞍形焊接系统(θr,,h,α,β)简化为四轴联动系统(θr,,h,β)的焊枪姿态误差,建立了马鞍形焊接运动系统的数学模型,运用空间解析几何原理推导出了简化后的焊枪前后倾角的误差公式。利用Matlab进行作图分析,得到了最大焊枪前后倾角与接管、筒体筒径比以及焊枪旋转角度之间的关系曲线。结果表明,正交马鞍形曲线焊接时,焊枪旋转角度和筒径比对最大的枪姿误差有直接影响,可为生产中合理选用四轴联动马鞍形焊接系统提供参考。     

Study on intelligent welding mobile robot with the function of auto-searching weld line

The development of welding robots suitable for specially unstructured working enviroments has been become an important development direction of industrial robot application because large-scale welding structures have been used more and more widely in modern industry. In this paper, an intelligent mobile robot for welding of ship deck with the function of autosearching weld line was presented. A wheeled motion mechanism and a cross adjustment slider are used for the welding robot body. A sensing system based on laser-PSD （position sensitive detector） displacement sensor was developed to obtain two dimensional deviation signals during seam tracking. A full-digital control system based on DSP and CPLD has also been realized to implement complex and high-performance control algorithms. Furthermore, the system has still the function of auto-searching weld line according to the characteristics information of weld groove and adjusting posture itself to the desired status preparing for welding. The experiment of auto-searching welding line shows that the robot has high tracing accuracy, and can satisfy the requirement of practical welding project.     

遥操作干式高压海底管道维修焊接机器人系统

干式高压焊接是既能保证焊接质量又易于实施的海底管道维修方法.基于目前的自动化技术水平和海管坡口制备难度大的现实,提出了基于高级焊工焊接知识和潜水员水下工作技能的遥控海底管道维修焊接策略.研制了一套干式高压环境管道全位置焊接机器人及其分置于水面母船甲板和水下干式舱的机器人焊接控制系统,研制了分别用于场景、坡口和焊缝的视觉监视系统,以及计算机远程信息采集监控系统,它们与水下干式舱系统一道构成了水下干式管道维修系统.还研究了干式舱充气气体种类、焊接电源特殊性和舱内引弧问题.利用先期在干式高压焊接实验室获得的海管焊接工艺完成了海上焊接维修试验,焊缝质量良好.

Abstract：

Among the available underwater pipeline repair methods, hyperbaric TIG welding technology may be the easier one to obtain better joint quality. Due to the low automation level and the bevel preparation difficulty, the repair welding should be conducted based on both the welding knowledge of the welder on deck and the operation skill of the diver. A tele-operated robot for all position hypetharic pipe welding was developed. In the specified case of underwater welding, the process was controlled by a surface based operator, a clear and real time image of the arc as well as the image of groove location were required. An observation system of three cameras for chamber, groove and weld was also developed respectively. All the necessary message of vision, welding current and arc voltage were collected and transferred to the surface by the developed computerized information system. The underwater pipeline maintanence system consists of the welding robot, observation system, the informarion system, together with the habitation. The chamber gas type, the welding power source and arc striking were also studied. With the welding proceedure developed in the hyperbaric welding laboratory, a good weld was obtained in a underwater pipe repair welding test at Bohai sea.     

自寻迹舰船甲板焊接移动机器人

研制的自寻迹舰船甲板焊接移动机器人系统采用磁性轮式移动机构,外加十字调节滑块,利用激光PSD位移传感器外加扫描装置实时获取焊缝的二维偏差信息,选用数字信号处理器(DSP)作为系统的核心控制器件。伺服驱动采用集成的运动控制器和驱动器,实现了空间多自由度的协调动作。焊接时,在一定的误差范围内让机器人粗略跟踪焊缝,而由十字滑块实现焊缝实时的、精确的跟踪。该系统还具有自寻迹功能,即在焊前根据焊缝的特征信息自动寻找焊缝并调整自己的位姿到设定的待焊状态,由机器人自主地实现焊接对中和焊接起始点辨识。     

机器人搅拌摩擦点焊系统设计

搅拌摩擦点焊是一种新型固相焊接技术,机器人焊接是焊接制造业的主要发展方向,将搅拌摩擦点焊与机器人相结合,通过加工相应的焊接装置以及增加机器人的承载能力,设计完成机器人搅拌摩擦点焊装置,实现对搅拌针的精确控制。机器人搅拌摩擦点焊的控制系统是将机器人控制系统和搅拌摩擦点焊控制系统结合,在焊接过程中二者既能独立运行,又相互联系,实现搅拌摩擦点焊装置与机器人协同工作模式,从而实现无间断循环的焊接过程,提高焊接效率。通过实验对比分析机器人搅拌摩擦点焊与传统龙门式搅拌摩擦点焊焊接的工件表面成形和焊点力学性能,结果表明:机器人搅拌摩擦点焊系统实现了复杂结构工件的焊接,表面成形良好,无明显的焊接缺陷,且焊点结合强度与龙门式相当,机器人搅拌摩擦点焊系统具有良好的焊接性能。     

基于坡口特征的相贯接头焊接机器人连续轨迹规划

针对海洋平台贴接式管道接头专用焊接机器人的运动控制模型进行了研究.设计了一种5自由度串联结构机器人,在较小的机器人本体尺寸及重量的前提下,满足机器人对工作空间及导管架空间狭小处安全避障的需要.建立了机器人正、逆运动学模型,针对该机器人带有两个同向转动关节特点,提出采用两步法求解机器人关节值;为保证焊接时关节运行稳定性,提出采用极限法求导各关节速度.结果表明,该机器人可以很好的满足管道相贯接头的自动焊接工作,所建立的数学模型可用于考虑坡口特征的相贯接头焊接机器人连续轨迹规划工作.     

Application of switch back welding to V groove MAG welding

The formation of stable back beads in a root pass weld during one side multi-layer welding is important to achieve high quality welded metal joints in MAG welding. The authors employed the switch back welding method for V groove joints without backing plates. In this switch back welding method, the torch moves forward and backward with an oscillation frequency of 2.5 Hz. In order to achieve this welding, personal computers control the conventional welding robot, the power source characteristic and the wire feeder unit. During the forward, the torch is weaving on the V groove gap without the weld pool. If the weaving width becomes wider than the proper width, the tip of the wire becomes high and a good back bead cannot be obtained. The weaving width is adjusted so as to get the proper width in the switch back welding. The suitability of the welding conditions for each root gap was verified by observation of the arc, the weld pool and the external appearance of back beads. A good back bead was obtained under V groove welding in 2–4 mm gap.     

薄板TIG堆焊屈曲变形的预测

针对TIG堆焊所引起的薄板复杂屈曲变形问题,采用基于热弹塑性理论的有限元法建立薄板焊接变形预测模型,提出了数字图像相关法对预测屈曲模型进行试验验证并设计了薄板焊接变形检测试验装置. 结果表明,基于数字图像相关技术的非接触变形检测方法能够全场动态获取堆焊屈曲变形数据,全面验证了焊接变形有限元预测模型,基于高斯热源模型、非线性瞬态热传导边界条件、材料高温性能参数等的热?力耦合热弹塑性预测模型具有较高的精度.薄板焊接变形冷却后呈马鞍形,结合动态温度场与应力场,对揭示焊接马鞍形屈曲变形机理具有重要的意义.     

中厚板变坡口焊缝填充自适应控制系统

针对中厚板变坡口机器人焊接焊缝填充的问题,利用激光传感器扫描坡口拟合出坡口截面积变化规律. 设计焊接数据库,存储不同焊接参数下对应的焊缝截面积,使用最小二乘法推理出焊缝截面积与焊接速度的函数关系. 根据坡口截面积变化规律,自适应控制焊接速度的变化,从而使得工件坡口刚好填满,解决了变坡口焊接参数调整的难题. 可用数据库语言对知识库进行规范管理,不断完善焊接数据库. 以厚度为12 mm的变坡口中厚板为例进行试验. 结果表明,该系统焊接效果良好,坡口金属填充量误差较小.     

摆动TIG焊搭接坡口数学建模与仿真

针对搭接坡口的特点,在摆动TIG焊搭接坡口电弧扫描的数学模型中采用电弧圆柱体体积的变化信号作为系统的输入信号,从而建立了系统的整体仿真模型.在保证工艺参数不变的情况下,比较分析了该模型的仿真结果与传统的利用焊枪高度变化为输入的模型的仿真结果以及实际的焊接波形之间的差异.结果表明,仿真结果与试验结果相吻合,证明该模型比传统的模型更为精确,更能反映实际情况.对搭接坡口的焊缝跟踪系统研究有一定的指导意义.