厚板V形坡口机器人填充焊接工艺研究

针对厚板V形坡口的焊缝宽、母材厚、焊接轨迹曲线与待焊工件焊缝中心线不一致等问题,设计了一套摆动焊接程序,在机器人离线编程软件中进行工作站建模、离线编程、运动轨迹仿真,仿真结果满足试验要求。使用六轴机器人、Fronius焊机等搭建试验系统,采用经典的单一变量控制理论,选择最优焊接参数。使用厚度为18mm的低碳钢板,对V形坡口进行多次填充焊以及盖面焊。试验结果表明,焊接工艺良好,V形坡口两侧的母材熔合情况良好,未见焊缝塌陷、层间未熔合和咬边现象发生,焊缝两边无间隙,焊缝成形呈"鱼鳞纹"状。     

厚板多层焊接的焊缝位置修正

针对中厚板多层多道焊接示教繁琐且焊缝坡口会随焊接层数和道数的增加而产生变形的问题，基于激光视觉的机器人中厚板焊接系统，提出一种多层多道和多层单道焊缝位置修正方法。通过在每层焊接之后重新扫描焊缝以获取当前焊缝的三维信息，提取焊缝信息特征并对焊道位置进行修正，以重新设定下一层焊道的起点与终点位置。通过V型厚板多层单道焊接实验与焊缝三维模型焊后分析表明，对焊缝位置进行修正可有效消除由于焊接过程中变形带来的影响，厚板焊接盖面层焊缝余高可平均控制在2 mm以内，提高工业机器人对多层焊接的适应性。     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

基于激光传感器的机器人自适应多层多道焊接

针对机器人自动化焊接过程中工件的定位误差、加工误差和激光传感器的安装误差的问题,提出了一种基于线结构视觉激光传感器获取焊缝形状位置信息,并使机器人能够自动调整焊枪位置和姿态来修正误差,同时自适应不同角度焊缝的多层多道路径规划方法。首先进行手眼标定,采用pyqt5在windows系统环境下部署焊接机器人手眼标定软件,把焊道空间点信息从视觉坐标系转换为机器人基坐标系下。然后对工件进行扫描,通过预设定算法完成对实际坐标点的预处理计算,并自适应调节工具坐标系的位姿弥补偏差;最后根据处理得到的焊缝坡口的特征参数和焊接工艺要求,规划多层多道焊接的路径完成焊接。对中厚板碳钢单边V形坡口进行试验,结果表明,该方法具有良好的实用性。     

表面工程应用实例

正[例34]窄间隙埋弧焊在发动机曲轴损伤修复中的应用窄间隙焊接是在已有的埋弧焊方法和工艺的基础上,加上特殊的焊丝、保护气、电极向狭窄的坡口内导入技术以及焊缝自动跟踪等特别技术而形成的一种高效、省时、节能的方法。其优势主要表现在:窄间隙埋弧焊通常采用I型或U型窄间隙坡口,坡口间隙在18~30mm,与普通埋弧焊接同样厚板须采用U型或双U型坡口相比,可节省大量填充金属和焊接时间,从而节省焊材约20%~40%,焊接总效率可提高30%~45%,大大减少了焊接成本;由于采用窄间隙坡口,窄间隙埋弧焊能减小焊接应力,焊缝金属中积聚的氧也较少;由于焊接线能量较小,且后续焊道对前焊道有重叠加热作用,因此,焊接接头     

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.     

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。     

大厚度船用高强钢激光-电弧复合焊技术研究

为实现大厚度高强钢全熔透单道对接焊,针对厚度20mm的AH32船用高强钢,采用15kW大功率CO_2激光进行激光-电弧复合焊接.分析了工件坡口、焊接速度、送丝速度、离焦量、装配间隙等规范参数对焊缝成型影响;通过金相观察以及显微硬度测定分析了接头组织性能.结果表明:通过激光功率等焊接规范匹配,激光-电弧复合焊接能实现20mm厚板的全熔透单道对接;钝边为8mm的Y形坡口有助于提高厚板激光-电弧复合焊缝熔透能力;降低焊接速度有利于提高熔深能力;工件厚度较大时,装配间隙对焊缝熔深能力的影响较为显著;接头硬度表明厚板激光复合焊焊缝纵向热循环模式存在较大差异.     

厚板窄间隙焊接技术研究进展

针对大厚板,常用的焊接方法需要开大角度坡口,焊接时采用多层多道焊,焊件往往内部应力较大,变形严重。而窄间隙焊接采用窄而深的坡口,在厚板焊接中具有效率高等优势。针对当前常用的厚板窄间隙焊接技术,本文中主要总结了国内近几年在激光窄间隙焊接,电弧窄间隙焊接和超窄间隙焊接三个方面的研究进展。     

基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取

为了实现船舶焊接件数字模型中焊缝特征参数的精确提取,进而完成机器人数据库系统中焊接工艺的自适应快速匹配和快速选择,提出了基于空间位置和轮廓线距离的船舶焊缝特征参数提取算法.首先基于海伦公式识别待判定面来确定接头空间位置关系,并结合最小轮廓线距离完成焊缝特征识别;然后基于轮廓线总条数和最小轮廓线距离的两端点,识别出焊缝坡口处特征点及线;最后基于三类焊接接头所建的数学模型提取出与焊接工艺相关的焊缝特征参数.测试结果表明,文中焊缝特征参数提取算法能准确识别4类接头形式和10种坡口类型,以及准确提取焊缝间隙、坡口夹角和焊接件板厚等参数,具有焊缝特征识别广且信息提取齐全的优点.与其他相关识别算法相比,文中算法的识别率达到100%,而识别效率提升了16.06%,从而进一步验证了算法的有效性.     

厚板双TIG打底焊缝根部熔合的数值模拟

建立了厚板双面双TIG打底焊有限元模型,并通过焊接试验验证该模型的合理性及准确性.在此基础上分别对不同错边及钝边的坡口形式下厚板打底焊温度场进行了模拟.结果表明,随着预留间隙的增大,双弧打底焊可熔化的钝边量增大,可允许的错边范围先增大后减小;在厚板打底焊时,当钝边及错边之和不超过4 mm时预留2~4 mm的间隙能够得到根部熔合良好的焊缝;存在的错边及钝边量之和超过6 mm将产生未焊透缺陷;当钝边及错边之和在4~6 mm之间时打底焊缝根部熔合情况随着间隙改变而变化.     

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。     

High speed tandem TIG welding of ferritic stainless steel plate

Weld humping and undercut are the most common appearance defects in high speed welding. A high speed tandem TIG welding process was developed to suppress the formation of these appearance defects and to improve the productivity of TIG welding. In this paper, the mechanical properties and microstructure of joints obtained from tandem and single TIG welding were tested and compared. The results show that the sound weld appearance can be obtained by tandem TIG welding at the welding speed of 3 m/min for 1.5 mm thick 409L stainless steel plate. The mechanical properties of the tandem TIG welded joint are in the similar level with single TIG welded joint. The analysis of the tandem TIG welding process indicates that the assistant arc with a push angle can prevent the liquid metal flowing backward to the trailing region of weld pool and the premature solidification of thin liquid layer in the gouging region.     

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。     

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.     

Development of gap sensing system for narrow gap laser welding

Narrow gap welding with an oscillation laser beam is one of the effective processes for thick plate welding. To put this welding process into practical manufacturing, a groove-sensing system using image processing for narrow gap welding with an oscillation laser beam is used. This developed system uses still images of the weld zone taken by a coaxial CMOS camera. It can recognize the position of the groove wall by analysing the brightness distribution in the still image. It can then control the oscillation width and the laser-irradiated area by calculating the groove width and the groove centre position. Some narrow gap welding experiments were performed to evaluate the performance of the developed system. The results revealed that the developed system is effective for narrow gap welding with an oscillation laser beam. Using this system, the narrow gap groove can be welded even if the groove width has changed during the welding process.     

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

0IntroductionWelding mobile robot with mobility,strong magneticadhering force and higher intelligence has already becomea perfect means for automatic welding of large-scale struc-ture[1-2],such as the welding of ship hull and deck,welding of spherical tank and welding of large pipeline,and so on.Recently,some researches have been done in thefield of autonomous welding mobile robot.Jiang Lipei andhis coworkers developed an all-position spherical tankwelding mobile robot based on linear CCD se…     

基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法

通过对管道全位置熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池图像的研究分析,发现并验证了其根焊熔池图像尖端与焊缝坡口中心位置重合的现象,依据此规律性特征,提出了一种基于熔池图像尖端信息的焊接偏差测定方法.该方法的基本原理是,在对焊接过程熔池CCD图像进行中值滤波、小波变换、连通区域分割等图像处理后,以搜索算法测得的根焊熔池图像尖端位置信息作为焊缝坡口中心位置的坐标值,此值与焊丝中心坐标值之差即为焊接偏差量.试验证明,此方法能从根焊熔池图像中实时测定焊接偏差量,为实现机器人自动焊缝跟踪控制提供了可靠依据.