爬行式弧焊機(jī)器人立向與橫向焊接工藝的研究

發(fā)布日期:2012-04-06    蘭生客服中心    瀏覽:6477

前言

  隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,大型重要構(gòu)件的焊接越來(lái)越多,僅僅依靠手工焊接難于滿足焊接質(zhì)量和焊接效率的要求,焊接自動(dòng)化將成為焊接技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 在此介紹新型爬行式弧焊機(jī)器人的焊接工藝問(wèn)題,其目的是為了實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件的全位置自動(dòng)化焊接。

  該系統(tǒng)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的焊接設(shè)備和方法來(lái)說(shuō)是全新的,所以在整個(gè)設(shè)計(jì)、完善和試驗(yàn)過(guò)程中不可避免的遇到了很多問(wèn)題和困難,在此就焊接試驗(yàn)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題和采取的解決辦法做一說(shuō)明。

一、爬行式弧焊機(jī)器人系統(tǒng)

  爬行式弧焊機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成主要由永磁履帶爬行機(jī)構(gòu)、激光圖像傳感系統(tǒng)、信息處理及跟蹤控制系統(tǒng)所組成,如圖1 所示。爬行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng);圖像傳感與信息處理系統(tǒng)構(gòu)成焊接識(shí)別系統(tǒng),以識(shí)別焊縫,與跟蹤控制系統(tǒng)一起組成焊縫跟蹤系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的焊縫跟蹤和焊接。


  在十字滑塊的上滑塊上固定有螺絲可調(diào)節(jié)鋼臂,其平行于機(jī)器人車體,用以焊槍的對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)。前端為擺動(dòng)器,其上可夾持焊槍,用以完成焊接過(guò)程焊槍的擺動(dòng),參數(shù)可調(diào)。

  為了保證焊接電流在試驗(yàn)過(guò)程中穩(wěn)定可靠,以使焊接試驗(yàn)?zāi)軌蜉^準(zhǔn)確地反映該套系統(tǒng)用于焊縫跟蹤焊接的實(shí)際效果,焊接用電源和送絲機(jī)構(gòu)選用芬蘭KEMPPI公司生產(chǎn)的KEMPPI PR0500,它的焊接模式、焊接脈沖、電流、電壓等多項(xiàng)焊接參數(shù)均可隨時(shí)手動(dòng)調(diào)整,在焊接過(guò)程中并能根據(jù)已有參數(shù)自動(dòng)穩(wěn)定焊接電流、電壓。

二、焊接工藝與試驗(yàn)

  采用該系統(tǒng)我們做了兩種位置的焊接試驗(yàn),分別為立焊和橫焊(大型構(gòu)件主要的焊接位置分為立焊和橫焊,針對(duì)這兩種焊接位置來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。) 在實(shí)際手工焊接的過(guò)程中!這兩種位置的焊接所采用的焊接方法有很大差異,工藝方法也就有很大不同。

1.試驗(yàn)材料

  為符合在工業(yè)生產(chǎn)中的造船、制罐等實(shí)際用材情況,選用普通碳鋼焊絲選用直徑1.2mm鍍膜焊絲。

2.焊接工藝

(1)焊接方法

采用氬氣、CO2混合氣體保護(hù)MIG 脈沖焊;背面使用陶瓷襯墊;單面焊雙面成形工藝&蓋面根據(jù)焊接位置為立焊一道、橫焊多道成形。

(2) 焊接坡口

  a. 立焊。 坡口選用“V”型坡口,具體坡口形式及尺寸如圖2所示。焊前坡口及周圍20mm范圍內(nèi)清除水、油、銹等,露出金屬光澤,以保證激光圖像傳感系統(tǒng)對(duì)焊縫的順利識(shí)別。


  b. 橫焊。坡口選用不對(duì)稱"v"型坡口,具體坡口形式及尺寸如圖3 所示。焊前需處理坡口表面。


(3)工藝規(guī)范

  在試驗(yàn)過(guò)程中,除對(duì)焊機(jī)參數(shù)的整定和正確調(diào)節(jié)外,焊槍位置、焊槍的擺動(dòng)、焊接速度對(duì)焊接質(zhì)量、焊縫成形都有很大的影響。因?yàn)檫@些量依靠手調(diào)、特別是焊槍位置、焊槍擺動(dòng),在實(shí)際操作中不便于測(cè)量,調(diào)節(jié)難度較大。

  a. 焊槍位置包括焊槍頭與工件位置、焊絲與坡口位置(要考慮擺動(dòng)幅度的影響,見圖2圖3)。

  b. 焊槍擺動(dòng)由調(diào)節(jié)擺動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn),主要參數(shù)有擺動(dòng)速度%左中右3 個(gè)位置的停留時(shí)間。

  c. 焊接速度um為焊前設(shè)定值,焊接過(guò)程中可調(diào)。

  d.焊前對(duì)焊機(jī)電壓補(bǔ)嘗進(jìn)行整定,整定值2.6V作為焊機(jī)內(nèi)設(shè)參量。常用調(diào)節(jié)量有送絲速度us、焊接電壓U和脈沖幅值。

(4) 焊接各項(xiàng)參數(shù)

a. 立焊

  立焊打底時(shí)焊槍垂直于工件mm 左右上方,加擺后焊絲靠?jī)蛇吰驴?~2mm,第二道蓋面,焊槍垂直上調(diào)5~8mm,擺動(dòng)幅度適當(dāng)調(diào)大。立焊時(shí)各參數(shù)如表1所示。

b. 橫焊

  橫焊打底時(shí)焊槍微向下扎,使焊絲在加有擺動(dòng)時(shí)不至太靠下邊坡口,焊槍順焊接方向向下斜擺,大約與水平成75°~80°;蓋面三道成形,均不加擺動(dòng),且每次要根據(jù)上道次焊接的效果和位置從新調(diào)整焊槍姿態(tài)第一道蓋面槍頭略向下扎,二道時(shí)較平,末道槍頭略向上抑。橫焊時(shí)各參數(shù)如表2所示。

三、試驗(yàn)結(jié)果

  a. 在早期試驗(yàn)中,電流、電壓值與焊速的匹配總不令人滿意。采用的MIG脈沖焊,其宜于用較小的平均電流進(jìn)行焊接,特點(diǎn)是熔池體積小,不易淌流,且在脈沖峰值電流作用下,熔滴的軸向性好,故比起普通氬弧焊更有利于焊縫成形,在全位置焊中有很好的效果。試驗(yàn)中早期打底焊焊速一般在8cm/min以上,相應(yīng)電流值也較高,在95~105A之間,焊接過(guò)程不太穩(wěn)定,背面成形有時(shí)也不理想。究其原因,在于脈沖幅值的影響,脈沖電流使熔滴呈噴射過(guò)渡,在較大脈沖電流下較小的電壓易造成大飛濺、淌流,而大電壓表面成形也不理想。我們?cè)谠囼?yàn)中不斷摸索,后在穩(wěn)定幅值的前提下適當(dāng)減小電流、電壓并且降低焊速,這樣在橫向和垂直位置的焊接過(guò)程中,充分發(fā)揮出了脈沖焊工藝在全位置焊上的優(yōu)點(diǎn),焊接過(guò)程穩(wěn)定,飛濺小,兩面成形都很理想。圖4a、圖4b、圖4c、圖4d 依次為立焊焊前加襯墊樣板、立焊背面成形、打底和蓋面成形樣例。


  b. 手工焊蓋面橫焊工藝采用的是加擺停留的方法,由于人工操作的靈活性,焊接過(guò)程中擺動(dòng)頻率、幅度和停留時(shí)間均可實(shí)時(shí)改變,故一般寬度的蓋面焊可一次成形。由于該機(jī)器人缺乏人的靈活性,我們通過(guò)模仿人工的蓋面過(guò)程橫焊,采用高焊速加快速擺動(dòng)或不加擺動(dòng)多道成形的橫焊蓋面方法。這樣就避免了橫焊蓋面淌流的發(fā)生,也取得了不錯(cuò)的效果。圖5a、圖5b、圖5c、圖5d、圖5e 依次為橫焊背面成形、打底焊、蓋面第一道、第二道、最后蓋面成形。


  c. 除了電流電壓和焊速,另一個(gè)人為影響較大的因素是擺動(dòng)器的調(diào)節(jié),根據(jù)不同位置的焊接要采用不同的擺動(dòng)方式。

四、結(jié)論

  試驗(yàn)證明,通過(guò)對(duì)工藝方法的改進(jìn)和調(diào)整,該套爬壁式弧焊機(jī)器人應(yīng)用在立向和橫向焊接上,能夠獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和很好的表面成形。當(dāng)針對(duì)不同的材質(zhì)和焊縫規(guī)格時(shí),要有某些值發(fā)生變化,則其他值相應(yīng)也要有所調(diào)整。

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