大厚板高強鋼雙面雙弧焊新工藝及機器人自動化焊接技術.pdf

1、在船舶、高壓容器和重型機械等領域廣泛使用大厚板高強鋼焊接結(jié)構(gòu)，目前，我國這種大厚板高強鋼焊接結(jié)構(gòu)一般采用手工電弧焊和半自動焊，工藝落后，生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品一次合格率低，工人勞動強度大。尋找新的高效焊接工藝方法，并進而實現(xiàn)機器人自動化焊接是當務之急，為此，本文研究了一種大厚板高強鋼雙面雙弧焊新工藝，打底焊用雙面雙脈沖TIG焊，填充焊用雙面雙MAG焊，此工藝去除了清根工序，生產(chǎn)效率大大提高，在此基礎上，進一步研究了雙機器人自動化焊接技術，對

2、雙機器人協(xié)調(diào)和多層多道焊道排布及路徑規(guī)劃等關鍵技術進行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，對大厚板高強鋼雙面雙弧焊新工藝進行了深入的實驗研究。雙弧焊的溫度場、應力場和組織性能等方面研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的單弧焊相比，雙弧焊的溫度場呈雙峰結(jié)構(gòu)，前電弧對后焊道有預熱作用，而后電弧對前焊道有后熱作用，這種相互熱作用可降低焊縫冷卻速度，從而改善焊縫組織和減小淬硬傾向，同時降低了殘余應力，改善了沖擊韌性和提高了抗冷裂性能，力學性能實驗結(jié)果進一步證明了大

3、厚板高強鋼結(jié)構(gòu)采用雙面雙弧焊工藝是可行的。該新工藝簡化了工序，大大提高了生產(chǎn)效率和改善焊接質(zhì)量，適合于機器人自動化焊接。
　　為了進一步了解雙面雙弧焊新工藝的熱物理特性和優(yōu)化工藝，對雙面雙弧焊熱物理動態(tài)過程進行數(shù)值模擬研究。采用了計算機并行處理、多任務加載和串狀帶熱源模型等技術，解決了大厚板多層多道擺動焊接過程數(shù)值模擬的網(wǎng)格數(shù)多、工作步多、多熱源、擺動焊等問題，實現(xiàn)了雙面雙弧焊三維有限元模擬，計算結(jié)果表明，單雙弧焊殘余應力分布規(guī)律

4、大致相同，雙面雙弧焊的橫向應力比單弧小100MPa以上，縱向應力小50MPa以上，雙弧焊的殘余變形僅是單弧焊的1/4。另外，道間應力和變形演變規(guī)律表明，在多層多道焊中，打底焊道是最關鍵的。因此，本文進一步研究了預熱溫度對雙弧焊打底焊道的溫度場影響，結(jié)果表明，不預熱雙TIG焊的臨界拘束應力比預熱100℃單弧焊的高，說明雙弧焊可降低預熱溫度，甚至可能實現(xiàn)不預熱焊接。進一步分析了弧間距和焊接參數(shù)對雙弧焊的溫度場和應力變形場的影響規(guī)律，建立了弧

5、間距與角變形的關系模型，選擇適當?shù)幕￠g距和調(diào)整前后電弧功率可獲得較小的應力和變形。
　　其次，在上述工藝研究成熟的基礎之上，為使之焊接過程自動化、機器人化，進一步研究了雙機器人自動化焊接技術。采用OPC Server和Motocom32實現(xiàn)Kuka機器人和Motoman機器人間的通訊，提出了一種基于用戶坐標系的主從協(xié)調(diào)控制算法，實現(xiàn)雙機器人主從協(xié)調(diào)運動。并進一步設計了雙機器人分離協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)雙機器人的異步和同步焊接任務。

6、r>　　針對厚板多層多道擺動焊在線示教困難費時，開發(fā)出了基于圖形離線示教的多層多道擺動焊路徑規(guī)劃模塊。提出了一種自定義型多層多道焊路徑規(guī)劃數(shù)學模型，用戶可自行設計焊接層數(shù)、道數(shù)和焊接參數(shù)，系統(tǒng)可自動規(guī)劃出每道焊接路徑焊槍的位置、姿態(tài)和擺幅等參數(shù)，從而快速準確地獲得機器人多層多道焊離線示教程序，進而提高大厚板多層多道焊機器人編程效率。
　　最后，對雙機器人多層多道焊進行驗證性的實驗，采用分離協(xié)調(diào)控制模式，利用離線編程獲得雙機器人多層