机器人智能焊接技术

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1、机器人智能焊接技术振华重工焊接研究所盛凯振华重工焊接研究所焊接机器人焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。国际标准组织（ISO）对工业机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。焊接机器人及变位机械焊接机器人初始焊缝寻位焊缝自动跟踪多层多道焊道编排离线编程与仿真国外研究现状日本造船工业、汽车制造业、金属结构制造业及重型机械制造业，在1993-1998年完成了焊接CIMS改造，他们采用焊接机器人及自动化辅助设备，建成了数百条焊接自动化生产线和自

2、动化焊接工段，能够实现大型构件及重型机械的自动装配和焊接。机器人焊接设备国外研究现状针对大结构件，多焊缝同时焊接时的多机器人系统，在日本船舶行业广泛应用，如图是多焊接机器人焊接结构简图，图(a)为多机器人倒挂龙门式，图(b)为多机器人折梯伸降式。（a）倒挂龙门式（b）折梯升降式多焊接机器人焊接结构简图国内研究现状与之相比，我国自动化焊接应用水平较低，手工劳动量大，质量也不稳定。美国和西欧40%以上实现半自动化焊接，33%采用机器人焊接，15%采用机械化焊接。我国几乎完全手工焊接；舰船船体焊接，国外自动化焊接率达50%以上，而我国仅为5%-10%，差距

3、较大。国内部分船厂虽然引进平面分段自动化焊接生产线，个别船厂还引进了管路自动化焊接生产线，但自动化程度较低或配套装备不够完善，生产效率还有待提高。案例一机械配套公司滑轮异种钢机器人焊接振华重工焊接研究所研究背景滑轮作为起重机械的重要构件，所采用的传统焊接制造工艺为半自动药芯焊丝CO2气体保护焊。由于是异种金属连接，焊前需要预热，焊后需要保温，而且需要控制层间温度，增大焊接工人的劳动强度。同时，由于焊丝为药芯，每完成一道焊缝需要清理焊渣，降低了工作效率。双腹板滑轮实物及采用的半自动化焊接设备研究内容为实现滑轮机器人焊接，需要进行异种金属焊接工艺、机器人

4、多层多道焊、实芯焊丝气体保护焊等多方面技术研究，进而进行焊接工艺评定试验，编制出符合生产标准的焊接工艺规程，方案总体流程图如下图所示。异种金属焊接工艺机器人多层多道焊实芯焊丝气体保护焊焊接工艺评定试验焊接工艺流程编制一.异种金属连接滑轮结构采用的是低合金高强钢（常用为35CrMo）和普通碳素钢（常用为A709-50-2）。35CrMo钢的碳当量值Ceq=0.72%。这种材料的焊接性不良，焊接时其淬硬倾向较大，热影响区热裂和冷裂倾向都会较大。而A709-50-2钢含碳量较低，焊接性良好。表135CrMo化学成分CSiMnSPCrNiCuMo0.32～0

5、.17～0.40～≤0.035≤0.0350.80～≤0.30≤0.300.15～0.400.370.701.100.25表2A709-50-2化学成分CSiMnSPCrNiVMo0.12～0.20～0.95～≤0.035≤0.0350.40～0.30～0.03～0.20～0.210.351.300.650.700.080.301.焊材选择根据AWSD1.1的规定，参照异种金属连接焊材低强匹配的原则选用ER70S-6，直径为1.2mm，化学成分如表3所示。表3焊丝化学成分CSiMnCrNiCuMoVSP0.070.901.430.020.030.10

6、0.0020.0030.0150.0142.温度控制35CrMo钢含碳量及合金元素量都很高，热裂倾向严重。因此，需要控制预热温度以及层间温度，以降低金属的应变速率，从而降低热裂的可能性。因此，焊前将工件预热至180℃，层间温度控制在180～300℃之间。为了防止在滑轮焊接后冷裂纹的产生，焊后进行保温处理，保温温度为300～400℃，保温时间为1～2h。二.机器人多层多道焊在滑轮实际生产过程中，焊接接头标准形式如下图所示，其中根部间隙δ为3mm。由于根部间隙较小，所需焊丝填充量少，熔化的焊丝（液态金属流）将未起弧的位置填充，从而导致打底焊产生焊缝金属与

7、母材未熔合的缺陷。311Tδ=3mm2原焊接接头形式本项目对焊接接头形式进行改变，将根部间隙放大至6mm，如下图所示，通过编辑机器人程序，采用锯齿形摆动焊丝的方式进行焊接，锯齿形的摆动方式使得焊接电弧在焊道两侧有足够的停留时间，从而确保了焊丝与侧壁以及与衬垫板之间的电弧燃烧，实现了打底焊道焊缝与母材之间的完全熔合。311Tδ=6mm2改进后焊接接头形式三.机器人GMAW焊接参数本项目通过大量工艺试验获取了最佳的焊接参数，可以得到相对稳定的喷射过渡，在保证焊接效率的基础上将焊缝飞溅控制到最小。最佳焊接规范为：电流值I=250～270A，电压值U=29～

8、31V，干伸长L=20～22mm，焊接速度v=220～300mm/min。焊缝成形图应用情况滑轮焊接制造由传