大厚板高強(qiáng)鋼雙面雙弧焊新工藝及機(jī)器人自動化焊接技術(shù).pdf

1、在船舶、高壓容器和重型機(jī)械等領(lǐng)域廣泛使用大厚板高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)，目前，我國這種大厚板高強(qiáng)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(qiáng)度大。尋找新的高效焊接工藝方法，并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動化焊接是當(dāng)務(wù)之急，為此，本文研究了一種大厚板高強(qiáng)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(chǔ)上，進(jìn)一步研究了雙機(jī)器人自動化焊接技術(shù)，對

2、雙機(jī)器人協(xié)調(diào)和多層多道焊道排布及路徑規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，對大厚板高強(qiáng)鋼雙面雙弧焊新工藝進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)研究。雙弧焊的溫度場、應(yīng)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(yù)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(shí)降低了殘余應(yīng)力，改善了沖擊韌性和提高了抗冷裂性能，力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明了大

3、厚板高強(qiáng)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(jī)器人自動化焊接。
　　為了進(jìn)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(jìn)行數(shù)值模擬研究。采用了計(jì)算機(jī)并行處理、多任務(wù)加載和串狀帶熱源模型等技術(shù)，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(shí)現(xiàn)了雙面雙弧焊三維有限元模擬，計(jì)算結(jié)果表明，單雙弧焊殘余應(yīng)力分布規(guī)律

4、大致相同，雙面雙弧焊的橫向應(yīng)力比單弧小100MPa以上，縱向應(yīng)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(yīng)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(guān)鍵的。因此，本文進(jìn)一步研究了預(yù)熱溫度對雙弧焊打底焊道的溫度場影響，結(jié)果表明，不預(yù)熱雙TIG焊的臨界拘束應(yīng)力比預(yù)熱100℃單弧焊的高，說明雙弧焊可降低預(yù)熱溫度，甚至可能實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱焊接。進(jìn)一步分析了弧間距和焊接參數(shù)對雙弧焊的溫度場和應(yīng)力變形場的影響規(guī)律，建立了弧

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

6、r>　　針對厚板多層多道擺動焊在線示教困難費(fèi)時(shí)，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(xué)模型，用戶可自行設(shè)計(jì)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(zhǔn)確地獲得機(jī)器人多層多道焊離線示教程序，進(jìn)而提高大厚板多層多道焊機(jī)器人編程效率。
　　最后，對雙機(jī)器人多層多道焊進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，采用分離協(xié)調(diào)控制模式，利用離線編程獲得雙機(jī)器人多層