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文檔簡介
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
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