弹性轨道式管道环焊缝焊接机器人设计与焊接工艺研究

摘要

脉冲型熔化极气体保护焊（简称P-GMAW）是目前最适用于管道全位置焊接的一种焊接工艺，但在焊接过程中它对管道行走机构的运动性能具有较高的要求。因此，本文设计了一种弹性轨道式管道环焊缝焊接机器人，在满足P-GMAW焊接工艺对圆周行走机构、焊枪轴向调整机构、焊枪摆动机构的速度、精度要求的情况下，展开平焊、立焊和仰焊位置脉冲参数对焊缝质量影响的研究，并结合现场实验以及对各焊接位置焊接接头金相组织的观察分析，研究了脉冲参数对焊接接头机械性能的影响。
　　首先，结合P-GMAW焊接工艺对管道行走机构运动性能的要求，设计了轨道爬行小车和弹性轨道，其关键技术包括：行走驱动模块、径向调整模块、横向调整模块、焊枪摆动模块和弹性轨道模块，着重对其结构特点、动作原理、设计特点进行了分析。接着，对焊接小车和焊接工艺电控系统进行了设计，具体内容为：对电机、驱动器和编码器的选型以及对焊接电流、电压检测电路等电路的设计。
　　然后，为了研究本设计的焊接机器人在全位置P-GMAW焊接中脉冲参数对焊缝质量的影响，将管道全位置焊接分为平焊、立焊和仰焊三个区间进行研究。结合前人的实验数据，分析了相同平均电流、平均电压下不同脉冲参数（峰值时间、峰值电流）对熔滴过渡方式的影响，初步建立了一脉一滴参数选取的经验公式，为现场管道全位置焊接参数的选取提供了依据。焊丝干伸长及其压降的分析，说明了在全位置焊接中，焊丝干伸长可保证熔滴过渡的连续性。
　　最后，通过现场对管道平焊、立焊和仰焊位置的焊接实验，初步验证了上述理想状态下本文建立的经验公式在实际工程应用中的可行性。并且通过对平焊、立焊和仰焊位置焊接接头样件的制取，金相组织的观察，结合金属工艺学分析了各焊接位置焊接接头的机械性能。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.2 管道全位置爬行机器人研究现状

1.3 GMAW研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 弹性轨道式管道外壁全位置焊接机器人设计

2.1 总体要求和技术指标

2.2 管道外壁全位置焊接机器人总体结构

2.3 管道外壁全位置焊接机器人机械结构设计

2.4 管道外壁全位置焊接小车电控系统设计

2.5 管道全位置焊接工艺电控系统设计

2.6 本章小结

第3章 P-GMAW全位置焊接熔滴连续过渡的研究

3.1 管道的空间分段

3.2 P-GMAW熔滴过渡行为

3.3 P-GMAW脉冲参数对熔滴过渡方式的影响

3.4 焊丝干伸长对维持熔滴连续过渡的仿真分析

3.5 本章小结

第4章 P-GMAW焊接工艺实验研究

4.1 P-GMAW焊接工艺总体结构

4.2 P-GMAW焊接工艺实验

4.3 P-GMAW各焊接位置焊接接头金相分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学位论文和取得的科研成果

致谢