机器人变坡口角度焊接工艺研究

摘要

在实际焊接生产过程中,变坡口焊接主要是用于管子马鞍形焊接,马鞍形焊接存在的主要问题是焊缝坡口角度随空间位置的变化而不断变化,并导致焊后的变形复杂多变。在实际生产中一般采用手工CO2焊进行焊接,但手工焊接生产效率低、焊接质量差、生产环境差,并且焊接成型效果不佳,为改善上述情况,决定采用机器人实现马鞍形的自动化焊接,这就产生了机器人变坡口焊接的问题。
　　本文即针对实际焊接生产中出现的变坡口角度的焊接,提出的采用弧焊机器人进行变坡口角度焊接的方案,并对试验结果进行分析找出各个工艺参数对变坡口机器人焊接过程及成型的影响,对后续的马鞍形焊接起到指导作用。
　　根据试验要求对船用12mm厚Q235B钢板进行坡口加工,按坡口角度不同共分为八组。根据变坡口钢板的机器人焊接工艺要求,采用熔化极气体保护焊工艺,通过改变电流、电压、焊枪摆动方式以及焊接速度等参数,制定并优化机器人变坡口角度焊接的工艺参数。在保证焊缝成型美观的情况下,保持多层多道焊的层数一致,且最终焊缝余高基本相同。
　　试验过程发现机器人变坡口焊接对坡口角度和钝边的变化十分敏感,对坡口加工质量,板材的装配和打底焊工艺要求极高。对于坡口角度较小的钢板(40°到60°),装配时根部间隙要保证2mm,不能留有钝边。对于坡口角度较大的钢板(60°到90°),间隙不能太大,在1mm到1.5mm之间,需留有1mm钝边。
　　在填充焊时通过数学推导和试验验证得到在焊接速度基本不变,打底层厚度基本相同的情况下,焊接线能量需跟tanα/2(α为坡口角度)成正比才能获得良好的焊接效果。
　　在盖面过程中,对于坡口角度从40°到90°的变坡口焊接,电流一般采用180A到225A,其中对于常见的40°到70°的坡口一般采用210A的电流,焊速一般为0.1m/min。并且焊缝成形美观,根部平缓,基本不需要焊后打磨。
　　与原有手工焊接工艺相比,采用机器人焊接工艺时,不但焊缝成型美观,质量稳定,劳动生产率也得到了大大提高,同时具有极大的社会和经济效益。

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Contents

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 焊接机器人在船舶海洋工程上的应用和发展

1.3 我国焊接机器人在造船工业中的发展及应用

1.4 国内外变坡口角度机器人焊接现状

1.5 数值计算在焊接中的应用

1.6 本文的主要研究内容

第2章 变坡口角度机器人焊接的试验材料及设备

2.1 试验用焊材和母材的选择

2.2 母材预加工

2.3机器人试验设备

第3章 变坡口机器人焊接试验过程及数据

3.1试验材料及相关工艺的选择

3.2 打底焊试验过程及结果

3.3 第二层焊接的试验过程

3.4 第三层焊接的试验过程

3.5 盖面焊的试验过程

3.6 焊接接头应力的模拟

3.7 本章小结

第4章 试验结果分析

4.1 打底焊试验结果分析

4.2 填充焊道结果分析

4.3 盖面焊的试验分析

4.4 减少和消除焊接残余应力的工艺措施和方法

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢