水輪機(jī)座環(huán)焊接方法及其裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種水輪機(jī)座環(huán)焊接方法及其裝置，首先生成焊接軌跡：根據(jù)各部件的尺寸、裝配和位置關(guān)系建立水輪機(jī)座環(huán)的三維模型，在固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板的相貫線(xiàn)上每隔50~100mm取特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并將所有控制點(diǎn)擬合得到連續(xù)的單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡；在水輪機(jī)座環(huán)的三維模型上，將單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡整體平移，并進(jìn)行局部修正，連續(xù)生成整個(gè)水輪機(jī)座環(huán)的焊接軌跡；裝配水輪機(jī)座環(huán)；焊前預(yù)熱；采用機(jī)器人焊槍進(jìn)行自動(dòng)焊接。本發(fā)明機(jī)器人焊接過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定，顯著改進(jìn)了座環(huán)組焊的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，焊接效率提高至手工焊的3~4倍；降低了焊接操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)生的焊縫成形規(guī)則、美觀，探傷合格率高于同類(lèi)型手工焊縫。
【專(zhuān)利說(shuō)明】水輪機(jī)座環(huán)焊接方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水輪發(fā)電機(jī)座環(huán)的生產(chǎn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是一種水輪機(jī)座環(huán)的機(jī)器人自動(dòng)焊方法及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]座環(huán)是水輪發(fā)電機(jī)中的重要埋設(shè)部件，將承受機(jī)組重量、混凝土重量及轉(zhuǎn)輪的軸向水推力和蝸殼的內(nèi)水壓力，應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，因此對(duì)制造過(guò)程提出了極高的要求。座環(huán)主要由上環(huán)板、下環(huán)板和一定數(shù)量的固定導(dǎo)葉組焊而成，每一個(gè)固定導(dǎo)葉和上下環(huán)板之間通過(guò)焊接連接。座環(huán)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，焊接難度大，焊縫質(zhì)量等級(jí)高，對(duì)焊接技術(shù)提出了很高的要求。
[0003]從目前已公開(kāi)和發(fā)表的技術(shù)資料來(lái)看，目前座環(huán)焊接過(guò)程中普遍采用手工氣體保護(hù)焊和手工焊條電弧焊方法。在陳志強(qiáng)等人發(fā)表于《機(jī)電工程技術(shù)》2009年第11期的文章‘大型水輪機(jī)座環(huán)的焊接制造研究’，以及聞洵等人發(fā)表于《金屬加工》2010年第12期的‘大型水電座環(huán)制作的工藝改進(jìn)’等文獻(xiàn)中，均指出了座環(huán)手工焊過(guò)程的一些困難。對(duì)于座環(huán)結(jié)構(gòu)，焊接過(guò)程的主要難點(diǎn)在于以下幾個(gè)方面:
(1)上、下環(huán)板與固定導(dǎo)葉裝配后形成半封閉的盒裝結(jié)構(gòu)，固定導(dǎo)葉和上下環(huán)板之間的焊縫進(jìn)行焊接時(shí)，操作空間小，焊接難度大；
(2)焊接預(yù)熱溫度高。座環(huán)焊接時(shí)至少應(yīng)保證100°C以上的預(yù)熱溫度，通常達(dá)到130°C以上。在狹小的半封閉空間內(nèi)，高溫極大影響操作者的安全和焊接水平；
(3)座環(huán)零部件均為厚板，焊接填充量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。
[0004]由于座環(huán)焊接操作空間小、溫度高、工作量大的特點(diǎn)，采用手工焊接的方法一方面工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；另一方面不利于焊接操作者的勞動(dòng)安全保護(hù)，亦無(wú)法保證穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。
[0005]聞洵等人發(fā)表于《金屬加工》2010年第12期的‘大型水電座環(huán)制作的工藝改進(jìn)’的文獻(xiàn)中，提出了采用埋弧焊方法改進(jìn)工藝的方法。但是，該方案中埋弧焊的過(guò)程僅用于上環(huán)板、下環(huán)板單個(gè)部件的拼焊，不適用于座環(huán)結(jié)構(gòu)裝配后固定導(dǎo)葉和上下環(huán)板之間的連接焊縫，所以并未解決上述的座環(huán)組焊困難。在上、下環(huán)板與固定導(dǎo)葉之間大量焊縫的實(shí)施過(guò)程中，文獻(xiàn)中仍采用了手工焊的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:提供一種水輪機(jī)座環(huán)焊接方法及其裝置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)水輪機(jī)座環(huán)的高效自動(dòng)焊接。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
水輪機(jī)座環(huán)焊接方法，是采用機(jī)器人焊槍將固定導(dǎo)葉焊接在水輪機(jī)座環(huán)的上環(huán)板和下環(huán)板之間，所述焊接方法的具體步驟為:
(O生成焊接軌跡:根據(jù)各部件的尺寸、裝配和位置關(guān)系建立水輪機(jī)座環(huán)的三維模型，在固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板的相貫線(xiàn)上每隔5(Tl00mm取特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并將所有控制點(diǎn)擬合得到連續(xù)的單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡；在水輪機(jī)座環(huán)的三維模型上，將單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡整體平移，并進(jìn)行局部修正，連續(xù)生成整個(gè)水輪機(jī)座環(huán)的焊接軌跡；
(2)裝配水輪機(jī)座環(huán):將上環(huán)板、下環(huán)板和固定導(dǎo)葉按照設(shè)計(jì)尺寸要求裝配，保證裝配精度；
(3)焊前預(yù)熱:對(duì)被焊工件的底層焊道進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)座環(huán)部件的材料和板厚確定，為 80-150°C ；
(4)采用機(jī)器人焊槍進(jìn)行自動(dòng)焊接:預(yù)熱后工件位置保持不變，調(diào)整機(jī)器人焊槍、使其焊絲端部對(duì)準(zhǔn)固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板接合部位的焊接坡口，按照步驟(I)中設(shè)定的焊接軌跡進(jìn)行焊接。
[0008]所述步驟(4)中，先焊接固定導(dǎo)葉一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫，機(jī)器人焊槍由內(nèi)圓側(cè)向外圓側(cè)進(jìn)行退步焊；當(dāng)焊接坡口內(nèi)焊料的填充量的厚度達(dá)到焊接坡口的1/2時(shí)，調(diào)整機(jī)器人焊槍、焊接固定導(dǎo)葉另一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫。
[0009]水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，包括機(jī)器人焊槍、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置、控制系統(tǒng)、焊接電源和焊接送絲機(jī)構(gòu)，所述運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置包括弧形導(dǎo)軌和十字滑架變位機(jī)，弧形導(dǎo)軌與水輪機(jī)座環(huán)同心設(shè)置，十字滑架變位機(jī)包括配套的立柱和橫梁，立柱底部與弧形導(dǎo)軌配合安裝、并沿弧形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人焊槍設(shè)置在橫梁的一端；控制系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)有機(jī)器人焊槍的預(yù)設(shè)焊接軌跡，并向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置和機(jī)器人焊槍發(fā)送控制信號(hào)，使按預(yù)設(shè)焊接軌跡動(dòng)作。
[0010]所述弧形導(dǎo)軌設(shè)置在水輪機(jī)座環(huán)的外側(cè)或內(nèi)側(cè)。
[0011]所述機(jī)器人焊槍端部設(shè)置有防碰撞傳感器，與控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信。
[0012]所述焊接電源為數(shù)字化脈沖焊接電源，通過(guò)電纜連接焊接送絲機(jī)構(gòu)和機(jī)器人焊槍。
[0013]所述機(jī)器人焊槍包括機(jī)器人本體和焊槍?zhuān)瑱C(jī)器人本體的操作臂握持焊槍。
[0014]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
本發(fā)明針對(duì)水輪機(jī)座環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接難點(diǎn)，規(guī)劃了適合于座環(huán)結(jié)構(gòu)的弧形機(jī)器人外部行走平臺(tái)，配置了適用于座環(huán)半開(kāi)放空間的加長(zhǎng)機(jī)器人焊槍和防碰撞傳感器，改善了焊接機(jī)器人在座環(huán)不同導(dǎo)葉間焊縫的空間可達(dá)性，解決了普通機(jī)器人焊槍在座環(huán)內(nèi)部焊縫焊接時(shí)遇到的焊接姿態(tài)受限問(wèn)題，降低了機(jī)器人在座環(huán)焊接中發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，本方案利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和座環(huán)三維CAD模型實(shí)現(xiàn)機(jī)器人焊接軌跡規(guī)劃，制定了適合于機(jī)器人自動(dòng)焊過(guò)程的座環(huán)裝配、預(yù)熱、焊接工藝措施，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人對(duì)水輪機(jī)座環(huán)的高效自動(dòng)焊接。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案與目前座環(huán)焊接中應(yīng)用的手工焊方法相比，機(jī)器人焊接過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定，顯著改進(jìn)了座環(huán)組焊的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，焊接效率提高至手工焊的3?4倍。而且由于機(jī)器人操作臂代替焊接操作者進(jìn)入半開(kāi)放高溫空間進(jìn)行焊接，明顯降低了焊接操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明產(chǎn)生的焊縫成形規(guī)則、美觀，探傷合格率高于同類(lèi)型手工焊縫。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。[0017]圖1為本發(fā)明水輪機(jī)座環(huán)機(jī)器人自動(dòng)焊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為水輪機(jī)座環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖，反映座環(huán)各部件之間的裝配關(guān)系。
[0019]圖3為水輪機(jī)座環(huán)與機(jī)器人外部行走平臺(tái)之間的平面圖，反映座環(huán)與機(jī)器人工作平臺(tái)的位置關(guān)系。
[0020]圖4為水輪機(jī)座環(huán)機(jī)器人自動(dòng)焊接的一種工藝布局。
[0021]圖5為水輪機(jī)座環(huán)機(jī)器人自動(dòng)焊接的另一種工藝布局。
[0022]圖中標(biāo)記:1一控制系統(tǒng)；2—焊接送絲機(jī)構(gòu)；3—焊接電源；4一機(jī)器人本體；5-防碰撞傳感器；6—焊槍?zhuān)?—十字滑架變位機(jī)；8—弧形導(dǎo)軌；9一水輪機(jī)座環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1?5所示，本發(fā)明是一種水輪機(jī)座環(huán)焊接方法，采用機(jī)器人焊槍將固定導(dǎo)葉焊接在水輪機(jī)座環(huán)9的上環(huán)板和下環(huán)板之間，本焊接方法的具體步驟為:
(O生成焊接軌跡:根據(jù)各部件的尺寸、裝配和位置關(guān)系建立水輪機(jī)座環(huán)9的三維模型，在固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板的相貫線(xiàn)上每隔5(Tl00mm取特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并將所有控制點(diǎn)擬合得到連續(xù)的單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡；在水輪機(jī)座環(huán)9的三維模型上，將單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡整體平移，并進(jìn)行局部修正，連續(xù)生成整個(gè)水輪機(jī)座環(huán)9的焊接軌跡。
[0024]具體的:利用三維CAD軟件的實(shí)體建模功能，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I中對(duì)機(jī)器人焊接的軌跡進(jìn)行規(guī)劃。根據(jù)座環(huán)模型中焊接坡口形狀和尺寸參數(shù)，生成焊縫軌跡。以水輪機(jī)座環(huán)9中固定導(dǎo)葉與上下環(huán)板的相貫線(xiàn)為第一條焊接軌跡線(xiàn)的參考，在相貫線(xiàn)上每隔5(Tl00mm進(jìn)行分段并生成控制點(diǎn)。通過(guò)確定三維模型中一系列空間控制點(diǎn)，然后通過(guò)直線(xiàn)或圓弧等近似擬合方式得到連續(xù)的焊槍6行走軌跡。在第一條焊接軌跡線(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)整體軌跡平移和局部軌跡修正的方式，連續(xù)生成整個(gè)導(dǎo)葉坡口焊縫的機(jī)器人焊接軌跡。
[0025](2)裝配水輪機(jī)座環(huán)9:將上環(huán)板、下環(huán)板和固定導(dǎo)葉按照設(shè)計(jì)尺寸要求裝配，保證裝配精度。因?yàn)椋瑱C(jī)器人的自動(dòng)焊接依賴(lài)焊槍6與工件之間的相對(duì)軌跡位置關(guān)系，而運(yùn)動(dòng)軌跡是根據(jù)三維實(shí)體建模而來(lái)的，因此工件裝配應(yīng)滿(mǎn)足圖紙和本工藝文件要求，保證劃線(xiàn)精度、裝配精度和工件擺放精度。
[0026](3)焊前預(yù)熱:對(duì)被焊工件的底層焊道進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)9部件的材料和板厚確定，為80-150°C。具體的:本發(fā)明是利用遠(yuǎn)紅外電加熱裝置或者火焰對(duì)被焊工件的底層焊道進(jìn)行預(yù)熱。
[0027](4)采用機(jī)器人焊槍進(jìn)行自動(dòng)焊接:預(yù)熱后工件位置保持不變，調(diào)整機(jī)器人焊槍、使其焊絲端部對(duì)準(zhǔn)固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板接合部位的焊接坡口，按照步驟(I)中設(shè)定的焊接軌跡進(jìn)行焊接。本發(fā)明中，機(jī)器人焊槍采用退步焊的方法進(jìn)行焊接。具體的:
先焊接固定導(dǎo)葉一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫，機(jī)器人焊槍由內(nèi)圓側(cè)向外圓側(cè)進(jìn)行退步焊；當(dāng)焊接坡口內(nèi)焊料的填充量的厚度達(dá)到焊接坡口的1/2時(shí)，調(diào)整機(jī)器人焊槍、焊接固定導(dǎo)葉另一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫。
[0028]更進(jìn)一步說(shuō)明:預(yù)熱后工件位置保持不變，調(diào)整機(jī)器人外部移動(dòng)平臺(tái)的位置和機(jī)器人本體4的姿態(tài)，使機(jī)器人焊槍的焊絲端部對(duì)準(zhǔn)焊接坡口，并且焊槍6的姿態(tài)與焊接軌跡規(guī)劃時(shí)保持一致。執(zhí)行步驟(I)中規(guī)劃的機(jī)器人自動(dòng)焊軌跡，實(shí)現(xiàn)快速高效焊接。
[0029]對(duì)固定導(dǎo)葉正面?zhèn)扰c上下環(huán)板之間的焊縫，在水輪機(jī)座環(huán)9外圍進(jìn)行機(jī)器人焊接，由內(nèi)圓側(cè)向外圓側(cè)進(jìn)行退步焊。對(duì)固定導(dǎo)葉背面?zhèn)扰c上下環(huán)板之間的焊縫，在水輪機(jī)座環(huán)9內(nèi)圍進(jìn)行機(jī)器人焊接，由外圓側(cè)向內(nèi)圓側(cè)進(jìn)行退步焊。當(dāng)固定導(dǎo)葉一側(cè)坡口的焊接填充量達(dá)到坡口約1/2厚度后，調(diào)整焊接機(jī)器人的焊接位置，對(duì)另一側(cè)坡口進(jìn)行焊接。通過(guò)坡口兩側(cè)焊縫的交替焊接對(duì)水輪機(jī)座環(huán)9組焊的焊接變形進(jìn)行控制。
[0030]單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊縫完成后，通過(guò)機(jī)器人外部行走平臺(tái)移動(dòng)焊槍6至下一個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接坡口，按照預(yù)先規(guī)劃的機(jī)器人焊接軌跡和焊接順序進(jìn)行快速高效焊接，直至水輪機(jī)座環(huán)9上所有焊縫全部完成。
[0031]本發(fā)明按照水輪機(jī)座環(huán)9的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝流程設(shè)計(jì)機(jī)器人自動(dòng)焊工作站，設(shè)計(jì)了 一種水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置。該水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置包括機(jī)器人焊槍、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置、控制系統(tǒng)1、焊接電源3和焊接送絲機(jī)構(gòu)2。
[0032]運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置包括弧形導(dǎo)軌8和十字滑架變位機(jī)7，弧形導(dǎo)軌8與水輪機(jī)座環(huán)9同心設(shè)置，十字滑架變位機(jī)7包括配套的立柱和橫梁，立柱底部與弧形導(dǎo)軌8配合安裝、并沿弧形導(dǎo)軌8運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人焊槍設(shè)置在橫梁的一端?；⌒螌?dǎo)軌8可以設(shè)置在水輪機(jī)座環(huán)9的外側(cè)，也可以設(shè)置在水輪機(jī)座環(huán)9的內(nèi)側(cè)。
[0033]具體的:根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)9整體呈環(huán)狀、體積較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在水輪機(jī)座環(huán)9外圍建立機(jī)器人外部行走平臺(tái)(即運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置)，由一個(gè)十字滑架變位機(jī)7和地面弧形導(dǎo)軌8組成。十字滑架變位機(jī)7垂直安裝于地面弧形導(dǎo)軌8之上。通過(guò)十字滑架變位機(jī)7實(shí)現(xiàn)水平和高度方向的位置調(diào)節(jié)，通過(guò)弧形導(dǎo)軌8實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)座環(huán)9圓周方向的位置調(diào)節(jié)。機(jī)器人本體4安裝在十字滑架變位機(jī)7的橫梁上，其操作端夾持一把特制的焊槍6。
[0034]通常水輪機(jī)座環(huán)9體積和重量都比較大，通過(guò)十字滑架變位機(jī)7實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)座環(huán)9的整體變位比較困難。水輪機(jī)座環(huán)9的機(jī)器人自動(dòng)焊接過(guò)程中，焊槍6在不同焊縫之間的移動(dòng)通過(guò)機(jī)器人外部行走平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。外部行走平臺(tái)中弧形導(dǎo)軌8的半徑范圍為1.5-8m,大于水輪機(jī)座環(huán)9外圓半徑；十字滑架變位機(jī)7的垂直行程范圍為l-8m，大于水輪機(jī)座環(huán)9的最大高度；十字滑架變位機(jī)7的水平行程范圍為l-10m，使機(jī)器人焊接工作站的工作范圍覆蓋水輪機(jī)座環(huán)9尺寸。
[0035]水輪機(jī)座環(huán)9組焊過(guò)程的大部分焊縫位于上、下環(huán)板和固定導(dǎo)葉之間，焊道大部分處于半開(kāi)放的盒裝空間內(nèi)部。采用普通焊槍焊接時(shí)，機(jī)器人的操作臂需要跟隨焊槍進(jìn)入狹小空間，設(shè)備與工件碰撞幾率增大，機(jī)器人動(dòng)作和焊接姿態(tài)受限。機(jī)器人自動(dòng)焊接的焊槍6采用特制的機(jī)器人焊槍6，將焊槍6長(zhǎng)度延長(zhǎng)至250mm-1000mm。
[0036]控制系統(tǒng)I內(nèi)部存儲(chǔ)有機(jī)器人焊槍的預(yù)設(shè)焊接軌跡，并向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置和機(jī)器人焊槍發(fā)送控制信號(hào)，使按預(yù)設(shè)焊接軌跡動(dòng)作。焊接電源3為數(shù)字化脈沖焊接電源3，通過(guò)電纜與焊接送絲機(jī)構(gòu)2和焊槍6之間實(shí)現(xiàn)連接。機(jī)器人本體4、外部行走平臺(tái)、焊接電源3、焊槍防碰撞傳感器5通過(guò)各自的線(xiàn)纜與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I連接。
[0037]機(jī)器人焊槍端部設(shè)置有防碰撞傳感器5,與控制系統(tǒng)I實(shí)時(shí)通信。防碰撞傳感器5配置于機(jī)器人本體4和焊槍6之間。在水輪機(jī)座環(huán)9半開(kāi)放空間內(nèi)進(jìn)行焊接，當(dāng)操作意外情況發(fā)生時(shí)，焊槍6存在與水輪機(jī)座環(huán)9碰撞和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。防碰撞傳感器5能夠?yàn)榕鲎蔡峁┮欢ň彌_，并與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I實(shí)時(shí)通訊，在發(fā)生意外碰撞時(shí)停機(jī)，保護(hù)機(jī)器人焊接工作。
[0038]實(shí)施例1: 從圖1可知，本發(fā)明按照水輪機(jī)座環(huán)9的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接工藝流程設(shè)計(jì)機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)，主要由機(jī)器人本體4、機(jī)器人外部行走平臺(tái)7、8、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1、焊接電源3、焊接送絲機(jī)構(gòu)2、機(jī)器人焊槍6、防碰撞傳感器5等幾部分組成。
[0039]根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)9整體呈環(huán)狀、體積較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在水輪機(jī)座環(huán)9外圍建立機(jī)器人外部行走平臺(tái)，由一個(gè)十字滑架變位機(jī)7和弧形導(dǎo)軌8組成。十字滑架變位機(jī)7垂直安裝于弧形導(dǎo)軌8之上，通過(guò)十字滑架變位機(jī)7實(shí)現(xiàn)水平和高度方向的位置調(diào)節(jié)，通過(guò)弧形導(dǎo)軌8實(shí)現(xiàn)圓周方向的位置調(diào)節(jié)。機(jī)器人本體4安裝在十字滑架變位機(jī)架7的橫梁上，其操作端夾持一把特制的機(jī)器人焊槍6。焊接電源為數(shù)字化脈沖焊接電源3，通過(guò)電纜與焊接送絲機(jī)構(gòu)2和焊槍6之間實(shí)現(xiàn)連接。機(jī)器人本體4、外部行走平臺(tái)7、8、焊接電源3、焊槍防碰撞傳感器5通過(guò)各自的線(xiàn)纜與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I連接。
[0040]為了適應(yīng)水輪機(jī)座環(huán)9的結(jié)構(gòu)尺寸，外部行走平臺(tái)中弧形導(dǎo)軌8的半徑范圍為
1.5m-8m,大于水輪機(jī)座環(huán)9外圓半徑；十字滑架變位機(jī)7的垂直行程范圍為lm_8m，大于水輪機(jī)座環(huán)9的最大高度，十字滑架變位機(jī)的水平行程范圍為l-10m，使機(jī)器人焊接工作站的工作范圍覆蓋水輪機(jī)座環(huán)9。
[0041]機(jī)器人焊槍6為特制焊槍?zhuān)浜笜岄L(zhǎng)度延長(zhǎng)至250mm-1000mm，在半開(kāi)放的座環(huán)焊接空間中可達(dá)性好，降低了機(jī)器人在焊接中發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0042]水輪機(jī)座環(huán)9主要由上環(huán)板、下環(huán)板和一定數(shù)量的固定導(dǎo)葉組焊而成，體積和重量比較大。為了減小運(yùn)輸體積，在實(shí)際制造過(guò)程中通常采用分瓣式結(jié)構(gòu)，分兩瓣制造，如附圖2所示。
[0043]水輪機(jī)座環(huán)9的焊接工位與機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)的擺放相對(duì)位置關(guān)系如圖3所示。水輪機(jī)座環(huán)9擺放于機(jī)器人弧形導(dǎo)軌8的內(nèi)側(cè)。十字滑架變位機(jī)7帶動(dòng)焊接機(jī)器人部分4、5、6，在弧形導(dǎo)軌8上往復(fù)圓周運(yùn)動(dòng)，焊槍6能夠到達(dá)水輪機(jī)座環(huán)9中不同導(dǎo)葉上的焊縫。
[0044]根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)9各部件的尺寸、裝配、位置關(guān)系，利用三維CAD軟件的實(shí)體建模功能，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I中對(duì)機(jī)器人焊接的軌跡進(jìn)行規(guī)劃。每道焊縫軌跡的生成是通過(guò)確定三維模型中一系列空間點(diǎn)，然后通過(guò)直線(xiàn)或圓弧等近似擬合方式得到連續(xù)的焊槍行走軌跡。
[0045]將水輪機(jī)座環(huán)9的上環(huán)板、下環(huán)板和固定導(dǎo)葉等組件按照設(shè)計(jì)尺寸要求進(jìn)行裝配。機(jī)器人的自動(dòng)焊接依賴(lài)焊槍6與工件9之間的相對(duì)軌跡位置關(guān)系，而運(yùn)動(dòng)軌跡是根據(jù)三維實(shí)體建模而來(lái)的，因此工件裝配應(yīng)盡可能滿(mǎn)足圖紙和本工藝文件要求，盡量提高劃線(xiàn)精度、裝配精度和工件擺放精度。
[0046]利用遠(yuǎn)紅外電加熱裝置或者火焰對(duì)被焊工件的底層焊道進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)水輪機(jī)座環(huán)9部件的材料和板厚確定，達(dá)到80_150°C。
[0047]預(yù)熱后水輪機(jī)座環(huán)9位置保持不變。在水輪機(jī)座環(huán)9的外圍調(diào)整機(jī)器人外部移動(dòng)平臺(tái)7、8的位置和機(jī)器人本體4的姿態(tài)，如圖4所示。機(jī)器人焊槍6的焊絲端部對(duì)準(zhǔn)焊接坡口，并且焊槍6的姿態(tài)與焊接軌跡規(guī)劃時(shí)保持一致，執(zhí)行機(jī)器人自動(dòng)焊軌跡，實(shí)現(xiàn)快速高效焊接。
[0048]水輪機(jī)座環(huán)9的固定導(dǎo)葉與上環(huán)板、下環(huán)板之間的坡口為雙面坡口。按照正面坡口 1/3厚度一背面坡口 2/3厚度一正面坡口焊接填充滿(mǎn)一背面坡口焊接填充滿(mǎn)的順序進(jìn)行交替焊接，對(duì)水輪機(jī)座環(huán)9組焊的焊接變形進(jìn)行控制。當(dāng)正面坡口的焊接填充量達(dá)到該側(cè)坡口深度的1/3后，通過(guò)機(jī)器人外部行走平臺(tái)8、9調(diào)整機(jī)器人焊接位置至固定導(dǎo)葉背面，對(duì)背面坡口進(jìn)行焊接，至該側(cè)坡口深度的2/3。其余焊接順序下的機(jī)器人焊接位置調(diào)整和焊接軌跡執(zhí)行以此類(lèi)推。
[0049]機(jī)器人自動(dòng)焊接過(guò)程的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于手工焊接過(guò)程，焊接工藝參數(shù)選擇范圍較大。焊接電流為80-350A，焊接電壓為15-35V，焊接速度為150-500mm/min，焊接保護(hù)氣流量為 6_25L/min0
[0050]單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊縫完成后，通過(guò)機(jī)器人外部行走平臺(tái)7、8移動(dòng)焊槍至下一個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接坡口，按照預(yù)先規(guī)劃的機(jī)器人焊接軌跡和焊接順序進(jìn)行快速高效焊接，直至水輪機(jī)座環(huán)9上所有固定導(dǎo)葉的焊縫全部完成。
[0051]與手工焊方法相比，機(jī)器人自動(dòng)焊接過(guò)程連續(xù)、穩(wěn)定，顯著改進(jìn)了座環(huán)組焊的焊接質(zhì)量穩(wěn)定性，焊接效率提高至3?4倍。而且由于機(jī)器人操作臂代替焊接操作者進(jìn)入半開(kāi)放高溫空間進(jìn)行焊接，明顯降低了焊接操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0052]實(shí)施例2:
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處是機(jī)器人自動(dòng)焊接系統(tǒng)采用了另一種工藝布局，如圖5所示。調(diào)整機(jī)器人外部移動(dòng)平臺(tái)7、8的位置和機(jī)器人本體4的姿態(tài)，在水輪機(jī)座環(huán)9的內(nèi)圓一側(cè)執(zhí)行機(jī)器人自動(dòng)焊接過(guò)程。對(duì)于水輪機(jī)座環(huán)9的某些焊縫，從內(nèi)側(cè)執(zhí)行焊接具有更好的焊槍可達(dá)性和焊接可操作性，比如水輪機(jī)座環(huán)9的固定導(dǎo)葉的背面焊縫。
【權(quán)利要求】
1.水輪機(jī)座環(huán)焊接方法，是采用機(jī)器人焊槍將固定導(dǎo)葉焊接在水輪機(jī)座環(huán)的上環(huán)板和下環(huán)板之間，其特征在于:所述焊接方法的具體步驟為: (1)生成焊接軌跡:根據(jù)各部件的尺寸、裝配和位置關(guān)系建立水輪機(jī)座環(huán)的三維模型，在固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板的相貫線(xiàn)上每隔5(Tl00mm取特征點(diǎn)作為控制點(diǎn)，并將所有控制點(diǎn)擬合得到連續(xù)的單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡；在水輪機(jī)座環(huán)的三維模型上，將單個(gè)固定導(dǎo)葉的焊接軌跡整體平移，并進(jìn)行局部修正，連續(xù)生成整個(gè)水輪機(jī)座環(huán)的焊接軌跡； (2)裝配水輪機(jī)座環(huán):將上環(huán)板、下環(huán)板和固定導(dǎo)葉按照設(shè)計(jì)尺寸要求裝配，保證裝配精度； (3)焊前預(yù)熱:對(duì)被焊工件的底層焊道進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度根據(jù)座環(huán)部件的材料和板厚確定，為 80-150°C ； (4)采用機(jī)器人焊槍進(jìn)行自動(dòng)焊接:預(yù)熱后工件位置保持不變，調(diào)整機(jī)器人焊槍、使其焊絲端部對(duì)準(zhǔn)固定導(dǎo)葉與上、下環(huán)板接合部位的焊接坡口，按照步驟(I)中設(shè)定的焊接軌跡進(jìn)行焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水輪機(jī)座環(huán)焊接方法，其特征在于:所述步驟(4)中，先焊接固定導(dǎo)葉一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫，機(jī)器人焊槍由內(nèi)圓側(cè)向外圓側(cè)進(jìn)行退步焊；當(dāng)焊接坡口內(nèi)焊料的填充量的厚度達(dá)到焊接坡口的1/2時(shí)，調(diào)整機(jī)器人焊槍、焊接固定導(dǎo)葉另一側(cè)與上環(huán)板或下環(huán)板的焊縫。
3.水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，包括機(jī)器人焊槍、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置、控制系統(tǒng)、焊接電源和焊接送絲機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置包括弧形導(dǎo)軌和十字滑架變位機(jī)，弧形導(dǎo)軌與水輪機(jī)座環(huán)同心設(shè)置，十字滑架變位機(jī)包括配套的立柱和橫梁，立柱底部與弧形導(dǎo)軌配合安裝、并沿弧形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人焊槍設(shè)置在橫梁的一端；控制系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)有機(jī)器人焊槍的預(yù)設(shè)焊接軌跡，并向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向裝置和機(jī)器人焊槍發(fā)送控制信號(hào)，使按預(yù)設(shè)焊接軌跡動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，其特征在于:所述弧形導(dǎo)軌設(shè)置在水輪機(jī)座環(huán)的外側(cè)或內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，其特征在于:所述機(jī)器人焊槍端部設(shè)置有防碰撞傳感器，與控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，其特征在于:所述焊接電源為數(shù)字化脈沖焊接電源，通過(guò)電纜連接焊接送絲機(jī)構(gòu)和機(jī)器人焊槍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述水輪機(jī)座環(huán)焊接裝置，其特征在于:所述機(jī)器人焊槍包括機(jī)器人本體和焊槍?zhuān)瑱C(jī)器人本體的操作臂握持焊槍。
【文檔編號(hào)】B23K9/235GK103464870SQ201310402043
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】馮濤, 王平, 鐘磊, 范陽(yáng)陽(yáng), 梁城, 林松, 嚴(yán)靖, 鄭光明 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司