轨道式焊接机器人工作站在压力容器焊接中的设计

2016-01-09韩东,韩冰,郑卫刚

中国重型装备 2015年3期

韩东1韩冰2郑卫刚3

(1．武汉理工大学能动学院，湖北 430063； 2. 山西省长治市惠城热力有限公司, 山西 046000；

3. 武汉理工大学工程训练中心湖北430063)

摘要：针对压力容器的环焊缝焊接工艺特点及问题，设计了一种基于轨道式全位置智能焊接机器人的焊接工作站，将焊接机器人与压力容器焊件通过轨道实现位置关联，脱离了传统的焊枪与焊件分离的方式，减少了焊接过程中焊枪与焊点的相对位置因机械振动、制造工艺缺陷等问题而产生的位置变化量，提高了焊接位置的准确性。

关键词：压力容器；轨道式焊接机器人；焊接

中图分类号：U671.81文献标志码：A

收稿日期：2015—06—09

作者简介：韩东(1992—)，男，研究方向为热加工。

Design of Rail-bound Welding Manipulator Working Station

on Pressure Vessel Welding

Han Dong, Han Bing, Zheng Weigang

Abstract：Regarding to process features and issues of circular welding of pressure vessel, a new type welding station based on smart welding manipulator with rail-bound and all position has been designed. Position connection of welding manipulator and pressure vessel welding piece has been implemented by the rail so that conventional separation of welding gun and welding pieces could be broken away, which could reduce relative position variation amount of welding gun and welding points in welding because of mechanical vibration, manufacturing process defects and other issues and finally welding position accuracy has been increased.

Key words：pressure vessel; rail-bound welding manipulator; welding

目前，国内压力容器环焊缝的焊接主要采用传统的CO2半自动焊、手工埋弧焊，这两种焊接方法均存在劳动强度大、焊接质量不好、焊接效率不高等问题[1～2]。本文提出了轨道式全位置智能焊接机器人对压力容器环焊缝的焊接方法。将GDC-3型轨道式焊接机器人的运动轨道安装在焊件上，将轨道与压力容器环焊缝的距离控制在焊接机器人的工作范围内，从而对其进行焊接。

1压力容器的结构

试验时，对某压力容器横向环焊缝进行焊接，整个容器通过2条横向环焊缝将上、下封头与筒体连为整体，罐体外径为1 000 mm，长度为2 500 mm，钢板厚度为20 mm。压力容器主体结构如图1所示。焊接坡口如图2所示。

韩冰(1983—)，女，工程师，研究方向为压力容器设计制造。

郑卫刚(1967—)，男，技师，主要研究方向为机电技术。

图1　压力容器示意图

压力容器罐体钢板采用Q345R钢，材料化学成分如表1所示。

2GDC-3 型轨道式焊接机器人及工作站设计

2.1GDC-3型轨道式焊接机器人参数及控制原理

图2　焊接坡口

CSiMnPSAl≤0.2≤0.551.20～1.60≤0.025≤0.015≥0.02

表2　GDC-3 轨道式焊接机器人相关参数

图3　焊位识别系统

GDC-3型轨道焊接机器人相关参数如表2所示。

GDC-3 型轨道式焊接机器人主要用于管道和罐体结构件焊接，其导轨可为直导轨，也可以是圆导轨，配置了位置传感器，能自动识别焊机机头所在的焊缝位置，可沿轨道焊缝方向任意设定不同的焊接工艺区域参数，具有自带送丝机构及焊枪等特点，实现了焊枪与焊接电源的联动控制。优点有以下三个方面：(1)基于视觉传感的初始焊位与导引；(2)基于视觉传感的焊缝跟踪技术；(3)基于视觉传感的焊缝熔透实时控制。以上特性是通过GDC-3型焊接机器人的焊位识别系统及焊接控制系统实现的，如图3、图4所示。