[发明专利]一种集箱大管座马鞍形轨迹自动化焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于集箱焊接技术领域，具体涉及一种集箱大管座马鞍形轨迹自动化焊接方法。

背景技术

集箱（又称联箱）是在汽、水系统中用于汇集或分配工质的圆筒形压力容器，通常包括构成集箱主体的母管以及焊接在母管上的接管。锅炉压力容器是一种常见的集箱，锅水由锅筒经下降管流入下面的箱体中，由箱体分配给各管束，这些管束中的水不断吸收热能，汇集到上面的箱体中再流回锅筒内。

在锅炉压力容器集箱的焊接中，时常会遇到的母管（管座）--接管垂直相交连接的情况，此时在接管与母管弧形壁面的相交处会形成一道由空间曲线--相贯线（又称马鞍形曲线）构成的焊口，这道焊口由于接管壁厚、体积大，焊口既深又长，通常需要连续多层多道填充才能完成；尤其是焊缝呈空间曲线，在焊接过程中焊枪须循空间轨迹行走并要求分段不断调整姿态，焊接难度非常大。一般工厂仍由手工焊完成这类焊接，制造周期长，劳动强度高，生产效率低且焊接质量难以保证。另外，常规的厚壁马鞍形焊接工件均采用等角度坡口，通过焊接电流或焊速的变化来适应坡口填充量的变化，但由于厚壁管焊口各位置熔敷比最大可达到或超过3:1，且沿着相贯线各个位置熔敷比值呈非线性变化，加之实际加工、装配的公差，通过电流的改变是不可实现自动化连续焊接的。

目前的机器人焊接技术，可以在示教状态下对焊口进行焊接，或者可以通过离线编程作出连续的多圈焊接动作，但对于厚壁管形成的几十道甚至上百道的焊道，机器人根本无从知道具体的焊接位姿，因此目前国内外都没有一套能应用于厚壁管马鞍口连续多层多道焊的机器人装备。为此需要建立一套合适的焊接工艺，该工艺能利用机器人自动焊接的动作特点，采用合适的焊接参数、坡口设计以及多层多道的排布方法，实现厚壁管马鞍口的连续焊接。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能大大提高焊接质量、焊接效率且适应范围广的集箱大管座马鞍形轨迹自动化焊接方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种集箱大管座马鞍形轨迹自动化焊接方法，包括以下工序：

（1）获取工件参数，包括母管和与其相连的接管的外径、厚度；

（2）设定焊道截面参数以及母管与接管之间的装配间隙G；

（3）坡口加工：根据焊道截面参数和装配间隙G按照等截面坡口角度设计原则，确定接管与母管相贯线不同位置处的坡口角度，根据不同的坡口角度，对所述接管的接头处进行切削加工，以符合焊接装配要求；

（4）将步骤（1）中的工件参数、步骤（2）中的焊道截面参数和装配间隙G、步骤（3）中的坡口角度以及拟采用的焊接工艺的相关工艺参数输入数控焊接系统，计算出采用多层多道焊时焊枪末端的位姿数据；

（5）在步骤（4）所述的焊接工艺条件下，由数控焊接系统根据步骤（4）得到位姿数据控制焊枪在坡口区域进行连续分层焊接。

进一步，步骤（3）中，坡口加工包括以下步骤：

a）确定接管与母管相贯线的肩部的最小V形坡口角度；

b）根据焊道截面参数和装配间隙G确定肩部坡口截面积，以该肩部坡口截面积作为标准截面积，确定接管与母管的相贯线的不同位置处接管的坡口角度；

c）根据不同位置处的坡口角度的大小，对接管的连接处进行切削加工。

进一步，所述焊道截面参数包括焊道截面在接管上的宽度a以及焊道截面在母管上的宽度b；其中，b为接管厚度的2.5倍。

进一步，步骤（4）中，数控焊接系统按照以下方法计算焊枪末端的位姿数据：

将整个焊道截面按三角形计算，其中第一层焊道截面按三角形计算，后续各层最上一道焊道截面为不等边梯形、自上而下其他各道焊道截面按若干等边菱形计算，由焊接工艺的相关工艺参数计算得到单个焊道的截面积，由此得到焊道总数，而后按照等差数列求和的方式计算得到焊道层数，并将每个菱形或梯形的左下角点位置作为焊枪焊接时焊丝尖端的坐标，从而得到与第一层焊道平行的不同层道上的焊接轨迹；每层焊道上最上一道焊道的焊枪角度为坡口角度的二分之一，自上而下第二道焊道的焊枪角度为（50-γ）度，γ是依据经验值设定的常量，其余各道焊道的焊枪角度为50度，最终得到焊枪末端的位姿数据。

进一步，数控焊接系统采用焊接机器人系统。

进一步，焊接工艺为直流反接条件下的MAG焊，相关工艺参数为：焊丝直径1.2mm，焊接电流280-300A，焊接电压29-31V,焊接速度500mm/min。

再进一步，MAG焊保护气成分为Ar：CO₂，气体流量22-25L/min。