[发明专利]一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法

权利要求书

1.一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于包括以下工序步骤：

（1）获取焊接坡口尺寸，包括坡口角度、管座壁厚和管座内外径的数据；

（2）将管座姿态设置为竖直向上建立直角坐标系，并在此坐标系下建立管座与集箱装配后的三维模型；

（3）沿管座周向且过管座中心轴线将整圈焊接坡口多等分，需确保各有一个等分截面处于两个肩部和两个腹部位置；

（4）根据焊缝尺寸和初始焊接参数，按特定的规则计算出肩部焊缝分层分道排布结果；所述的特定的规则指：

a） 根据初始给定的焊丝直径D，单位是mm；送丝速度vf，单位是m/min；焊接速度v，单位是m/min；参数计算在肩部角焊缝中单个焊道沿焊缝喉高方向的厚度；

b） 以焊缝喉高除以项目a）计算所得的肩部单个焊道厚度，并取整确定总的焊层数；

c） 从根部开始，第一层焊道数量为1，按等差数列从内到外逐层加1确定每层焊道数量；

d） 除第一层焊道外，其余各层截面按项目c）中确定的焊道数对各自截面进行等面积划分，同层之间的焊道分界线均平行于XY水平面；

（5）以步骤（4）中计算所得的肩部焊道划分的层数和每层对应道数按特定规则对其余等分截面进行分层分道；所述特定规则指：

a） 各自截面中的各层焊道沿喉高方向厚度相等；

b） 各自截面同一层焊道内的每个焊道截面积相等；

c） 各自截面处在筒身加工坡口范围内的同层焊道的分界线平行于XY水平面，其余各层的同层焊道的分界线均平行于该层第一道焊趾与上一层第一道焊趾的连线；

（6）按固定偏移量确定各等分截面中各焊道上焊丝端部的三维坐标；

（7）根据各等分截面上各焊道的截面积大小计算填充量，按照指定的焊接电流、电压大小，进而计算出该焊道在该截面位置时焊接速度大小；

（8）当设定好肩部时焊枪与XY水平面的夹角后，其余各等分截面需要在此基础上进行角度补偿计算；

（9）在一整圈焊道对应各等分截面的不同位置，对焊枪与焊接方向的夹角进行计算，使焊枪在立向上焊时将焊枪沿焊接方向后倾，在立向下焊时将焊枪沿焊接方向前倾；

（10） 按照步骤（2）所述的三维模型姿态固定好待焊工件，并适当点焊牢固；

（11） 根据步骤（1）～步骤（10）计算得出的焊接参数及焊枪姿态参数，采用工业机器人，按1/2等分数采用分段圆弧编制各段焊接程序，控制焊枪沿管座周向进行连续的多层多道焊接。

2.根据权利要求1所述一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于：所述步骤（3）所述的多等分数量为16、24、32或40，保证肩部位置和肩部位置处在等分截面处，等分数量至少为16，随着管座尺寸变大应适当增加等分数量。

3.根据权利要求1所述一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于：所述步骤（6）所述的固定偏移量指将焊丝端部的三维坐标以各焊道横截面图形的靠近管座中心一侧的下角顶点为基准，沿XY水平方向向远离管座中心的方向的偏移量，其范围为1～2mm。

4.根据权利要求1所述一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于：所述步骤（8）所述的角度补偿指两面角补偿，所述两面角为ψ，管座与筒身或筒身上已焊焊缝的交线上某一点的两面角是指过该点的管座与筒身或筒身上已焊焊缝的切平面的夹角，以肩部某一焊道的焊枪与XY水平面的夹角α为基准，在其余等分截面上对应焊道焊枪与XY水平面的夹角α′=α-（ψ-90°）。

5.根据权利要求1所述一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于：所述步骤（9）所述的夹角的补偿计算为：以从0°肩部向90°腹部过渡过程为例，焊枪为向焊接方向倾斜，即前倾，随着焊枪的前进，倾角在肩部位置为0°，随后逐渐增大，到45°等分截面时达到最大，随后逐渐减小，到达腹部位置时再次变为0°，从腹部向肩部过渡过程则反之，整个过程中倾角的变化随着焊枪沿周向运动的角度呈等比例变化，每一层中从第一道到最后一道，最大倾角逐渐减小，最大倾角为20～30°。

6.根据权利要求1所述一种变截面坡口集箱管座自动焊接方法，其特征在于：所述步骤（11）所述的工业机器人指面向工业领域的六轴机械手。