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中厚板V形坡口多层多道焊机器人焊接技术研究

0 前言

中厚板结构件在船舶制造、汽车加工以及高压容器等领域中得到了广泛的应用,由于其结构大、坡口宽等特点,对其进行焊接加工时具有一定的困难[1]。对于中厚板结构件的焊接,主要有两种方式:一种是多层多道焊;另一种是摆动填充焊[2]。由于多层多道焊接方式具有热输入量小,有效减小变形以及降低产生缺陷概率等优点,在中厚板结构件焊接中得到了广泛的应用[3-5]。随着焊接机器人技术的快速发展,焊接机器人已经逐步取代了传统的人工焊接,成为了焊接生产的主力军。在提高中厚板结构件多层多道焊的焊接效率,保证焊接质量的稳定性等方面具有突出的优势[6-7]。但由于焊接机器人目前的智能化水平还不太高,对于中厚板结构件的焊接一般是采用在线示教的方法,即每次对一条焊道进行焊接之前,都需要进行人工示教。由于示教过程需要操作者不断的对机器人进行操控,因此对于那些板厚较大、坡口较宽的结构件来说,对其进行焊接加工时,往往需要焊接多层,而且每一层都需要焊接多道,也就意味着需要花费大量的时间去示教,无疑会大大降低焊接效率。同时在示教过程中由于多次示教所造成的误差,也会对焊接质量产生重要的影响[8-9]

针对上述问题,为提高焊接机器人的自动化程度,必须从减少机器人示教次数或者利用图像采集设备来自动获取焊接路径等方面入手[10-11]。由于图像采集设备一般较为昂贵,自动识别焊道及机器人自主规划路径技术应用还不太广泛[12-13]。因此文中主要从减少机器人示教次数入手,来探究机器人多层多道焊自动化焊接工艺。以中厚板V形坡口焊接为例,利用机器人程序中的偏移指令以及对多层多道焊的焊接顺序进行规划,设计了一种机器人多层多道焊自动化焊接方法。利用机器人离线编程软件RobotStudio对焊接路径进行了仿真试验,并利用实际的焊接设备进行了实际的焊接试验,来观察焊接效果及焊缝成形情况,以此来验证方法的可行性。

1 自动化焊接原理及方法

1.1 待焊工件结构

以V形坡口板为例,对机器人多层多道焊自动化焊接技术进行探究。待焊工件选用的是长150 mm、宽65 mm、厚15 mm的单边V形坡口普通低碳钢板,两板对接所构成的V形坡口角度为90°,其结构示意图如图1所示。

图1 待焊工件示意图

1.2 焊接顺序及路径规划

为了准确确定焊接机器人的行走路径,需要事先对焊接顺序进行规划。V形坡口实际填充焊缝焊道截面示意图如图2所示,由常规的多层多道焊的焊接工艺可知焊接板厚为15 mm的板通常需要焊接5层。其中第一层为起始焊道。第二层包含2条焊道,第三层包含3条焊道,第四层包含4条焊道,第五层包含5条焊道,共计15条焊道。

图2 实际焊道截面示意图

为了便于分析焊接顺序及机器人路径规划,对V形坡口焊缝填充焊道截面进行简化。将第一层焊道简化成三角形,将其余四层简化成矩形和直角梯形,简化后的V形坡口焊缝填充焊道截面示意图如图3所示。

图3 简化后的焊道截面示意图

图中序号1, 2, 3,…表示第几条焊道数。在进行焊接时焊层顺序按照第一层→第二层→第三层→第四层→第五层的顺序依次进行焊接,焊道按照1→2→3→…→15的顺序依次进行焊接。

在对每一条焊道进行焊接时,机器人的焊接路径如图4所示,即机器人从每一条焊道的起始点开始起弧焊接,一直到达该条焊道末端点,然后在该点收弧,完成该条焊道的焊接任务。机器人空走回下一条焊道的起始点位置,等待进行下一条焊道的焊接,依次循环,直至完成整个V形坡口的填充焊接。

图4 机器人行走路径

1.3 机器人编程及偏移量计算

1.2节所述可知,采用机器人单个示教方法进行焊接时,由于需要对每层每一条焊道的焊接起始点和焊接末端点进行分别示教,那么15条焊道最少需要示教30次,这无疑会大大降低焊接效率。在每次示教时由于肉眼观察所造成的误差也是不可避免的,同样对焊接质量产生影响。因此为了减少示教次数,笔者在用焊接机器人进行多层多道焊的焊接时,采用了机器人自带的偏移指令:offs指令。该指令可以对机器人位置进行赋值和更新,可以通过示教第一条焊道的起始点和末端点位置,然后利用offs指令来对其他焊道起始点和末端点位置信息进行赋值,这样会大大减少示教次数,提高焊接效率。offs指令具体使用格式为:

如何使用工具对非常规油气藏水平井减摩降扭……………………………………………………………………陈 帅(2.21)

Pn=offs(Pm,x,y,z)

其含义为:Pn,Pm分别表示两个目标点的位置信息, xyz分别表示Pn点相对于Pm点在xyz方向上的偏移量。如果对Pm点的位置信息进行示教,通过上述指令便可知道Pn点的位置信息,通过此种方式便可以有效减少示教次数。

由于多层多道焊接中涉及焊道数目较多,为了准确确定相邻焊道之间的位置偏移量,通过图5来进行详细分析。图5中焊道的序号与图3一致,未标出。以V形坡口底部靠近1号焊道起始点位置为原点o,水平向右为y方向,竖直方向为z方向,同时垂直于y轴和z轴并指向纸面外的方向为x方向,建立坐标系o-xyzP10,P20,P30,…分别表示1号焊道、2号焊道、3号焊道、…的焊接起始点。图中AB表示1号焊道与2号焊道的分割线,CD为2号焊道与3号焊道的分割线,E,F分别为线段CD、线段AB的中点。图中H为板厚,h代表每层的焊缝填充高度,采用等高型焊道截面规划方式,即每层的焊缝填充高度是一样的,总层数为n时,每层的焊缝高度为:

1933年12月14日、22日,全总苏区中央执行局委员长刘少奇先后给梁广、郭光洲(时任全总苏区中央执行局青工部代部长)及朱荣生、王子刚写信,就他们写给全总执行局的报告、来信反映的工作情况和思想认识,进行批评指导。这两封信后来以《反对扩大红军突击运动中的机会主义的动摇》为题,发表在中共中央机关刊物《斗争》第41期(1934年1月5日出刊)。

(1)

图5 偏移量计算示意图

则当板厚H为15 mm,层数n为5时,所对应的每一层的焊缝高度h=3 mm。点P10、点P20、点P30…分别位于每条焊道的中心位置。由于坡口角度为90°,则△ABO、△CDO、△BFO以及△DEO为等腰直角三角形。根据数学关系以及焊缝高度h可以求出点P20相对于点P10在(xy,z)方向上分别偏移(0,-3,3);点P30相对于点P20在(xy,z)方向上分别偏移(0,6,0);点P40相对于点P30在(xy,z)方向上分别偏移(0,3,3),点P50相对于点P40在(xy,z)方向上分别偏移(0,-6,0),其他依次类推。因此在进行V形坡口的多层多道焊时,只需要对1号焊道的焊接起始目标点P10以及末端目标点P11进行示教,然后通过offs指令,便可得到2号焊道焊接起始目标点P20以及末端目标点P21,其中P11,P21并未在图中标出,它分别表示1号焊道、2号焊道与P10P20所对应的焊接末端点。所编写的机器人部分程序如下:

PROC main()

3.吃素 最新科学研究证明,植物性食品如蔬菜、水果、谷物、豆类等,含有丰富的维生素、矿物质、微量元素、膳食纤维和氨基酸、不饱和脂肪酸等,经常吃这些植物性食品,可以减少心脑血管疾病发病率,防止大肠癌及其病变。科学家认为,目前人类食物日趋精细,导致心脑血管疾病、恶性肿瘤的发病率大幅度提高,究其原因,主要与人们经常过量食用动物肉类,特别是那些“三高食品”有关,因此,经常适当食素有益于健康长寿。

MoveJ P00, V100, Z0, tool01;

ArcLstart P10, V100, seam1,weld1,Z0, tool01;

ArcLend P11, V100, seam1,weld1,Z0, tool01;

WaitTime 180;

P20:= Offs(P10,0,-3,3);

P21:= Offs(P11,0,-3,3);

教师用两个情境进行的“小步子”教学,让学生抽象出呈正比例的两个量的变化特征,看似降低难度,实际上,学生每次看到的都是一种变化。没有比较,没有归类,学生难以从众多的变化中抽象出“呈正比例的两个量”的变化特征。而且课堂上,教师留给学生探究、思考的空间很小,不利于学生数学思维的培养。

世界各国对于税收优惠的主要三种方式有:税率式优惠、税基式优惠、税额式优惠,以上三种税收优惠政策不仅在影响范围有大小之分,影响深远度也有远近之分。由于发达国家税收优惠政策更加丰富,因此小微企业可选择的税收优惠政策更加多元化,同时也可以选择多种税收优惠政策将其自由组合,增加了小微企业对于税收优惠的自主选择性,对于促进小微企业快速发展十分有利。我国税收优惠政策以税率式优惠与税额式优惠作为重点,尚没有针对融资等方面的税收优惠政策,相较于发达国家的税收优惠政策则略显单一,对于小微企业税收优惠起到的作用不大,很难进一步提高小微企业的自主创新及其核心竞争力,难以维持这些企业的持续发展。

ArcLstart P20, V100, seam1,weld1, Z0, tool01;

ArcLend P21, V100, seam1,weld1,Z0, tool01;

公共选修课内容设置应符合促进大学生自主全面发展和培养高素质的复合型人才的目标,但由于受到现实条件的制约,医学院校与一流的综合型大学相比,在课程设置、课程定位以及课程质量方面出现这样或那样的问题。

WaitTime 180;

P30:= Offs(P20,0,6,0);

P31:= Offs(P21,0,6,0);

疾控机构档案信息化管理的制度在“十三五”计划期间是需要进一步完善的,因为在上个五年计划中,我国的档案管理制度缺乏有效地监督和评价,这种不系统和不完善的管理体制对于疾控机构档案信息化管理的长远发展是比较不利的。所以在新的“十三五”计划期间,我国需要对管理制度的完善工作引起足够的重视。

ArcLstart P30, V100, seam1,weld1, Z0, tool01;

ArcLend P31, V100, seam1,weld1, Z0, tool01;

……

MoveJ P00, V100, Z0, tool01;

对于商品来说,除了实物的供需强弱,货币的宽松程度也直接决定商品价格的高低。从历史数据来看,长期的油价和美元指数呈现较强的负相关关系(见图6),主要有以下两种解释:1)美元是使用最广的货币,而原油通常用美元计价,当美联储释放美元流动性时,市场风险偏好上升,油价、股票等风险资产的价格中枢抬升,同时美元相对其他货币走弱,美元指数下跌;2)美国与主要经济体的宏观周期分化,美国经济相对走强,美元指数上涨,美联储加息加重新兴市场债务危机,原油需求的增量减少,油价下跌。

ENDPROC

曹立强表示,普陀区全力推动桃浦地块实现脱胎换骨式的转型升级,着力推进桃浦智创城4.2 km2核心区建设,努力打造中心城区转型升级的示范区、上海科创中心重要承载区之一。

其中ArcLstart和ArcLend是焊接指令关键字,分别表示起弧和收弧;seam1用来定义起弧和收弧时的焊接参数;P00为所设置的安全点P31P11,P21类似,是P30所对应的末端点;V100用来定义机器人运动的速度为100 mm/s;weld1用来定义焊缝的焊接参数,通常有焊接速度、焊接电压、送丝速度等;Z0表示机器人的转弯半径;tool01表示当前的活动工具;WaitTime为设置的等待时间,后面的数值单位为s。对1号焊道焊接起始点P10以及末端点P11示教后执行焊接程序,当完成第一道焊缝的焊接时通过位置偏移指令对下一条焊缝的两个目标点位置信息进行了赋值,并执行焊接命令完成第2条焊道的焊接任务,依次类推,直至完成整个V形坡口的焊接。因此只需对安全点P00,1号焊道焊接起始点P10以及末端点P11这三个点进行示教,通过执行上述程序即可完成整个V形坡口的填充焊接。

2 试验验证

2.1 仿真试验

为了验证所提出方法的正确性以及减少实际的焊接试验次数,首先利用ABB公司配套的机器人离线编程软件RobotStudio对机器人行走路径进行了仿真。仿真选用的设备和实际的焊接系统一致,机器人为ABB公司的1410型六轴工业机器人,工作台及待焊V形坡口板均按照实际的尺寸进行了三维建模。将各个模型导入到RobotStudio中以便于仿真工作站的搭建,搭建好的仿真工作站如图6所示。

3.意外小伤害的处理措施:如果皮肤出现淤青、红肿,应在24小时内冰敷,24小时后热敷;有些伤口要及时清创,并赶往就近医院,根据情况确定是否需要预防破伤风等;还要特别注意避免让宝宝烧伤、烫伤、跌倒、溺水、误服药物或接触有毒的化学品。(来源:科普中国)

图6 仿真工作站

对机器人运行路径进行了仿真,得到的路径如图7所示,其运行路径和预想中的完全一致。

图7 机器人行走路径

2.2 实际焊接试验

利用实际的机器人焊接系统对所提出的V形坡口多层多道焊自动化焊接方法进行试验验证,其试验系统如图8所示。其中机器人为ABB的1410型机器人,电焊机采用的是福尼斯的CMT 4000R型焊机。

图8 焊接试验系统

在机器人进行焊接之前,采用传统的多点标定法对所选用工具坐标系以及工件坐标系进行了标定。然后按照1.3节所述方法对机器人进行了编程,并将安全点和第一条焊道的焊接起始点和末端点进行了在线示教。最后焊接得到的V形坡口焊缝成形如图9所示。

图9 焊接后工件

从图中可以看出,焊接后得到的V形坡口焊缝成形良好,验证了所提出方法的正确性。

3 结论

(1)针对中厚板V形坡口多层多道焊机器人填充焊接工艺进行了研究,为解决采用在线示教方法所存在的示教次数过多,严重影响焊接效率的问题。通过对焊接顺序进行规划并结合机器人程序中的位置偏移指令,设计了一种新的机器人多层多道焊自动化焊接方法。该方法只需要对第一条焊道的焊接起始点和末端点进行示教,其他焊道的位置信息通过偏移指令进行赋值,大大减少了示教次数,有效缩短了焊接时间。

(2)利用RobotStudio软件对所提出的焊接方法进行了路径仿真,并利用实际的机器人焊接系统对其进行了试验验证。焊接后所得到的V形坡口填充焊缝成形效果良好,验证了所提出方法的正确性。

参考文献

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