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船舶大型结构件机器人焊接关键技术研究

作　者: 章正
导　师: 严铿
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 格子间结构机器人焊接焊接工艺多层多道焊
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 202次
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内容摘要

本文针对国内船厂船舶格子间结构生产过程中的生产效率低、焊接质量差、生产环境差的现状,以及人为因素影响大、生产工人劳动强度高、变形复杂等问题提出采用焊接机器人进行格子间的焊接。机器人焊接要求零件结构简单、装配精度高,生产规模为批量化生产,平位置焊位的焊接等,而船舶格子间结构结构复杂、装配精度低,单件生产,包含立角焊位。需要通过研究机器人的焊接工艺,通过模拟仿真等验证机器人焊接格子间结构的可行性。研究不带漆且无间隙的T型接头平角焊与立角焊的机器人焊接工艺,进而对带漆带间隙角焊缝焊接工艺进行研究,通过改变电流电压和焊枪摆动轨迹,气体流量等参数,根据焊接工艺要求优化制定了机器人平角焊、立角焊在焊件表面有漆且间隙不同情况下的工艺参数;在间隙较大情况下,通过采用立角焊多层多道技术,进一步完善了机器人焊接工艺。应用Kuka Sim Pro软件,建立工件、三维滑轨、机器人模型,开展机器人焊接工作站系统的仿真试验研究,以验证焊枪的可达性以及机器人工作站方案的可行性。采用基于Kuka Sim Pro的编程技术,将机器人运动学应用于仿真系统对焊接机器人的控制,得出机器人焊接的最佳路径。本文根据格子间结构的特点设计模拟件,采用机器人工作站对其进行焊接,通过机器人控制系统的位置传感技术,用机器人焊枪来寻找焊缝起始位置,降低了格子间结构在工作台上的放置要求;利用机器人控制的电弧跟踪技术,真正做到了在焊接过程中的实时反馈焊缝变化、实时修正焊枪位置,解决了格子间结构装配有误差,焊接过程有变形的问题。通过对格子间结构机器人示教,验证了机器人在格子间内部的可达性,根据船舶焊接工艺,制定了焊接顺序。完成了对格子间结构模拟件的焊接,验证了机器人工作站应用于格子间结构实际生产的可行性。采用机器人焊接工艺与原有手工焊接工艺相比,焊缝成型美观,焊接质量稳定,同时大大提高了劳动生产率,具有极大的社会和经济效益。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-11
第1章绪论  11-18
  1.1 焊接机器人在造船工业中的发展及应用  11-17
    1.1.1 国外焊接机器人在造船工业中的应用状况  11-15
    1.1.2 我国焊接机器人在造船工业中的发展及应用  15-17
      1.1.2.1 我国造船机器人的发展  15-16
      1.1.2.2 我国造船机器人的应用展望  16-17
  1.2 本课题研究内容  17-18
第2章格子间结构焊接机器人工作站的设计  18-32
  2.1 总体方案设计  18-19
  2.2 机器人选型  19-21
    2.2.1 机器人本体  19-20
    2.2.2 机器人控制柜  20-21
  2.3 焊接电源的选配  21-23
  2.4 焊枪及其清枪剪丝装置设计与选配  23-25
    2.4.1 焊枪的选择  23-24
    2.4.2 防碰撞传感器  24
    2.4.3 焊枪清理单元的选择  24-25
  2.5 送丝系统  25
  2.6 焊缝寻位与跟踪系统  25-28
    2.6.1 焊缝寻位系统  26-27
    2.6.2 焊缝跟踪系统  27-28
  2.7 电缆支架  28-29
    2.7.1 电缆线路的安装紧固间距  28
    2.7.2 电缆接地  28-29
  2.8 集气与供气系统  29-31
    2.8.1 预热器  29
    2.8.2 减压器和流量计  29-30
    2.8.3 气体配比器  30-31
  2.9 安全系统设计  31
  2.10 本章小结  31-32
第3章格子间结构机器人焊接工艺  32-52
  3.1 格子间结构装焊工艺  32-35
    3.1.1 船体分段的装配方法  32-34
      3.1.1.1 传统的装备工艺  32-33
      3.1.1.2 先进的装配工艺  33-34
    3.1.2 格子间结构分段的焊接方法  34
    3.1.3 焊缝构成  34-35
    3.1.4 焊接要求  35
  3.2 焊接方法与极性选择  35-36
  3.3 焊接材料的选择  36-37
    3.3.1 焊丝选择  36
    3.3.2 保护气体  36-37
  3.4 焊前准备  37
  3.5 焊接工艺  37-45
    3.5.1 焊接工艺参数分析  37-44
    3.5.2 焊枪姿态与焊接位置  44
    3.5.3 多层多道技术  44-45
  3.6 工艺参数优化  45-51
    3.6.1 平角焊焊接试验  46-47
    3.6.2 立角焊焊接试验  47-51
      3.6.2.1 立角焊单道焊接试验  47-50
      3.6.2.2 立角焊多层多道焊接试验  50-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章格子间结构焊接机器人工作站仿真  52-56
  4.1 Kuka Sim pro 软件  52-53
  4.2 机器人工作站仿真步骤  53-54
  4.3 仿真结果  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章模拟件的焊接  56-63
  5.1 概述  56
  5.2 模拟件的设计  56-57
  5.3 工作站的布局  57-58
  5.4 焊缝构成与焊接顺序  58-59
  5.5 焊接工艺流程  59-60
  5.6 焊接结果与分析  60-62
  5.7 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
详细摘要  68-72

船舶大型结构件机器人焊接关键技术研究

内容摘要

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