磁脉冲点焊焊枪的设计及仿真分析

目的根据现有平板线圈的不足,设计了一种用于自动化作业的磁脉冲点焊焊枪。方法采用有限元模拟方法对比分析了磁脉冲点焊焊枪线圈和现有平板线圈的性能差异,并对磁脉冲点焊焊枪线圈的结构进行了优化。结果当线圈工作部分高10 mm、宽4 mm时,焊枪线圈和平板线圈的最大电流密度、最大磁感应强度、最大洛伦兹力分别为3.142×10^(10)A/m^(2)和3.639×10^(10)A/m^(2)、19.40 T和21.69 T、5.149×10^(11)N和1.626×10^(12)N。当线圈工作部分宽4 mm时,随着高度由10 mm降低至4 mm,焊枪线圈的最大电流密度和最大洛伦兹力分别提升了27.56%和57.64%。当驱动能力接近时,焊枪线圈所产生的位移仅为平板线圈的13.09%。当焊枪线圈工作部分截面为10 mm×10 mm的方形时,飞板凸台在20μs时的速度仅为200 m/s;而当截面为ϕ5.6 mm的圆形时,飞板凸台在19.2μs时便产生237 m/s的速度。结论在工作部分的高度和宽度相同的情况下,焊枪线圈的性能要弱于现有平板线圈的性能。在宽度不变的条件下降低焊枪线圈工作部分的高度可以增大飞板的电流密度、洛伦兹力和速度,并且在性能相近的情况下,焊枪线圈工作部分所受应力要小于现有平板线圈所受应力。另外,将磁脉冲点焊焊枪线圈工作部分的截面由方形替换为相同面积的圆形,可以获得更优的焊接条件。

基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定

针对目前基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人焊接研究中,焊缝路点的焊枪空间姿态确定方法针对性强、局限性高等问题,提出了一种基于焊缝路点局部点云的焊枪空间姿态确定方法.首先描述了焊枪的空间姿态参数模型,然后通过考虑传感器的前置安装距离确定kd-tree的最小搜索半径,获取焊缝路点处的局部点云,并逐步确定该路点处焊枪的偏摆平面与倾斜平面,从而确定焊枪在该焊缝路点处与工件的无碰空间姿态.结果表明,该方法适应性强、有效性好.由于点云表面质量的原因,姿态确定结果与真实姿态存在一定波动,后续经过平滑处理可以满足机器人焊接需求,有望提升基于三维视觉传感面向几何与位置信息不确定工件的机器人自主焊接作业水平.

内孔氩弧焊机用H62型黄铜焊枪钎焊修复研究

H62型黄铜焊枪是机械式内孔氩弧焊机的机头核心部件,是实现燃煤电站锅炉集箱密排型短管接头自动封底焊接的关键,其备件具有成本高、采购周期长的特点。本文重点介绍了H62型黄铜焊枪铜制焊枪开裂后钎焊修复研究过程,解决了设备零配件采购空档期的应急生产需要难题,为公司如期兑现产品合同提供了必要而可靠的技术支撑。

大径中厚壁管道坡口对MAG焊操作的影响

多层多道焊是核电大直径厚壁管道常用的焊接工艺,坡口形式作为影响焊道层数和道数的直接因素,不仅决定了生产成本和效率,还进一步影响着焊接过程中焊缝排道及焊枪的可操作性。采用TIG打底、MAG进行填充、盖面,分别对20°、15°和9°的U形坡口进行了试验,分析了不同坡口形式下的电弧稳定性、焊缝排道和焊枪可操作性。结果表明:坡口尺寸对电弧稳定性影响较小;15°的U形坡口既可以使电弧对坡口两侧壁进行相对充分的加热和填充,又可以保证较小的填充量,打底焊可操作性好、焊接效率高。

标准地铁铝合金MIG自动焊气孔缺陷研究

针对采用MIG自动焊焊接标准地铁铝合金车顶型材时,易出现较多气孔缺陷的问题进行了分析探讨。通过采用控制变量的方法,保持焊接电流、电弧电压、焊接速度一致,分别改变保护气体流量的大小和焊枪的摆动情况,对焊缝进行成形、焊接性分析,并进行渗透检测,观察研究气孔缺陷的情况。研究发现:当控制焊接电流、电弧电压、焊接速度一定,保护气体流量<22L/min时,焊缝成形不良,同时有较多气孔产生;当保护气体流量在25~28L/min时,焊缝成形均较好,并且肉眼可见气孔明显减少,渗透检测后发现,气孔缺陷基本消失;当保护气体流量过大时,熔池保护效果下降,电弧温度高,有损伤母材的风险。控制焊接电流、电弧电压、焊接速度和保护气体流量一定,使焊枪摆动,焊枪摆动产生的气孔明显比焊枪不摆动产生的气孔少。

铝合金T型HV焊缝焊接工艺研究

针对铝合金T型HV焊缝易出现未熔合、未焊透、过度渗透等焊接缺陷,该文通过对T型HV焊缝坡口内的电弧行为分析可知,最小电压原理与电弧稳定燃烧特性共同作用的结果使得电弧沿T型HV焊缝直边坡口侧攀升,导致焊缝根部或焊道与直边坡口侧壁之间产生未熔合、夹渣等焊接缺陷;焊枪角度和坡口形状是2个重要的外界诱导因素。批次生产表明,优化坡口设计结构和熟练的焊工操作技能极大减少了焊接缺陷的产生,保证产品质量。

Prediction of Weld Bead Geometry in Plasma Arc Welding using Factorial Design Approach

The effect of various process parameters like welding current, torch height, welding speed and plasma gas flow rate on front melting width, back melting width and weld reinforcement of plasma arc welding on aluminum alloy is investigated by using factorial design approach. Variable polarity plasma arc welding is used for welding aluminum alloy. Trail experiments are conducted and the limits of the input process parameters are decided. Two levels and four input process parameters are chosen and experiments are conducted as per typical design matrix considering full factorial design. Total sixteen experiments are conducted and output responses are measured. The coefficients are calculated by using regression analysis and the mathematical models are constructed. By using the mathematical models the main and interaction effect of various process parameters on weld quality is studied.

核电厂水下TIG焊炬设计及焊接工艺研究

针对核电厂水下定位销的更换及安装,为了得到高质高效的自动化焊接方法,通过自行设计的局部干法水下TIG焊枪在水中对控氮不锈钢管板结构进行焊接。首先对局部干法水下TIG焊炬进行结构设计,并采用ANSYS进行焊炬的流体仿真模拟,优化进气口位置、进气方式等并验证其排水效果,研究了焊接工艺参数对水下TIG焊缝成形的影响规律,并对水下TIG焊接焊缝的力学性能进行了测试。结果表明,经过优化,此焊炬在水下焊接时通气3 s后便可得到稳定的局部干燥空间,避免了水环境对焊接过程的干扰。使用此焊枪可以在水下得到均匀连续的焊缝,且焊缝横截面参数随焊接工艺参数变化的规律与陆上焊接相同,但是熔深和熔宽均比陆上焊接的小;同时发现水下焊缝的熔深、熔宽的变化可能是由于水下冷却速度快和低温环境对电弧的热压缩交替作用引起的;焊缝的力学性能与焊接电流成正比,与焊接速度成反比。水下TIG焊接焊缝的力学性能与陆上焊接得到的焊缝相当,甚至略高。

核用小直径传热管自动化衬管焊接系统的研制

目的针对核用小直径传热管长期服役于高温高压环境时易产生表面腐蚀缺陷等问题,研制一套自动化衬管焊接系统,以高效修复腐蚀传热管,并验证该焊接系统的可行性。方法采用以STM32F405RGT6微处理器为控制核心、植入FreeRTOS实时操作系统的方式设计了一款焊接控制系统;以微型TIG焊枪为执行机构、数字化焊接电源为功率输出设备,研制了一套自动化衬管焊接系统;最后以304不锈钢管为试样进行了衬管脉冲焊接试验。结果焊接试验过程稳定,无断弧现象,得到的焊缝衬管完全焊透,基管适度熔透,焊缝成形良好。可通过调整基值电流、峰值电流、脉冲频率和占空比等参数调控焊接热输入,获得优质的焊缝。结论研制的微型焊枪可适应传热管内部的狭小焊接工况;焊接电源能够满足焊接过程中的能量需求,提高了焊接过程的动态响应能力;焊接控制系统在硬件和软件层面上实现了焊枪和焊接电源的宏观调度,能够对焊接波形进行精细化调控。所研制的衬管焊接系统各项性能优秀,满足压水堆核用蒸汽发生器水箱内不锈钢传热管内衬管焊接高质量修复的需求。

双钨极钨针空间相对位置与焊枪姿态对焊道成型的影响

对双钨极焊枪钨针的三种空间相对位置及对焊道成型的影响进行了系统分析。以堆焊为例,串列式钨针和斜列式钨针更适合进行工程化应用,可以获得优质的焊道。通过对双钨极焊枪倾角、钨针端部间距对焊道成型的影响试验研究,提出了倾斜双钨极焊枪的方案,利用电弧挺度原理,将电弧温度最高区域直接作用于焊缝根部,解决了双钨极堆焊过程中,焊缝根部易产生未熔合缺陷的问题,根据研究,焊枪最佳倾斜角度为20°~30°,双钨极间距采用1~3 mm之间。此条件下,可以获得良好的焊缝成型。

基于机器视觉的机器人焊枪精确运动研究

针对焊接机器人焊枪在工作过程中由于人工手眼操作运动精度存在偏差的问题,提出了一种基于机器视觉的机器人焊枪空间定位及运动的方法。利用图像处理技术,识别焊枪空间坐标,控制焊枪进行精确运动,提高了自动化效率。实验表明,该方法的运动定位精度稳定在0.4mm以内,精度较高,适用于机器人焊枪在标定和运动过程中的识别以及精确运动控制。

双线激光传感焊枪定位与焊缝走向识别

为实现焊接机器人焊枪定位与焊缝走向识别,提高焊缝跟踪精度,提出了一种交叉式双条纹激光传感方式,建立了该传感方式下双条纹激光间距与焊枪高度关系的理论模型.按图像行上灰度值和的一阶导数提取感兴趣区域(region of interest,ROI)、最大类间方差阈值分割及Canny边界提取等处理后,获得了上下激光条纹中心间距离及坡口中心值,由理论模型计算得焊枪高度,上下坡口中心值获得焊缝精确偏差与焊缝轨迹走向.结果表明,建立的理论模型正确,该方法可快速实现焊枪准确定位,识别焊缝轨迹走向,减小导前误差,提高偏差识别精度和焊接机器人智能化程度.

K-TIG焊接电弧特性的数值分析

以K-TIG焊枪为研究对象,根据磁流体动力学理论建立了电弧的三维有限元数学模型,利用FLUENT软件对K-TIG焊枪内部保护气体和焊接电弧进行了数值模拟,获得大电流焊接时的温度分布、电势分布、电弧压力及等离子体速度场分布。模拟结果可以用于指导K-TIG大电流焊枪设计、焊接过程控制及焊缝质量评价等。

管道插接焊缝位置及焊枪位姿建模

管道插接相贯线焊缝是典型的、复杂的空间焊缝。针对弧焊机器人工作的特殊要求,在不失一般性的基础上,建立了焊缝位置及焊枪位姿的数学模型,以坐标系的形式定量描述了焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确描述焊枪姿态的参数:工作角、行走角和自转角,并给出了计算方法。通过对相贯线焊缝特征的分析,发现相贯线上任意点的切线始终与过该点的两个圆柱切平面的交线重合,在此基础上提出了一种简单的建立焊缝特征矩阵的计算方法。该模型对管道插接具有通用性,对焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有重要意义。

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的实现

探索一种实现超窄间隙焊接的新方法.采用5 mm的坡口间隙,将特定成分的焊剂带沿坡口侧壁送入电弧区,对电弧进行约束,可阻止电弧沿侧壁攀升;同时能有效控制电弧的加热区域,保证坡口两侧壁的有效熔合.设计并试验研究焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的焊枪.导电嘴采用弹簧片作用的双铜板结构,通过建立描述导电嘴在夹紧焊丝时的变形及受力方程,精确设计导电铜板的几何形状,保证其可靠导电性和耐用性.试验表明,焊剂带与电弧的相对位置,以及合适的送焊剂带速度是保证稳定焊接过程的关键.

弧焊机器人焊枪姿态的简便示教

弧焊机器人焊接空间搭接焊缝时,对于焊枪姿态的示教往往占据了大量的示教时间。为此,提出一种焊枪姿态的简便示教方法。该方法采用根据几何约束计算焊接时焊枪姿态的思路完成焊枪姿态的示教。先以任意焊枪姿态对焊缝进行位置示教,然后根据焊缝的切向矢量和焊接工艺要求的焊枪角度计算出焊接时的焊枪姿态。对于三维曲线焊缝,只有当局部焊接平面与基坐标系的Oyz平面不垂直时,需要进行简单的焊枪姿态示教,示教时只须调整机器人绕工具坐标系一个轴转动的角度即可完成。使用该方法可以显著地减少示教难度和示教时间,提高姿态示教的精度。详细介绍焊枪姿态的描述方法、焊接方向角的计算方法和焊枪姿态的调整方法等关键技术。使用搭接曲线焊缝进行试验验证,证明了该方法的可行性。

螺旋缝焊管预焊的焊接设备与工艺

介绍了螺旋缝焊管预精焊法生产中预焊技术的特点、预焊焊接设备与工艺。采用两台DC1000A进口电源、Ar+CO2+O2三元混合气体配比器、英国某公司开发的激光跟踪系统和机械科学研究院哈尔滨焊接研究所研制的陶瓷复合喷嘴可自身旋转清渣的大电流MAG空冷焊枪,结合大电流高速MAG焊接工艺进行预焊,对预焊后的试样进行焊缝成型和金相组织分析,并对精焊后试样的焊缝和热影响区进行冲击性能分析,得到了预期的结果,实现了螺旋缝焊管预焊焊接设备的国产化。

焊枪行走角变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形的影响规律

以5 mm厚的5A06铝镁合金板材为主要研究对象,焊缝的正面熔宽和背面熔宽为成形特征参数,通过正交试验确定焊枪行走角变化对焊缝成形影响的显著性,从能量传递的角度研究了焊枪行走角的变化对等离子弧穿孔立焊焊缝成形产生影响的机理.结果表明,焊枪行走角对焊缝成形的影响在焊接电流和离子气体流量之间;焊枪与试板垂直时正面熔宽最大,而随着行走角的减小,焊缝背面熔宽逐渐增大.焊枪行走角的改变使熔池正面的能量密度以及背面最高温度截面和最大熔宽截面的相对位置发生变化,对焊缝背面熔宽的影响可归结于厚度方向不同截面热源位置的偏离与工件厚度导致的传热滞后之间相互作用的结果.

旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别

旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别主要包括焊枪偏差和焊枪倾角的识别,是实现焊缝跟踪和提高焊接质量的必要条件.首先建立了焊枪倾角和偏差变化与电弧长度变化的数学模型,在此基础上提出了特征平面焊枪空间姿态检测算法,该算法充分利用了旋转电弧传感器检测得到的三维信息,采用最小二乘方法构建特征平面,根据特征平面与坐标平面交线的斜率来检测焊枪的左右偏差和倾角.结果表明,将该算法用于焊枪倾角和左右偏差的检测,其倾角检测误差为±7.85°,偏差检测误差为±0.42 mm,满足实际焊接工程需要.

特征谐波法在焊枪姿态检测中的应用

以旋转电弧作为传感器,研究了利用特征谐波法进行焊枪空间姿态检测的若干问题。建立了焊枪空间姿态变化和电弧长度变化的数学模型。从理论上证明了焊枪偏差、焊枪倾角以及焊接方向与焊缝方向的夹角对特征谐波法检测结果的影响。发现当焊接方向与焊缝方向的夹角较小时,可以采用一次谐波的余弦分量系数表征焊枪偏差,正弦分量系数表征焊枪倾角。试验结果表明,将特征谐波法用于焊枪偏差和焊枪倾角的检测,其倾角检测误差为±7.77°,偏差检测误差为±0.69mm,满足实际焊接工程需要。