不銹鋼槽型艙壁機器人焊接運用范文

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摘要：針對目前化學品船中不銹鋼槽型艙壁焊接的現狀，應用機器人焊接集成系統進行不銹鋼槽型艙壁的焊接試驗，通過試驗方案的介紹及試驗結果的分析，得出適用于不銹鋼槽型艙壁機器人焊接的優選工藝參數，驗證將機器人焊接集成系統應用于不銹鋼槽型艙壁焊接的可行性。試驗結果表明：相對于傳統的手工焊接，機器人焊接快速、穩定、光順的焊縫成形證明焊接機器人在槽型艙壁結構自動焊接方面的高效性，并且可實現槽型艙壁大跨度復雜軌跡路徑的連續焊接，為機器人焊接集成系統在不銹鋼船體建造過程中的推廣應用打下堅實的基礎。

關鍵詞：不銹鋼槽型艙壁；機器人焊接系統；焊接工藝參數

0引言

在化學品船的結構設計中，槽型艙壁被廣泛地應用，同等強度下，相較平面艙壁，槽型艙壁結構重量更輕、更節省鋼材。此外，槽型艙壁消除了扶強材以及肘板的裝配和焊接，大幅減少船舶建造的工作量，便于洗艙和防腐，又不影響艙容，極大地降低了船舶建造和維護的成本［1－2］。槽型艙壁的加工方式分為冷彎槽型艙壁、組合槽型艙壁、半冷彎半組合型槽型艙壁［3］。最初槽型艙壁有圓弧、三角形、矩形、梯形等不同的截面形式，但隨著對槽型艙壁極限強度的深入分析可知：槽型艙壁的極限強度和用鋼量會隨著槽型角度的增加而呈線性上升，角度超過70°以后，用鋼量上升的幅度要比極限承受力的上升幅度大［4－5］。目前不銹鋼槽型艙壁的焊接工作除直線對接焊縫以外，普遍采用人工焊接，存在焊縫成形質量不穩定、焊后打磨工作量大、容易破壞不銹鋼表面的鈍化膜等問題。因此，開展針對不銹鋼槽型艙壁與平面艙壁角焊縫的機器人焊接技術應用研究，充分利用機器人焊接系統的適用性及高效性，具有十分重要的工程意義。

1機器人焊接集成系統組成

槽型艙壁與平面壁板的裝焊結構主要包含垂直槽型的T型接頭焊接節點，需要采用雙面焊。此結構焊縫具有軌跡跨度大、圓弧曲線多等特點。

2不銹鋼槽型艙壁機器人焊接試驗

2．1不銹鋼T型接頭焊接試驗不銹鋼的焊接要求非常嚴格，本試驗在某船廠不銹鋼焊接工藝規程（WeldingProcedureSpecifica－tion，WPS）的基礎上進行試驗驗證和優化，最終得出符合焊接要求的焊接工藝參數，為不銹鋼槽型艙壁的焊接工藝參數提供參考和借鑒。試驗設備和材料如下。（1）試驗選用KUKA公司生產的六自由度KUKAKR16L6－2型焊接機器人，并配有德國EWMPhoenix551Puls逆變分體式全數字化焊接電源。（2）試驗采用的鋼材是S31803，并且選取直徑為1．2mm的AvestaFCW2205－PW不銹鋼藥芯焊絲，單盤質量20kg。（3）試驗選用保護氣體為100％CO2，氣體流量為20～25L／min。（4）試驗中選取的工件材質為S31803。

2．2焊接軌跡規劃此次不銹鋼槽型艙壁典型結構的焊接過程中，實際槽型艙壁焊縫的焊接軌跡程序。

2．3不銹鋼槽型艙壁的焊接路徑跟蹤及糾偏激光跟蹤系統需要激光視覺傳感器對焊接區圖像進行采集，對工件對象形狀進行檢測，提取工件特征參數，通過逆運動學求得機器人各關節位置姿態并高精度控制機器人焊槍末端。

3不銹鋼槽型艙壁焊接試驗分析

槽型艙壁焊接結構是由平面面板與槽型艙壁組合而成的工件，板厚為12mm，平面面板長度約為5m，寬1．6m，槽型壁板位于平面面板的正中間，沿長度方向分布有2個槽型輪廓，槽深0．9m，圓弧倒角半徑為50mm，其坡口形式與上述試驗工件一致。槽型艙壁焊接試驗所用的保護氣、焊絲、焊接電源選用的JOB號等都與不銹鋼T型接頭焊接試驗時選用的完全相同，焊接的工藝參數為不銹鋼T型接頭平角焊試驗得出的最優焊接工藝參數，即送絲速度6．5m／min，焊接速度為0．18m／min，電源補償電壓為9V，電流為140A，電壓為30V，無擺動。試驗采用路徑離線編程及焊接過程糾偏技術。

4結論

本文根據槽型艙壁結構的特點采用相應的機器人焊接集成系統，通過焊接試驗得出適用于板厚為12mm的小坡口（坡口深度為4．5mm）或無坡口的雙相不銹鋼角焊縫的焊接工藝參數，即在不銹鋼T型接頭平角焊中，焊接電源JOB號為212，間隙為0～2mm的情況下，采用送絲速度為6．5m／min，焊接速度為0．18m／min，電源電壓為30V的焊接工藝參數，可以得到比較好的焊縫成形，驗證了采用焊接機器人焊接集成系統開展不銹鋼槽型艙壁典型結構自動焊接的可行性，并通過試驗得到了優選的焊接工藝參數，為機器人焊接系統在不銹鋼槽型艙壁焊接的推廣應用打下了堅實的基礎。

參考文獻

［1］陳忠明，龐連杰，王華，等．槽型艙壁的建造工藝［J］．機械工程師，2016（6）：98－99．

［2］郭勤靜，李磊，陳書敏，等．鉆井船干貨艙槽型艙壁端部節點設計［J］．船海工程，2016，45（1）：174－177．

［3］康美澤．槽型艙壁結構強度與設計優化研究［D］．哈爾濱：哈爾濱工程大學，2011．

［4］甘水來，李國強，李勇．基于共同規范的散貨船槽型橫艙壁設計研究［J］．船舶與海洋工程，2014（1）：32－38．

［5］黃磊．槽型艙壁的極限強度分析與結構優化設計［D］．武漢：武漢理工大學，2010

作者：張磊1，2；馬曉平1，2；董春春1 單位：1．江蘇科技大學海洋裝備研究院，2.江蘇現代造船技術有限公司