CN111408825B - 厚截面窄间隙t型焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚截面窄间隙T型焊接方法，涉及水电行业厚板、超厚板焊接的生产制造技术领域。本发明先对异形结构厚板与平面厚板之间的对接坡口进行改变，即在异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成矩形结构，将弧形焊道改为直线型焊道，可以简化机器人焊接轨迹，降低编程难度，在矩形结构的焊接面设置成一定斜度的斜焊接面，将异形厚板与平面厚板之间的焊接坡口设计成I型窄间隙坡口结构，将原来多层多道焊接改为一层一道，简化焊接过程，减少焊道间未熔合概率及焊道清理次数，提高焊接效率。

Description

厚截面窄间隙T型焊接方法

技术领域

本发明涉及水电行业厚板、超厚板焊接的生产制造技术领域，更具体地说涉及一种厚截面窄间隙T型焊接方法。

背景技术

厚板、超厚板结构广泛应用于水电制造行业，厚板焊接接头主要有对接、T接等，T接接头的传统焊接方法普遍采用工件开K型坡口进行多层多道MAG焊。随着焊接结构厚度的不断增加，厚板坡口面积急剧加大，导致焊接工程量成倍增加，生产效率低，且多层多道焊接时，易导致熔合不良。

由于机器人焊接可大幅提高焊接质量的稳定性，弧焊机器人的应用也越来越广泛。但是对于厚板异形结构的焊接，弧焊机器人的焊接还存在诸多难点，主要有：

（1）厚板T接时，开K型坡口进行多层多道焊接，一般采用在线示教或离线编程的方式进行程序编制。在线示教时间长，效率低；离线编程时，由于焊接热过程导致焊接变形，往往需要现场纠偏，目前尚无可靠的跟踪方式进行自动纠偏，需人工进行纠偏，致使生产效率低；

（2）随着厚板厚度的增加，坡口面积急剧加大，每层需焊道数增加，道间清理需时长，且道间易形成未熔合；

（3）采用传统K型坡口进行多层多道焊接，焊接量巨大，由于水电设备结构庞大，且焊接空间受限，无法实现多机器人联动，一台或两台机器人生产产出无法纳入正常生产流程；

（4）异形结构件的焊接，其焊道不规则，编程复杂，无法保证机器人轨迹的准确性，致使焊道成型不良。

因此，对于异形结构厚板、超厚板的机器人焊接，始终无法得到广泛的使用。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种厚截面窄间隙T型焊接方法，本发明的发明目的在于解决现有技术中T型焊接接头采用常规K型坡口设计而导致的焊道不规则、焊道规划难度大，且多层多道焊接时，道间极易形成未熔合问题。本发明先对异形结构厚板与平面厚板之间的对接坡口进行改变，即在异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成矩形结构，将弧形焊道改为直线型焊道，可以简化机器人焊接轨迹，降低编程难度，在矩形结构的焊接面设置成一定斜度的斜焊接面，将异形厚板与平面厚板之间的焊接坡口设计成I型窄间隙坡口结构，将原来多层多道焊接改为一层一道，简化焊接过程，减少焊道间未熔合概率及焊道清理次数，提高焊接效率。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：

厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

坡口设计步骤：将异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成一矩形结构，矩形结构的宽度不小于异形厚板的最大宽度；矩形结构的焊接面为设置有一定斜度的斜焊接面，形成类I型窄间隙坡口结构，所述类I型窄间隙坡口根部与平面厚板之间的间隙小于16mm，类I型窄间隙坡口上端与平面厚板的间隙小于20mm；在异形厚板的两端各一定长度开常规K型坡口，在K型坡口与类I型窄间隙坡口之间留有一定间隙；

装配步骤：将异形厚板装配到平面厚板上；

定位焊、搭块步骤：在异形厚板非焊接侧装配若干搭块，在K型坡口部分焊接定位焊，对搭块进行角焊；

焊接机器人焊接轨迹生成步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，在计算机控制系统中对焊接机器人的焊接轨迹进行规划；并将L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人执行端；

焊前预热步骤：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热；

焊接步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，调整焊接机器人外部移动平台的位置和焊接机器人本体的姿态，使L型窄间隙焊炬的焊炬本体位于坡口中间，并垂直于窄间隙坡口平面，并且焊枪的姿态与焊接轨迹规划时保持一致；执行焊接机器人焊接轨迹生成步骤中规划的焊接机器人自动焊轨迹，利用L型焊炬导电嘴的摆动将坡口两侧壁熔合，进行焊接。

所述焊前预热步骤中，预热温度为80-150℃。

所述类I型窄间隙坡口的根部加工有辅助支撑件。

所述L型窄间隙焊炬包括传动机构和焊炬主体，所述传动机构与焊炬主体的一端连接，使得焊炬结构整体外形呈L型；焊炬主体为平直结构；所述焊炬主体包括旋转导电机构、喷嘴冷却机构、主导电旋转杆、喷嘴、导电嘴和焊炬本体，所述主导电旋转杆设置在焊炬本体内部，旋转导电机构设置在焊炬本体端部且与主导电旋转杆相连为主导电旋转杆供电；所述传动机构与主导电旋转杆相连，带动主导电旋转杆转动；所述喷嘴设置在焊炬本体另一端，所述主导电旋转杆的端部连接所述导电嘴，且位于喷嘴内；所述喷嘴冷却机构设置在焊炬本体内部用于冷却喷嘴。

所述传动机构包括伺服电机、减速机和锥齿轮组，所述锥齿轮组包括两个锥形传动齿轮，一个锥形传动齿轮安装在主导电旋转杆上，另一个锥形传动齿轮安装在减速机的输出轴上，伺服电机经过减速机减速带动并经锥齿轮组传动带动主导电旋转杆转动。

所述导电嘴与主导电旋转杆之间呈一定角度，所述一定角度为10-12°。

导电嘴内设置有焊丝，焊丝伸出导电嘴的长度为17-20mm。

所述喷嘴冷却机构为设置在焊炬本体内部的水冷通道。

所述焊炬主体外表面喷涂有耐高温绝缘陶瓷。

所述喷嘴采用铬锆铜材料制作而成，焊炬本体端部与喷嘴接触部分喷涂耐高温绝缘陶瓷，并采用绝缘螺钉进行固定。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1、本发明在异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成矩形结构，将弧形焊道改为直线型焊道，可以简化焊接机器人焊接轨迹，降低编程难度，在矩形结构的焊接面设置成一定斜度的斜焊接面，将异形厚板与平面厚板之间的焊接坡口设计成I型窄间隙坡口结构，将原来多层多道焊接改为一层一道，简化焊接过程，减少焊道间未熔合概率及焊道清理次数，提高焊接效率。

2、本发明在异形厚板的两端各开设一定长度的K型坡口，用于定位焊，其长度可根据实际工况确定，在K型坡口与窄间隙坡口间留有一定间隙，焊接时扁形焊炬伸至间隙部分，从而使焊炬中间的导电嘴可达到窄间隙坡口的端部。

3、本发明的创新点在于将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型，将厚板T型接头由K型坡口改为类I型坡口。改变后的优点在于：将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型，可以简化焊道轨迹。将厚板T型接头由K型坡口改为类I型坡口，将多层多道焊接改为单道一道焊，简化了焊道规划，避免了焊道间未熔合的出现，减少了焊道清理，且降低60%以上的焊接量，提高焊接效率。

4、本发明在类I型窄间隙坡口的根部加工有辅助支撑件方便异形厚板的定位，方便焊接。

5、本发明的焊炬结构，可以有效避免焊炬与平面厚板之间的干涉，焊炬主体为平直结构，并与T型焊接接头中的平面部分平行，可以有效解决结构刚性变差及电弧不稳定的问题。焊炬冷却主要由导电嘴冷却与喷嘴冷却组成。导电嘴冷却由焊炬本体内部所含的冷却水通道实现，焊炬本体为实心铝合金金属结构，内部钻有两路水通道，通过水冷将焊炬本体进行冷却，当导电嘴的温度传至主导电旋转杆后，主导电旋转杆与焊炬本体通过接触传热的方式进行导热，并由冷却水带出，从而实现导电嘴的冷却。焊炬两个喷嘴的冷却分别由两个喷嘴冷却的冷却水进行冷却。

6、焊炬本体内部另钻由两路保护气通过，将保护气导至喷嘴。主导电旋转杆与旋转导电机构为圆弧接触，主导电旋转杆旋转时，该接触依然存在。当外部电源接至旋转导电机构，将电源传至旋转中的主导电旋转杆，并将电源传至导电嘴。焊炬主体外表面喷涂耐高温绝缘陶瓷进行电绝缘，能在高温环境下长期使用，陶瓷材质硬度高，与焊缝侧壁轻微刮蹭后不影响使用。喷嘴采用铬锆铜材料，焊炬本体端部与喷嘴接触部分喷涂耐高温绝缘陶瓷，并采用绝缘螺钉进行固定。

7、焊丝靠倾斜10-12度的导电嘴实现弯曲，焊丝出导电嘴始终保持挺直状态，焊丝摆动平稳，电弧稳定。通过两个90°锥齿轮传动结构进行连接，从而使伺服电机的动力传至主导电旋转杆，实现安装在主导电旋转杆的导电嘴进行360°无限回转。

8、本发明焊炬整体为L型，焊炬主体为平直结构，并与T型接头中的平面部分平行，焊炬整体采用水冷却，延长喷嘴、导电嘴及焊炬本体寿命。焊炬采用专用锥齿轮传动机构，主旋转导电嘴杆360°无限回转，可任意调节导电嘴角度。

9、本发明针对异形结构厚板T型接头的特点和难点，通过对坡口结构的创新性改变，开发适用于T型接头的L型窄间隙焊炬，并搭载于弧焊机器人，实现了异形结构厚板T型接头的智能化窄间隙焊接，简化了焊道轨迹及焊道规划，降低了机器人焊接程序编制难度，并大幅减少焊接量，提高机器人焊接效率，同时，采用机器人智能化焊接，稳定了焊接质量，减少了对人工焊接的依赖。

10、本发明针对异形结构厚板、超厚板T型接头的焊接难点，从焊接结构上进行开发，将常规K型大坡口的多层多道焊改为I型坡口的单层一道焊接，大幅降低了焊接熔敷量、提高了焊接效率，缩短焊接周期，改善了焊接质量。通过开发适用于T型接头焊接的L型窄间隙焊炬，从而适应厚板、超厚板T型接头的I型窄间隙坡口焊接，将L型窄间隙焊炬搭载于弧焊机器人末端，实现了异形结构厚板、超厚板T型接头的智能化窄间隙焊接，提高了焊接质量，改善了焊接作业环境，为机器人在重型机械制造行业开辟了新的理念。

11、本发明将厚板T型接头由K型大坡口改为近似I型窄间隙坡口，将多层多道焊接改为单层一道焊，简化了焊道规划，避免了焊道间未熔合的出现，减少了焊道清理，且降低60%以上的焊接量，提高焊接效率；将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型，简化焊道轨迹规划；通过L型窄间隙焊炬的设计，实现了T型接头窄坡口的焊接；将L型窄间隙焊炬搭载于弧焊机器人，实现了异形结构件超厚截面的机器人智能化窄间隙焊接，提高焊接质量，改善人工作业环境，大幅缩短焊接周期。

附图说明

图1为异形厚板与平面厚板装配的结构示意图；

图2为异形厚板焊接端的结构示意图；

图3为现有技术中常规K型坡口的结构示意图；

图4为本发明类I型窄间隙坡口的结构示意图；

图5为本发明异形厚板与平面厚板装配后的窄间隙坡口结构示意图；

图6为本发明窄间隙T型接头的结构示意图；

图7为本发明焊炬俯视结构示意图；

图8为本发明焊炬侧视结构示意图；

图9为本发明焊炬传动机构的结构示意图；

图10为本发明焊炬旋转示意图；

图11为本发明窄间隙MAG焊接法的原理图；

图12为水轮机座环装配结构图；

图13为水轮机座环机器人窄间隙焊接位置1结构图；

图14为水轮机座环机器人窄间隙焊接位置2结构图；

图15为本发明进行厚截面窄间隙焊接的示意图；

附图标记：1、异形厚板，2、平面厚板，3、辅助支撑件，4、斜焊接面，5、固定导叶，6、环板，7、搭块，a表示类I型窄间隙坡口根部与平面厚板之间的间隙，b表示类I型窄间隙坡口上端与平面厚板的间隙，L1表示矩形结构，L2表示K型坡口与类I型窄间隙坡口之间的间隙，L3表示K型坡口，d1表示异形厚板截面形状，d2表示矩形结构的截面形状；

11、传动机构，12、焊炬主体，13、旋转导电机构，14、喷嘴冷却机构，15、主导电旋转杆，16、喷嘴，17、导电嘴，18、焊炬本体，19、伺服电机，110、减速机，111、锥齿轮组，112、焊丝，113、焊接机器人，c表示导电嘴与主导电旋转杆之间的角度，d表示导电嘴的摆动角度，L表示焊丝伸出导电嘴长度。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。

实施例1

作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了：

厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

坡口设计步骤：将异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成一矩形结构，矩形结构的宽度不小于异形厚板1的最大宽度；矩形结构的焊接面为设置有一定斜度的斜焊接面4，形成类I型窄间隙坡口结构，所述类I型窄间隙坡口根部与平面厚板2之间的间隙小于16mm，类I型窄间隙坡口上端与平面厚板2的间隙小于20mm；在异形厚板1的两端各一定长度开常规K型坡口，在K型坡口与类I型窄间隙坡口之间留有一定间隙；

装配步骤：将异形厚板1装配到平面厚板2上；

定位焊、搭块步骤：在异形厚板1非焊接侧装配若干搭块7，在K型坡口部分焊接定位焊，对搭块7进行角焊；

焊接机器人113焊接轨迹生成步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，在计算机控制系统中对焊接机器人113的焊接轨迹进行规划；并将L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人113执行端；

焊前预热步骤：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热；

焊接步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，调整焊接机器人113外部移动平台的位置和焊接机器人113本体的姿态，使L型窄间隙焊炬本体18位于坡口中间，并垂直于窄间隙坡口平面，并且焊枪的姿态与焊接轨迹规划时保持一致；执行焊接机器人113焊接轨迹生成步骤中规划的焊接机器人113自动焊轨迹，利用L型焊炬导电嘴17的摆动将坡口两侧壁熔合，进行焊接。

实施例2

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-6，本实施例公开了：

厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

坡口设计步骤：将异形厚板焊接端以上60mm范围内加工成一矩形结构，矩形结构的宽度不小于异形厚板1的最大宽度；矩形结构的焊接面为设置有一定斜度的斜焊接面4，形成类I型窄间隙坡口结构，所述类I型窄间隙坡口根部与平面厚板2之间的间隙小于16mm，类I型窄间隙坡口上端与平面厚板2的间隙小于20mm；在异形厚板1的两端各一定长度开常规K型坡口，在K型坡口与类I型窄间隙坡口之间留有一定间隙；

装配步骤：将异形厚板1装配到平面厚板2上；

定位焊、搭块步骤：在异形厚板1非焊接侧装配若干搭块7，在K型坡口部分焊接定位焊，对搭块7进行角焊；

焊接机器人113焊接轨迹生成步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，在计算机控制系统中对焊接机器人113的焊接轨迹进行规划；并将L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人113执行端；

焊前预热步骤：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热；预热温度为80-150℃；

焊接步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，调整焊接机器人113外部移动平台的位置和焊接机器人113本体的姿态，使L型窄间隙焊炬本体18位于坡口中间，并垂直于窄间隙坡口平面，并且焊枪的姿态与焊接轨迹规划时保持一致；执行焊接机器人113焊接轨迹生成步骤中规划的焊接机器人113自动焊轨迹，利用L型焊炬导电嘴17的摆动将坡口两侧壁熔合，进行焊接。所述类I型窄间隙坡口的根部加工有辅助支撑件3。

实施例3

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1-11，本实施例公开了：

焊接机器人113的使用是未来制造业的方向。针对异形结构厚板、超厚板的机器人焊接，需以改善弧焊机器人焊接质量与效率为前提。因此，我们通过改变产品焊接结构，对厚板、超厚板的焊接坡口进行改变，将新型焊接技术搭载于弧焊机器人，降低超厚截面结构件的焊接量，从而增加弧焊机器人焊接效率，开辟了弧焊机器人在发电设备水电行业内的智能化焊接新领域。

窄间隙气体保护焊接焊接技术是一种新型焊接技术，主要有以下优点：

(1)熔敷效率高，间隙较小(多为10—16 mm)，所以生产效率更高；

(2)热输入适中，且调节范围较大，适合于各种金属的焊接；能够降低预热温度，对于中等强度的钢可以不进行预热和后热；

(3)适用于平焊、横焊以及全位置焊，可焊的极限厚度较大，一般为300mm。

(4)焊道间打渣简单。

将窄间隙气体保护焊技术与弧焊机器人进行连接，可极大提高弧焊机器人焊接效率，实现深窄坡口单层一道或两道高质量、高效率焊接，避免了超厚截面多层多道焊接时熔合不良的风险。

本发明所采用的技术方案是：通过改变异形结构件焊接端的坡口结构，将弧形坡口改为直线型坡口，将T型接头的K型坡口改为I型坡口，采用弧焊机器人末端装载特殊的L型窄间隙焊炬进行机器人113窄间隙焊接。

1、坡口设计：异形结构厚板的T型接头一般由两个结构件组成，如说明书附图1，其中1是超厚截面异形厚板1，2是平面厚板2，接头的焊接坡口开于异形厚板11，因此主要针对异形厚板11进行坡口设计。异形厚板11 截面形状如图2中d1所示，常规坡口开为K型坡口，与平面厚板22形成T型接头，如图3，该结构坡口巨大，焊道型线不规则。常规焊接中一般采用人工焊或机器人113焊接，进行多层多道焊，人工焊接劳动量大，采用机器人113焊接时，由于焊道不规则，焊道规划难度大，且多层多道焊接时，道间极易形成未熔合。

本发明所采用的技术方案是：在异形厚板1焊接端以上60mm范围内加工至矩形结构，将弧形焊道改为直线型焊道，简化焊接机器人113焊接轨迹，降低编程难度，如图2中d2。在矩形L1部分设有一定斜面形成类似I型窄间隙坡口结构，如图4、图5，窄间隙坡口根部a小于16mm，窄间隙坡口上端b小于20mm，进行一层一道窄间隙焊接，将原多层多道焊接改为一层一道，简化焊接过程，减少焊道间未熔合概率及焊道清理次数，提高焊接效率。在固定导叶5两端各一定长度开常规K型坡口用于定位焊，在K型坡口与窄间隙坡口间留有一定间隙，焊接时扁形焊炬伸至间隙部分，从而使焊炬中间的导电嘴17可达到窄间隙坡口的端部。

本发明技术方案做两点创新性改变：（1）将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型；（2）将厚板T型接头由K型坡口改为近似I型坡口。改变后的优点：（1）将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型，简化焊道轨迹。（2）将厚板T型接头由K型坡口改为近似I型坡口，将多层多道焊接改为单层一道焊，简化了焊道规划，避免了焊道间未熔合的出现，减少了焊道清理，且降低60%以上的焊接量，提高焊接效率。

2、L型窄间隙焊炬设计：窄间隙熔化极气体保护焊技术是一种新型焊接技术，目前在核电结构领域有一定的应用，主要应用于对接坡口中，焊炬结构为一般为T型，一般最大焊接深度为300mm。但是T型接头中的平面厚板21焊接端L尺寸大于500mm时，该T型焊炬结构刚性变差，焊接时，电弧不稳定，因此，该结构窄间隙焊炬对T型接头的窄坡口焊接变得极不适应。为实现T型接头的窄间隙坡口焊接，需对焊炬进行重新设计。

2.1焊炬结构：为实现T型结构的窄间隙焊接，需将除焊炬主体12外的其他部分排列在图6中的项2侧，并避免焊炬与项1存在干涉。因此本焊炬外型设计为L型，由图8中项11与项12两部分组成，其中项12为焊炬主体12，焊接时该部分伸入窄间隙坡口，项11为导电嘴17控制部分，焊接时该部分位于图6中的项2侧。项12主要包含旋转导电机构13、喷嘴冷却机构14、主导丝旋转杆、喷嘴16、导电嘴17和焊炬本体18。

焊炬冷却：主要由导电嘴17冷却与喷嘴16冷却组成。导电嘴17冷却由焊炬本体18内部所含的冷却水通道实现，焊炬本体18为实心铝合金金属结构，内部钻有两路水通道，通过水冷将焊炬本体18进行冷却，当导电嘴17的温度传至主导电旋转杆15后，主导电旋转杆15与焊炬本体18通过接触传热的方式进行导热，并由冷却水带出，从而实现导电嘴17的冷却。焊炬两个喷嘴16的冷却分别由两个喷嘴冷却机构14的冷却水进行冷却。

气体保护：焊炬本体18内部另钻由两路保护气通过，将保护气导至喷嘴16。

导电：主导电旋转杆15与旋转导电机构13为圆弧接触，主导电旋转杆15旋转时，该接触依然存在。当外部电源接至旋转导电机构13，将电源传至旋转中的主导电旋转杆15，并将电源传至导电嘴17。

绝缘：焊炬主体12外表面喷涂耐高温绝缘陶瓷进行电绝缘，能在高温环境下长期使用，陶瓷材质硬度高，与焊缝侧壁轻微刮蹭后不影响使用。喷嘴16采用铬锆铜材料，焊炬本体18端部与喷嘴16接触部分喷涂耐高温绝缘陶瓷，并采用绝缘螺钉进行固定。

导电嘴17摆动：焊丝112靠倾斜10-12度的导电嘴17实现弯曲，焊丝112出导电嘴17始终保持挺直状态，焊丝112摆动平稳，电弧稳定。项11为导电嘴17摆动控制部分，如图9，包含伺服电机19、精密形星减速机110、锥齿轮组111。图8中项11与项12通过两个90°锥齿轮传动结构进行连接，从而使伺服电机19的动力传至主导丝旋转杆，实现安装在主导丝旋转杆的导电嘴17进行360°无限回转。项12厚度方向为平面结构，与项11组成L型窄间隙焊炬结构。

焊炬结构特点：焊炬整体为L型，焊炬主体12为平直结构，并与T型接头中的平面部分平行，焊炬整体采用水冷却，延长喷嘴16、导电嘴17及焊炬本体18寿命。焊炬采用专用锥齿轮传动机构11，主旋转导电嘴17杆360°无限回转，可任意调节导电嘴17角度。

2.2焊炬摆动原理：控制伺服电机19旋转，通过两个90°锥齿轮（一个安装于电机，另一个安装于主导电旋转杆15）带动主导电旋转杆15旋转，导电嘴17与主导电旋转杆15呈10-12°偏心，通过主导电旋转杆15的旋转带动导电嘴17的摆动。

如图10所示，导电嘴17与主导电旋转杆15呈角度c，c为10-12°，焊丝112伸出导电嘴17长度L，L为17-20mm，主导电旋转杆15旋转后，导电嘴17进行摆动，摆动角度为d，d可为360°任意角度。

2.3窄间隙MAG焊接法的原理：如图11所示，焊炬前端导电嘴17与焊枪轴心主导电旋转杆15有一定角度，焊丝112从焊枪前端斜穿出。主导电旋转杆15的旋转带动焊丝112左右摆动，从而在焊接过程中实现电弧左右摆动的目的，使窄坡口左右两侧壁有效的熔合。

3、异形结构厚板T型接头机器人113窄间隙焊接：

异形结构厚板采用常规K型坡口进行机器人113焊接时，由于焊道轨迹为弧形，需设置足够的轨迹点来对轨迹进行拟合，从而增加了程序编制的难度。且由于K型坡口在不同深度时坡口大小不同，需对多层多道焊道进行规划，规划好的焊道一旦在实际焊接过程中出现偏差，需随时进行修改，这大大降低了机器人113焊接的效率。

将异形结构厚板的焊接端由异形改为直线型后，焊道轨迹得到简化，弧焊机器人行走轨迹从弧形改为直线型，极大的简化了机器人113焊接程序编制。将K型坡口改为近似I型坡口，由多层多道焊接改为单层一道焊，焊道规划时无需根据每层每道焊缝成型及焊接量的不同而进行改变，焊道规划变得极为简单。

因此，本发明的技术方案是：异形结构厚板坡口由上述第1项坡口设计进行改变后，将上述第2项L型窄间隙焊炬设计中的L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人，进行焊接机器人智能化窄间隙焊接。具体步骤为：

（1）对异形结构厚板按述1进行加工；

（2）将异形结构厚板1与平面厚板22进行装配；

（3）装配后进行定位焊、搭块7；

（4）焊接机器人自动焊接轨迹生成：根据座环各部件的尺寸、装配、位置关系，利用三维CAD软件的实体建模功能，在计算机控制系统中对焊接机器人113焊接的轨迹进行规划。每道焊缝轨迹只需取三维模型至起弧与熄弧位置两个点，再各取一个进枪点与出枪点，该道焊缝程序通过循环命令焊完整个窄间隙坡口焊缝。

（5）将L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人113末端，并连接好焊炬末端导电嘴17摆动控制系统。

（6）焊前预热：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热，预热温度根据部件的材料和板厚确定，通常为80-150℃。

（7）根据工件尺寸、装配、位置关系，调整焊接机器人113外部移动平台的位置和焊接机器人113本体的姿态，使L型窄间隙焊炬的焊炬本体18位于坡口中间，并垂直于窄间隙坡口平面，并且焊枪的姿态与焊接轨迹规划时保持一致。执行步骤4中规划的焊接机器人113自动焊轨迹，利用L型窄间隙焊炬的导电嘴17的摆动将坡口两侧壁熔合，进行一层一道高效、高质量焊接。

本发明针对异形结构厚板T型接头的特点和难点，通过对坡口结构的创新性改变，开发适用于T型接头的L型窄间隙焊炬，并搭载于弧焊机器人，实现了异形结构厚板T型接头的智能化窄间隙焊接，简化了焊道轨迹及焊道规划，降低了机器人113焊接程序编制难度，并大幅减少焊接量，提高机器人113焊接效率，同时，采用机器人113智能化焊接，稳定了焊接质量，减少了对人工焊接的依赖。

实施例4

作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图12-14，本实施例公开了：

厚板T型接头机器人113窄间隙焊接技术在水轮机座环中的应用：座环主要由固定导叶5与环板6组成，固定导叶5的厚度最大可达270mm，环板6厚度最大可达250mm。

1、坡口加工：座环固定导叶5与环板6的焊接坡口开于固定导叶5端部，因此主要针对固定导叶5进行坡口设计。固定导叶5截面为异形结构，在焊接端以上60mm范围内加工至矩形结构，在矩形部分设有一定斜面形成近似I型窄间隙坡口结构，窄间隙坡口根部a小于16mm，窄间隙坡口上端b小于20mm，在固定导叶5两端各一定长度开常规K型坡口，在K型坡口与窄间隙坡口间留有一定间隙。

2、座环装配：常规座环焊接时，两瓣座环装配后面对面采用搭板装配在一起，以控制焊接变形。采用窄间隙焊接时坡口大小相较常规K型坡口减小60%，焊接量及焊接变形相应减小，因此，与常规座环装配不同，本发明采用单瓣座环装配、单瓣座环焊接的方式进行，通过对称焊接及坡口背面增加搭板进行焊接变形控制。

（1）按产品图纸在环板6上划线；

（2）根据划线及机器人113焊接模拟结果，装配固定导叶5；

（3）在固定导叶5非焊接侧上下各装配两个搭块7以控制焊接变形；

（4）定位焊。在K型坡口部分焊接定位焊，焊量为20mm；

（5）搭块7焊接。对搭块7进行角焊，焊脚20mm。

（6）机器人113自动焊接轨迹模拟：根据座环各部件的尺寸、装配、位置关系，利用三维CAD软件的实体建模功能，在计算机控制系统中对各个导叶的焊接位置及机器人113焊接的轨迹进行规划。

（7）根据计算机模拟结果，将座环摆放于焊接平台。

3、座环焊接：

（1）焊前预热：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热，预热温度根据座环部件的材料和板厚确定，通常为80-150℃。

（2）机器人113焊接程序编制：根据工件的位置进行工件base的标定，并编制机器人113实际焊接轨迹。

（3）如图15所示，将扁形焊炬伸入I型窄间隙坡口，进行一层一道或一层两道的高效率、高质量焊接，每道焊道焊完后，采用钢丝刷对焊缝进行清理，每两层焊完后，采用风铲对焊缝进行打渣清理。

（4）焊接顺序：当单个固定导叶5坡口的焊接填充量达到一定厚度后，调整焊接机器人113的焊接位置，对另一个固定导叶5进行焊接，并依次焊接完该位置下的固定导叶5至一定厚度。翻身，焊接另一位置下的固定导叶5，并将该位置下固定导叶5的焊缝焊接完成。翻身，并摆放回原位置，焊接完该位置下固定导叶5所有焊缝。

Claims (10)

1.厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

坡口设计步骤：将异形厚板（1）焊接端以上60mm范围内加工成一矩形结构，矩形结构的宽度不小于异形厚板（1）的最大宽度；矩形结构的焊接面为设置有一定斜度的斜焊接面（4），形成类I型窄间隙坡口结构，所述类I型窄间隙坡口根部与平面厚板（2）之间的间隙小于16mm，类I型窄间隙坡口上端与平面厚板（2）的间隙小于20mm；在异形厚板（1）焊接端的两端各一定长度开常规K型坡口，在K型坡口与类I型窄间隙坡口之间留有一定间隙；

装配步骤：将异形厚板（1）装配到平面厚板（2）上；

定位焊、搭块步骤：在异形厚板（1）非焊接侧装配若干搭块，在K型坡口部分焊接定位焊，对搭块进行角焊；

焊接机器人（113）焊接轨迹生成步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，在计算机控制系统中对焊接机器人（113）的焊接轨迹进行规划；并将L型窄间隙焊炬搭载于焊接机器人（113）执行端；

焊前预热步骤：利用远红外电加热装置或者火焰对被焊工件的底层焊道进行预热；

焊接步骤：根据工件尺寸、装配、位置关系，调整焊接机器人（113）外部移动平台的位置和焊接机器人（113）本体的姿态，使L型窄间隙焊炬的焊炬本体（18）位于坡口中间，并垂直于窄间隙坡口平面，并且焊枪的姿态与焊接轨迹规划时保持一致；执行焊接机器人（113）焊接轨迹生成步骤中规划的焊接机器人（113）自动焊轨迹，利用L型窄间隙焊炬的导电嘴（17）的摆动将坡口两侧壁熔合，进行焊接。

2.如权利要求1所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述焊前预热步骤中，预热温度为80-150℃。

3.如权利要求1所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述类I型窄间隙坡口的根部加工有辅助支撑件（3）。

4.如权利要求1所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述L型窄间隙焊炬包括传动机构（11）和焊炬主体（12），所述传动机构（11）与焊炬主体（12）的一端连接，使得焊炬结构整体外形呈L型；焊炬主体（12）为平直结构；所述焊炬主体（12）包括旋转导电机构（13）、喷嘴冷却机构（14）、主导电旋转杆（15）、喷嘴（16）、导电嘴（17）和焊炬本体（18），所述主导电旋转杆（15）设置在焊炬本体（18）内部，旋转导电机构（13）设置在焊炬本体（18）端部且与主导电旋转杆（15）相连为主导电旋转杆（15）供电；所述传动机构（11）与主导电旋转杆（15）相连，带动主导电旋转杆（15）转动；所述喷嘴（16）设置在焊炬本体（18）另一端，所述主导电旋转杆（15）的端部连接所述导电嘴（17），且位于喷嘴（16）内；所述喷嘴冷却机构（14）设置在焊炬本体（18）内部用于冷却喷嘴（16）。

5.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述传动机构（11）包括伺服电机（19）、减速机（110）和锥齿轮组（111），所述锥齿轮组（111）包括两个锥形传动齿轮，一个锥形传动齿轮安装在主导电旋转杆（15）上，另一个锥形传动齿轮安装在减速机（110）的输出轴上，伺服电机（19）经过减速机（110）减速带动并经锥齿轮组（111）传动带动主导电旋转杆（15）转动。

6.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述导电嘴（17）与主导电旋转杆（15）之间呈一定角度，所述一定角度为10-12°。

7.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：导电嘴（17）内设置有焊丝（112），焊丝（112）伸出导电嘴（17）的长度为17-20mm。

8.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述喷嘴冷却机构（14）为设置在焊炬本体（18）内部的水冷通道。

9.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述焊炬主体（12）外表面喷涂有耐高温绝缘陶瓷。

10.如权利要求4所述的厚截面窄间隙T型焊接方法，其特征在于：所述喷嘴（16）采用铬锆铜材料制作而成，焊炬本体（18）端部与喷嘴（16）接触部分喷涂耐高温绝缘陶瓷，并采用绝缘螺钉进行固定。

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