船用中型管-管、管-法兰机器人焊接系统研究

摘要

本文针对目前船用中型规格管系结构建造过程中存在的生产效率低、焊接质量不稳定和工人劳动条件恶劣的现状,在分析研究管系结构装配和焊接质量要求的基础上,提出了采用机器人进行自动化焊接的方案。
　　本文根据船用中型管件的具体情况设计了两个焊接工作站:直管机器人工作站和弯管机器人工作站。针对直管工作站,提出了钳式变位机和滚轮架式变位机两种设计方案,通过综合比较最终确定采用滚轮架式变位机,同时对法兰盘点焊工装、上下料系统、两机器人主从控制和从动机器人移动平台进行了设计和选型。针对弯管机器人,对所用夹具、L型变位机和可移动单轴回转变位机进行了设计选型。详细介绍了两机器人工作站所用焊接电源、清枪剪丝机构、供气系统和其他安全装置。
　　应用PRO/E软件建立了两机器人工作站各部分的模型。应用KUKA Sim Pro软件对两机器人工作站的开展了模拟仿真试验研究,对机器人行走路径进行了规划,进行了碰撞检测。根据模拟仿真试验的结果对弯管机器人所用枪架进行了改进。模拟仿真试验结果表明,对两机器人工作站的设计是合理可行的。
　　进行了船用中型管件机器人焊接工艺试验,研究了工艺参数对焊缝成型及气孔等缺陷的影响。根据试验结果优化制定了管-管、管-法兰焊接工艺参数。采用优化的工艺参数焊接管-管对接接头,焊缝成型好,焊脚尺寸符合船级社相关规范,焊接接头的力学性能满足船级社的规范要求X光探伤结果表明焊缝无裂纹和气孔。

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Contents

第1章 绪论

1.1 焊接机器人在造船工业中的应用与发展

1.2 主要研究内容

第2章 船用管-管、管-法兰接头形式和装焊要求分析

2.1 船用管-管、管-法兰焊接方法

2.2 船用管-管、管-法兰装焊

2.3 船用管-管、管-法兰焊接质量要求

2.4机器人焊接的可行性分析

2.5 本章小结

第3章 船用中型管-管、管-法兰机器人系统设计选型

3.1直管机器人工作站设计选型

3.2 弯管机器人工作站设计选型

3.3 本章小结

第4章 船用中型管-管、管-法兰机器人系统模拟仿真

4.1 建模

4.2 机器人工作站模拟仿真

4.3 本章小结

第5章 管-管、管-法兰机器人焊接工艺研究

5.1 母材分析

5.2 焊接方法和工件接法

5.3 保护气体配比和流量

5.4 焊丝和干伸长的选择

5.5 管-法兰焊接工艺

5.6 管-管对接工艺

5.7 本章小结

第6章 管-管焊缝接头组织及性能研究

6.1 焊接试验

6.2 力学性能试验

6.3 金相组织观察试验

6.4 结果与分析

6.5 接头微观组织分析

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢