CN102179604A

CN102179604A - 一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法

Info

Publication number: CN102179604A
Application number: CN 201110119109
Authority: CN
Inventors: 王烜烽; 黄玉亭; 李湘军; 苏化冰; 徐大懋
Original assignee: Wuxi Turbine Blade Co Ltd
Current assignee: Wuxi Turbine Blade Co Ltd
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: CN102179604B

Abstract

本发明提供了一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其取代了以往手工焊接的方法，降低工人劳动强度，提高加工效率，并克服空心静叶内、背弧薄板由于坡口焊前一致性差异而不利于焊接设备对焊接位置的识别和调整的困难，有效解决一般自动化焊接设备在焊接过程中不能实时地根据工件坡口形貌进行焊接位置的调整的问题；其改进了以往手工焊接的工艺流程，减少焊缝的焊接道数、减少焊接变形。将汽轮机空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上并固定，其特征在于：首先对空心静叶的出汽边坡口进行预处理，再采用带有手臂的焊接机器人系统联合熔化极气体保护焊弧焊设备对汽轮机空心静叶的出汽边和进汽边进行摆弧工艺焊接，在焊接机器人手臂的焊枪前安装具有扫描功能的激光跟踪器，焊接时通过激光跟踪器来扫描薄板空心静叶的坡口边角线，通过坡口形貌的变化自动调整焊枪的位置最终完成焊接作业。

Description

一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法

技术领域

本发明涉及汽轮机空心静叶的焊接加工技术领域，具体为一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法。

背景技术

汽轮机空心静叶是由两块冲压内、背弧薄板配合焊接而成，由于薄板在冲压及坡口铣削地过程中会存在不同程度的偏差，使得空心静叶的内、背弧板坡口在焊接前的存在着较大的一致性差异，如出现坡口位置偏差、坡口角度偏差以及坡口深度偏差等问题，其不利于自动化焊接设备对焊接位置的识别和调整，且由于机器人系统设定程序后其焊枪位置保持不变，当焊接坡口因工件尺寸偏差而产生位置、角度或深度偏离时，由于焊枪位置不能随坡口的偏差而进行调整，更易导致焊接渗透不足、坡口底部未熔合以及焊缝不平整等焊接质量缺陷，因而目前此类叶片的焊接加工一直处于手工焊接领域，手工焊接虽然有着操作灵活、适应范围广的特点，但是极易受到焊接工人焊接姿态、体力以及焊接技术的影响，其生产效率低、焊接质量不稳定，不利于此类叶片的批量化生产。另外，以往的空心静叶手工焊接是采用先点焊再手工全焊出汽边最后全焊进汽边的工艺流程，其缺点在于：其采用全焊出汽边后再全焊进汽边的焊接工艺顺序，由于出汽边采用堆焊焊接，在进行出汽边每一道焊缝焊接后都要进行焊缝的冷却后才能进行下一道焊缝的焊接，其焊接效率低；且以往的手工焊接出汽边需要5-7道焊缝，其焊缝道数多、热输入大、焊接变形大。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其能取代以往此类叶片靠手工焊接的方法，降低工人劳动强度，提高加工效率，同时克服空心静叶内、背弧薄板由于坡口焊前一致性差异而不利于焊接设备对焊接位置的识别和调整的困难，并能有效解决一般自动化焊接设备在焊接过程中不能实时地根据工件坡口形貌进行焊接位置的调整的问题；且本发明方法改进了以往手工焊接的工艺流程，减少焊缝的焊接道数，减少了焊接变形。

其技术方案是这样的，将汽轮机空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上并固定，其特征在于：首先对所述空心静叶的出汽边坡口进行预处理，再采用带有手臂的焊接机器人系统联合熔化极气体保护焊弧焊设备（福尼斯CMT焊接设备）对汽轮机空心静叶的出汽边和进汽边进行摆弧工艺焊接，在对所述空心静叶的出汽边与进汽边进行摆弧工艺焊接时，在焊接机器人手臂的焊枪前安装具有扫描功能的激光跟踪器，焊接时通过激光跟踪器来扫描薄板空心静叶的坡口边角线，通过坡口形貌的变化自动调整焊枪的位置最终完成焊接作业。

其进一步特征在于：

所述对空心静叶的出汽边坡口进行预处理包括以下步骤：

（1）采用手工钨极氩弧焊焊接设备，选用与所述空心静叶内背弧板材料相匹配的焊丝对出汽边的内背弧板进行点焊固定并焊透；

（2）采用与所述点焊相同类别的焊丝对整条出汽边用手工氩弧焊进行整体修补打底焊接，在所述空心静叶的出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝；

在焊接所述薄板空心静叶进汽边时，所述激光跟踪器扫描进汽边坡口两条边角线，同时焊枪根据扫描信号自动调整焊接位置，使得焊枪位置始终位于所述进汽边两条边角线的中央；在所述焊接薄板空心静叶出汽边时，先用所述激光跟踪器扫描出汽边坡口的一条边角线位置并记录，然后焊枪在所述的一条边角线位置基础上向外偏移3mm～10mm再进行焊接操作；

所述空心静叶的出汽边、进汽边摆弧工艺焊接包括以下步骤：首先焊接所述空心静叶的出汽边第一道摆弧焊缝，然后焊接所述空心静叶进汽边，再依次对所述空心静叶的出汽边余下各道摆弧焊缝进行焊接。

其更进一步特征在于：所述对空心静叶的出汽边坡口预处理操作中，所述点焊的间隔为50mm～200mm；所述对整条出汽边进行整体修补焊接时，所述焊丝直径为φ1.0mm～φ2.0mm，焊接电流为90A～130A；所述衬底焊缝的焊角高度为2mm～4mm；

所述出汽边与进汽边的摆弧工艺焊接均采用机器人弧焊焊接设备进行；在所述余下各道出汽边焊缝的焊接前，均需待前一道出汽边摆弧焊缝冷却至250℃以下时方能进行；所述出汽边的摆弧焊缝设置有三道；所述出汽边的三道焊缝焊接时机器人控制程序均调用冷金属过渡焊接模式，设置电流均为120A～160A；焊接所述出汽边的第一道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为10mm～12mm，焊接速度为3 mm/s ～15mm/s；焊接所述出汽边的第二道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为12mm～15mm，焊接速度为3 mm/s ～10mm/s；焊接所述出汽边的第三道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为15mm～20mm，焊接速度为3 mm/s ～8mm/s；所述进汽边焊接时，机器人控制程序调用冷金属过渡+脉冲焊接模式，设置电流为120A～170A，焊接速度为3 mm /s～12 mm/s。

使用本发明方法对空心静叶的内、背弧薄板进行自动化焊接，其有益效果在于：其在对空心静叶进行自动化焊接前先进行出汽边坡口的预处理手工焊接，从而在出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝，即增加了出汽边焊接连接处的熔深，给空心静叶出汽边的自动化焊接提供较为均匀稳定的焊接坡口，从而为顺利实施空心静叶的自动化焊接打下基础；且其在机器人手臂的焊枪前安装具有扫描功能的激光跟踪器，通过激光跟踪器扫描坡口边角线、根据坡口边角形貌的变化自动调整焊枪的位置，从而解决了一般自动化焊接设备在焊接过程中无法根据坡口偏差对焊接位置进行准确的识别和实时调整的问题，保证了自动化焊接的焊接质量；同时取代以往的手工焊接工艺，降低工人的劳动强度，提高加工效率，保证焊接质量的稳定；另外，其采用机器人自动化摆弧工艺，通过摆弧工艺对空心静叶存在的一致性偏差进行弥补，大大降低了手工焊接的劳动强度，极大提高了生产效率，同时减少了空心静叶出汽边焊缝的道数，减少了热输出入降低了焊接变形，更进一步提高了产品的质量稳定性；此外，本发明方法采用先对出汽边的第一道焊缝进行焊接再焊进汽边的焊接工艺流程，有效利用了第一道焊缝的冷却时间来进行进汽边的焊接，进一步提高了加工效率。

附图说明

图１为本发明的空心静叶出汽边焊接堆焊焊缝示意图；

图２为本发明的空心静叶进汽边焊接焊缝示意图。

具体实施方式

将汽轮机空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上并固定，首先对所述空心静叶的出汽边坡口进行预处理，再采用带有手臂的焊接机器人系统联合熔化极气体保护焊弧焊设备（福尼斯CMT焊接设备）对汽轮机空心静叶的出汽边和进汽边进行摆弧工艺焊接，在对空心静叶的出汽边与进汽边进行摆弧工艺焊接时，在焊接机器人手臂的焊枪前安装具有扫描功能的激光跟踪器，焊接时通过激光跟踪器来扫描薄板空心静叶的坡口边角线，通过坡口形貌的变化自动调整焊枪的位置最终完成焊接作业。

其包括以下工艺步骤：

1、首先将汽轮机空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上并固定。

2、然后对空心静叶的出汽边坡口进行预处理，其具体实施例如下：

实施例一：

（1）将空心静叶的两块内背弧板装配到夹具上并固定；

（2）采用手工钨极氩弧焊焊极，选用与空心静叶内背弧板材料相匹配的焊丝对出汽边的内背弧板进行点焊固定并焊透，其中点焊间隔为125mm；

（3）采用与点焊相同类别的焊丝对整条出汽边用手工氩弧焊进行整体修补焊接，其中焊丝直径为φ1.0mm，焊接电流为130A，从而在空心静叶的出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝，衬底焊缝的焊角高度为2mm；

实施例二：

（1）将空心静叶的两块内背弧板装配到夹具上并固定；

（2）采用手工钨极氩弧焊焊极，选用与空心静叶内背弧板材料相匹配的焊丝对出汽边的内背弧板进行点焊固定并焊透，其中点焊间隔为200mm；

（3）采用与点焊相同类别的焊丝对整条出汽边用手工氩弧焊进行整体修补焊接，其中焊丝直径为φ1.5mm，焊接电流为90A，从而在空心静叶的出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝，衬底焊缝的焊角高度为3mm；

实施例三：

（1）将空心静叶的两块内背弧板装配到夹具上并固定；

（2）采用手工钨极氩弧焊焊极，选用与空心静叶内背弧板材料相匹配的焊丝对出汽边的内背弧板进行点焊固定并焊透，其中点焊间隔为50mm；

（3）采用与点焊相同类别的焊丝对整条出汽边用手工氩弧焊进行整体修补焊接，其中焊丝直径为φ2.0mm，焊接电流为110A，从而在空心静叶的出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝，衬底焊缝的焊角高度为4mm。

3、采用带有手臂的焊接机器人系统联合熔化极气体保护焊弧焊设备（福尼斯CMT焊接设备）对汽轮机空心静叶的出汽边和进汽边进行摆弧工艺焊接，待各道焊缝缓慢冷却至室温，将叶片卸下夹具，

其具体包含以下工艺步骤的实施例如下：

实施例一：

将空心静叶的内、背弧薄板装配到相应的夹具上并固定，机器人弧焊焊接设备对出汽边第一道摆弧焊缝进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT（冷金属过渡）焊接模式，设置电流为120A，采用15mm摆宽、焊接速度为9 mm/s；

采用机器人弧焊焊接设备对进汽边进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT+Pulse（冷金属过渡+脉冲）模式，设置电流为120A，焊接速度为7.5mm/s；

待出汽边第一道摆弧焊缝冷却至250℃以下时在该道焊缝基础在上实施出汽边第二道焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT焊接模式，设置电流为120A，采用摆宽12mm、焊接速度为6.5mm/s；

待出汽边第二道焊缝温度冷却至250℃以下时在该道焊缝基础上实施第三道出汽边焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT模式，电流设置为120A，采用摆宽15mm、焊接速度为5.5 mm/s；

待各道焊缝缓慢冷却至室温，将叶片卸下夹具；

实施例二：

将空心静叶的内、背弧薄板装配到相应的夹具上并固定，机器人弧焊焊接设备对出汽边第一道摆弧焊缝进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT（冷金属过渡）焊接模式，设置电流为140A，采用10mm摆宽、焊接速度为3mm/s；

采用机器人弧焊焊接设备对进汽边进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT+Pulse（冷金属过渡+脉冲）模式，设置电流为145A，焊接速度为3 mm /s；

待出汽边第一道摆弧焊缝冷却至250℃以下时在该道焊缝基础在上实施出汽边第二道焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT焊接模式，设置电流为140A，采用摆宽13.5mm、焊接速度为3 mm /s；

待出汽边第二道焊缝温度冷却至250℃以下时在该道焊缝基础上实施第三道出汽边焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT模式，电流设置为140A，采用摆宽20mm、焊接速度为3 mm /s；

待各道焊缝缓慢冷却至室温，将叶片卸下夹具；

实施例三：

将空心静叶的内、背弧薄板装配到相应的夹具上并固定，机器人弧焊焊接设备对出汽边第一道摆弧焊缝进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT（冷金属过渡）焊接模式，设置电流为160A，采用12.5mm摆宽、焊接速度为15 mm/s；

采用机器人弧焊焊接设备对进汽边进行焊接，其中机器人控制程序调用CMT+Pulse（冷金属过渡+脉冲）模式，设置电流为170A，焊接速度为12 mm/s；

待出汽边第一道摆弧焊缝冷却至250℃以下时在该道焊缝基础在上实施出汽边第二道焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT焊接模式，设置电流为160A，采用摆宽15mm、焊接速度为10 mm/s；

待出汽边第二道焊缝温度冷却至250℃以下时在该道焊缝基础上实施第三道出汽边焊接的焊接，其机器人控制程序调用CMT模式，电流设置为160A，采用摆宽17.5mm、焊接速度为8 mm/s；

待各道焊缝缓慢冷却至室温，将叶片卸下夹具。

4、在对空心静叶内、背弧薄板的出汽边与进汽边进行焊接时，焊接机器人手臂的焊枪前安装的具有扫描功能的激光跟踪器，扫描薄板空心静叶的坡口边角边，通过坡口形貌的变化自动调整焊枪的位置最终完成焊接作业。其中，在焊接薄板空心静叶进汽边时，激光跟踪器扫描进汽边坡口两条边角线，同时焊枪根据扫描信号自动调整焊接位置，使得焊枪位置始终位于进汽边两条边角线的中央；在焊接薄板空心静叶出汽边时，先用激光跟踪器扫描出汽边坡口的一条边角线位置并记录，然后焊枪在该条边角线位置基础上向外偏移3mm～10mm再进行焊接操作。

采用本发明方法对空心静叶的内、背弧薄板进行焊接加工，其出汽边堆焊焊缝总宽度可以达到30mm～40mm，能够满足目前所有汽轮机空心静叶出汽边焊缝的宽度要求。

图1中、图2中，1为出汽边第一道摆弧焊缝，2为出汽边第二道摆弧焊缝，3为出汽边第三道摆弧焊缝，5为空心静叶内弧薄板，6为空心静叶背弧薄板；4为进汽边焊缝。

Claims

1.一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，将汽轮机空心静叶的内、背弧薄板装配到夹具上并固定，其特征在于：首先对所述空心静叶的出汽边坡口进行预处理，再采用带有手臂的焊接机器人系统联合熔化极气体保护焊弧焊设备对汽轮机空心静叶的出汽边和进汽边进行摆弧工艺焊接，在对所述空心静叶的出汽边与进汽边进行摆弧工艺焊接时，在焊接机器人手臂的焊枪前安装具有扫描功能的激光跟踪器，焊接时通过激光跟踪器来扫描薄板空心静叶的坡口边角线，通过坡口形貌的变化自动调整焊枪的位置最终完成焊接作业。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述对空心静叶的出汽边坡口进行预处理包括以下步骤：（1）采用手工钨极氩弧焊焊接设备，选用与所述空心静叶内、背弧板材料相匹配的焊丝对出汽边的内、背弧板进行点焊固定并焊透；（2）采用与所述点焊相同类别的焊丝对整条出汽边用手工氩弧焊进行整体修补打底焊接，在所述空心静叶的出汽边得到一条光滑平整的衬底焊缝。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：在焊接所述薄板空心静叶进汽边时，所述激光跟踪器扫描进汽边坡口两条边角线，同时焊枪根据扫描信号自动调整焊接位置，使得焊枪位置始终位于所述进汽边两条边角线的中央；在所述焊接薄板空心静叶出汽边时，先用所述激光跟踪器扫描出汽边坡口的一条边角线位置并记录，然后焊枪在所述的一条边角线位置基础上向外偏移3mm～10mm再进行焊接操作。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述空心静叶的出汽边、进汽边摆弧工艺焊接包括以下步骤：首先焊接所述空心静叶的出汽边第一道摆弧焊缝，然后焊接所述空心静叶进汽边，再依次对所述空心静叶的出汽边余下各道摆弧焊缝进行焊接。

5.根据权利要求2所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述对空心静叶的出汽边坡口预处理操作中，所述点焊的间隔为50mm～200mm，所述对整条出汽边进行整体修补焊接时，所述焊丝直径为φ1.0mm～φ2.0mm，焊接电流为90A～130A，所述衬底焊缝的焊角高度为2mm～4mm。

6.根据权利要求4所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述出汽边与进汽边的摆弧工艺焊接均采用机器人弧焊焊接设备进行。

7.根据权利要求6所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：在所述余下各道出汽边焊缝的焊接前，均需待前一道出汽边摆弧焊缝冷却至250℃以下时方能进行。

8.根据权利要求7所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述出汽边的摆弧焊缝设置有三道；所述出汽边的三道摆弧焊缝焊接时机器人控制程序均调用冷金属过渡焊接模式，设置电流均为120A～160A。

9.根据权利要求8所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：焊接所述出汽边的第一道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为10mm～12mm，焊接速度为3 mm/s ～15mm/s；焊接所述出汽边的第二道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为12mm～15mm，焊接速度为3 mm/s ～10mm/s；焊接所述出汽边的第三道摆弧焊缝时，其摆弧摆宽为15mm～20mm，焊接速度为3 mm/s ～8mm/s。

10.根据权利要求6所述的一种汽轮机空心静叶的自动化焊接系统方法，其特征在于：所述进汽边焊接时，机器人控制程序调用冷金属过渡+脉冲焊接模式，设置电流为120A～170A，焊接速度为3 mm /s～12 mm/s。