CN105562929A - 一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统 - Google Patents

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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding

Abstract

本发明公开了一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，包括超声波探测模块，超声波分析模块分别与超声波探测模块和机器人操控模块电连接并进行通讯，激光焊接模块与机器人操控模块固定连接；超声波分析模块利用超声探伤设备对刷式密封的排丝根部的焊接面进行扫描，并将扫描得到的波形信号送至超声波分析模块进行焊接区域定位、焊缝追踪和焊接熔深检测，确定操作参数，并将操作参数发送至机器人操控模块；机器人操控模块与激光焊接模块配合工作，完成焊接操作。本发明利用超声波探测技术进行焊接区域定位、焊缝追踪、熔深监测，结合机器人焊接系统实现自动焊接，焊接质量得到充分的保证，同时提高了焊接工作效率。

Description

一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统
技术领域
本发明涉及一种焊接系统，尤其涉及一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，利用超声波探测技术追踪焊缝，并且配合机器人焊接系统完成刷式密封自动焊接工艺，尤其适用于汽轮机及燃气轮机的刷式密封制造领域。
背景技术
刷式密封因为具有较小的密封间隙，耐磨的柔性刷丝材料，良好的密封性能，更长的使用寿命，使其广泛应用在透平机械的高速动密封领域，尤其是汽轮机及燃气轮机的密封领域，它可以代替原有的硬齿密封，提高了密封效率，并且延长了设备使用寿命，是现代先进透平机械发展的关键技术之一。
传统的刷封焊接方式存在如下几个问题：
（1）焊接过程中对焊缝的精准度难以控制；
（2）焊接参数控制不稳定，焊接后存在虚焊，空鼓，气穴等现象；
（3）在引弧，收弧的操作过程中，起始和终点的焊接位置与其他焊接位置的焊接质量不匹配；
（4）由于刷丝排丝密度不均匀会造成焊接过程中热量传导不一致，导致刷丝发生变色，热弯曲，断裂的现象；
（5）焊接后焊接熔深及宽度无法监测。
由于透平机械的内部使用环境非常苛刻，且伴随着温度的剧烈变化，传统的刷封焊接方式已经不能满足刷式密封使用寿命和性能的要求，需要更精确更可靠的焊接新工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有焊接技术存在的焊接温度不稳定、焊接过程变形、焊接效率过低的缺陷，提供一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，利用超声波探测技术进行焊接区域定位、焊缝追踪、熔深监测，结合机器人焊接系统实现自动焊接。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案如下：
一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：包括超声波探测模块、超声波分析模块、机器人操控模块、激光焊接模块；
所述超声波分析模块分别与超声波探测模块和机器人操控模块电连接并进行通讯，所述激光焊接模块与机器人操控模块固定连接；
所述超声波探测模块包括超声探伤设备，所述超声探伤设备对刷式密封的排丝根部的焊接面进行扫描，并将扫描得到的波形信号送至超声波分析模块；
所述超声波分析模块根据超声探伤设备得到的波形信号进行焊接区域定位、焊缝追踪和焊接熔深检测，确定操作参数，并将操作参数发送至机器人操控模块；
所述机器人操控模块包括机器人焊接手臂以及与其固定连接的焊枪和送丝机，所述机器人焊接手臂根据超声波分析模块发送来的操作参数，操作焊枪、送丝机与激光焊接模块配合工作，进行焊接操作或终止焊接操作；
所述激光焊接模块用于焊接工件。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述激光焊接模块为光纤输出激光焊接机，包括激光器和传输光纤。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：还包括冷却模块，还包括冷却模块，所述冷却模块包括氮气冷却单元和水冷单元，所述氮气冷却单元用于冷却激光头和被焊的工件，所述水冷单元用于冷却激光器。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述激光器为全固态激光器。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述传输光纤为柔性光纤。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述机器人焊接手臂为6轴三维机器人焊接手臂。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述送丝机为自动送丝机。
前述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述操作参数包括排丝区域以及对应的焊接参数、焊缝行程参数和质量参数，超声波分析模块通过焊接区域定位，确定排丝区域并设定对应的焊接参数；通过焊缝追踪，确定焊缝行程参数；通过焊接熔深检测，对焊接质量进行检验确定质量参数。
本发明具有以下有益效果：
（1）采用超声波探伤设备追踪焊缝、检测焊接熔深，焊接质量得到充分的保证；
（2）利用机器人焊接系统，保证了从电弧引燃到液桥断开的整个周期的精细控制，解决了起弧和收弧时的焊接能力不匹配的问题；
（3）采用全固态激光器，配合光纤传导，实现超低的焊渣飞溅，同时焊接过程中无须移动工件，利用6轴关节手臂可以实现直径4米以内的刷式密封的连续焊接；
（4）采用自动焊接系统，配合自动送丝机可以实现多种材料的脉冲和短路焊接，并且采用全数字高速逆变控制，快速调整电弧电压实现焊接过程中的焊缝宽度和深度；
（5）一体化调节操作简单，电弧状态自由调整，可以适应不同要求的焊接。
附图说明
图1是本发明的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，结构如图1所示，包括超声波探测模块、超声波分析模块、机器人操控模块、激光焊接模块和冷却模块；超声波分析模块分别与超声波探测模块和机器人操控模块电连接并进行通讯，激光焊接模块与机器人操控模块固定连接。
超声波探测模块，包括超声探伤设备，超声探伤设备对刷式密封的排丝根部的焊接面进行扫描，并将扫描得到的波形信号送至超声波分析模块。
超声波分析模块，根据超声探伤设备得到的波形信号进行焊接区域定位，确定排丝区域并设定对应的焊接参数，进行焊缝追踪，确定焊缝行程参数，进行焊接熔深检测，对焊接质量进行检验确定质量参数，并将这些操作参数发送至机器人操控模块。超声波分析模块根据存在的刷丝空隙的排丝区间与完整材料构成的刷丝护板反射的不同波形，通过滤波器将其区分开，以此确定排丝区域，同时根据波形和能量信号设定相对应的焊接参数；超声波分析模块还依据波形信号确定焊缝的行程，控制焊接激光头与焊接面的高度，起到焊缝追踪的作用；超声波分析模块通过波形信号分析焊接质量进行焊接熔深检测。
机器人操控模块包括机器人焊接手臂以及与其固定连接的焊枪和送丝机，所述机器人焊接手臂根据超声波分析模块发送来的操作参数，操作焊枪、送丝机与激光焊接模块配合工作，进行焊接操作或终止焊接操作；机器人焊接手臂为立式6轴三维机器人焊接手臂，配合防撞焊枪和自动送丝机，实现最大2m的动作半径，自动送丝机送丝速度达到1.5m/min。
激光焊接模块为光纤输出激光焊接机，包括全固态激光器和柔性传输光纤，用于焊接工件。全固态激光器，采用氮气保护，功率3kw-4kw可调，工控标准接口，可连接机器人操作系统；柔性传输光纤，芯径200μm或400μm，数值孔径0.2，波长1064nm，冷却方式为水冷。
冷却模块包括氮气冷却单元和水冷单元，所述氮气冷却单元用于冷却激光头和被焊工件，水冷单元用于冷却激光器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：包括超声波探测模块、超声波分析模块、机器人操控模块、激光焊接模块；
所述超声波分析模块分别与超声波探测模块和机器人操控模块电连接并进行通讯，所述激光焊接模块与机器人操控模块固定连接；
所述超声波探测模块包括超声探伤设备，所述超声探伤设备对刷式密封的排丝根部的焊接面进行扫描，并将扫描得到的波形信号送至超声波分析模块；
所述超声波分析模块根据超声探伤设备得到的波形信号进行焊接区域定位、焊缝追踪和焊接熔深检测，确定操作参数，并将操作参数发送至机器人操控模块；
所述机器人操控模块包括机器人焊接手臂以及与其固定连接的焊枪和送丝机，所述机器人焊接手臂根据超声波分析模块发送来的操作参数，操作焊枪、送丝机与激光焊接模块配合工作，进行焊接操作或终止焊接操作；
所述激光焊接模块用于焊接工件。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述激光焊接模块为光纤输出激光焊接机，包括激光器和传输光纤。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：还包括冷却模块，所述冷却模块包括氮气冷却单元和水冷单元，所述氮气冷却单元用于冷却激光头和被焊的工件，所述水冷单元用于冷却激光器。
4.根据权利要求2所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述激光器为全固态激光器。
5.根据权利要求2所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述传输光纤为柔性光纤。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述机器人焊接手臂为6轴三维机器人焊接手臂。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述送丝机为自动送丝机。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测技术的刷式密封机器人焊接系统，其特征在于：所述操作参数包括排丝区域以及对应的焊接参数、焊缝行程参数和质量参数，超声波分析模块通过焊接区域定位，确定排丝区域并设定对应的焊接参数；通过焊缝追踪，确定焊缝行程参数；通过焊接熔深检测，对焊接质量进行检验确定质量参数。
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