CN108655537B - 一种机器人自动补偿焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人自动补偿焊接方法，涉及焊接技术领域。在焊接母材上进行打底焊形成打底焊缝后，在打底焊缝上逐层焊接直至填平坡口。进行逐层焊接时，每层均先确定当前层所需要形成的焊道数量，之后焊接第一道焊道、第二道焊道、多道中间焊道及最后一道焊道。在焊接第二道焊道时，将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧偏移固定距离Z以在坡口底部形成第二道焊道。之后再形成多道中间焊道，将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ形成多道中间焊道，最后形成最后一道焊道。其中，焊枪的偏移量ΔZ根据上一道焊道的宽度不断进行调整，焊道之间焊接的距离较为合理，避免了焊道之间出现未熔合等焊缝质量缺陷，保证了焊缝的质量。

Description

一种机器人自动补偿焊接方法

技术领域

本发明涉及机器人焊接技术领域，特别涉及一种机器人自动补偿焊接方法。

背景技术

机器人自动焊接技术被广泛应用于汽车生产、船舶制造、零部件生产、电子电气制造等多个领域，并在相关产业中占据了主导地位，具有焊接质量稳定可靠、生产效率高、生产成本低且便于现代化管理等优点。

在对100mm以上厚度的钢板采用机器人自动焊接技术进行焊缝焊接时，机器人需对焊缝坡口型式进行适应，并在焊缝坡口处完成多层多道焊接。

现有的机器人在进行焊接时，一般都是在机器人的程序中设置多个焊道起始点，机器人在焊接过程中在每个焊接起始点进行焊道焊接。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当采用焊枪对某一层焊缝进行焊接时，由于在焊接过程中焊接母材的坡口面会产生一定变形，因此导致实际焊接的焊道相对焊接起始点产生偏移，此时如果机器人依旧按照程序设定的焊接起始点进行焊缝焊接，会导致焊道之间出现未熔合等焊缝质量缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中焊接母材坡口面变形造成的焊道偏移从而带来的焊缝质量缺陷的问题，本发明实施例提供了一种机器人自动补偿焊接方法。所述技术方案如下：

一种机器人自动补偿焊接方法，所述焊接方法包括：

对焊接母材进行打底焊，形成打底焊缝；

在所述打底焊缝上进行逐层焊接直至填平坡口，

在所述打底焊缝上进行逐层焊接时采用如下方式进行：

根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N；

在所述坡口底部形成第一道焊道，所述第一道焊道紧邻所述坡口的第一内侧壁；

将焊枪向所述坡口的第二内侧壁一侧偏移Z后，在所述坡口底部形成第二道焊道，Z满足等式

Z＝(D_S-B)/(N-2)，

其中，D_S为所述当前层的坡口底部的宽度，B为所述当前层预留的所述第一道焊道和最后一道焊道的宽度和；

在所述坡口底部形成N-3道中间焊道，在形成所述中间焊道时，所述焊枪向所述坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ，ΔZ满足等式

ΔZ＝Z+(D_kn-Z)/(N-2)，

其中，D_kn为所形成的上一道焊道的宽度；

在中间焊道与所述第二内侧壁之间形成所述当前层的最后一道焊道。

可选地，在所述根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N之前，所述方法还包括：

在所述坡口底部的长度方向间隔选取多个测量点；

在所述多个测量点处分别测量所述坡口底部的宽度，将所述多个测量点处的所述坡口底部的宽度的平均值作为所述当前层的坡口底部的宽度。

可选地，所述多个测量点沿所述坡口底部的长度方向等间隔设置。

可选地，所述当前层的坡口底部的宽度值通过安装在所述机器人上的激光测量仪测量得到。

可选地，在所述对焊接母材进行打底焊之前，所述方法还包括：

对所述焊接母材进行加工，以形成所述坡口，所述坡口的顶部的宽度满足：

|B1-B2|≤1.2*[(B1+B2)/(2×6)-2]，

其中，B1和B2分别为在所述坡口的顶部的长度方向上，所述坡口的两端的宽度。

确定焊接工艺参数；

采用确定的焊接工艺参数进行试焊，以得到测试焊道；

测量所述测试焊道，以得到所述焊道宽度；

根据所述焊道宽度确定所述当前层的所述第一道焊道和最后一道焊道的宽度和。

可选地，所述机器人在焊接每层的第一道焊道时，所述焊枪与所述坡口的第一内侧壁之间的夹角为30°～35°，所述焊枪的焊丝与所述第一内侧壁的距离为1-2mm。

可选地，在焊接每层的最后一道焊道时，

所述焊枪与所述第一内侧壁之间的夹角为5°～10°，所述焊枪的焊丝与所述第二内侧壁的距离为1-2mm。

可选地，在焊接所述第二道焊道和所述中间焊道时，所述焊枪与所述坡口的第一内侧壁之间的夹角为5°～10°。

可选地，所述对所述焊接母材进行加工还包括：对所述焊接母材进行处理，使所述坡口的第一内侧壁和第二内侧壁的粗糙度小于12.5。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

在焊接母材上进行打底焊形成打底焊缝后，在打底焊缝上逐层焊接直至填平坡口。其中进行逐层焊接时，每层的焊接顺序均是先根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N，之后先焊接第一道焊道、第二道焊道、多道中间焊道及最后一道焊道。其中在形成第一道焊道后，先将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧平移Z，再在坡口底部形成第二道焊道，其中Z＝(D_S-B)/(N-2)，D_S为当前层的坡口底部的宽度，B为当前层预留的第一道焊道和最后一道焊道的宽度和。在形成第二道焊道后，先将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ＝Z+(D_kn-Z)/(N-2)，D_kn为所形成的上一道焊道的宽度，然后再将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ，进行第二条中间焊道的焊接，直至形成所有中间焊道，最后形成最后一道焊道。

在焊接多道中间焊道时，焊枪的偏移量ΔZ根据上一道焊道的宽度不断进行调整，焊道之间焊接的距离较为合理，避免了焊道之间出现未熔合等焊缝质量缺陷，保证了焊缝的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种机器人自动补偿焊接方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的进行打底焊之后的坡口结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种坡口的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的测量点分布结构示意图；

图5是本发明实施例提供的焊接第一道焊道时的焊接示意；

图6是本发明实施例提供的焊接中间焊道时的焊接示意图；

图7是本发明实施例提供的焊接最后一道焊道时的焊接示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种机器人自动补偿焊接方法，是针对坡口焊接进行设计的，图1为本发明实施例的一种机器人自动补偿焊接方法的流程示意图，如图1所示，该焊接方法包括：

S1：对焊接母材进行打底焊，形成打底焊缝。

图2为本发明实施例提供的进行打底焊之后的坡口结构示意图，完成步骤S1之后的坡口结构图可如图2所示，坡口1的第一内侧壁1.1和第二内侧壁1.2之间形成了打底焊缝2。如图2中所示，在本实施例中，坡口1可为单边V型坡口，其中第一内侧壁1.1垂直于水平面。

步骤S1还包括，对打底焊缝2的表面进行打磨，保证打底焊缝2的平面度C1≤1/1000。以保证在打底焊缝上形成的焊道的质量。

在本实施例中，在图2中，当前层坡口底部的宽度，即打底焊缝2的表面宽度D_S≥17mm，以保证其上能够焊接三道及三道以上的焊道。

可选地，在对焊接母材进行打底焊之前，该方法还可包括：

对焊接母材进行加工，以形成坡口1，坡口1的结构如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种坡口的俯视结构示意图。其中，坡口1顶部的宽度满足：

|B1-B2|≤1.2*[(B1+B2)/(2×6)-2]，

如图3所示，B1和B2分别为在坡口1的顶部的长度方向(如图3所示的X方向)上，坡口1的两端的宽度。

使在坡口的顶部的长度方向上、坡口的两端的宽度B1与B2满足以上公式，能够保证坡口的第一内侧壁与第二内侧壁之间的距离保持大致相等，减少焊接过程中因坡口第一内侧壁与第二内侧壁之间距离相差过大造成的焊接缺陷。

可选地，对焊接母材进行加工还包括：对焊接母材进行处理，使坡口的第一内侧壁和第二内侧壁的粗糙度小于12.5。保证第一内侧壁与第二内侧壁的粗糙度小于12.5能够保持第一内侧壁与第二内侧壁表面的光滑度，减少焊接后坡口出现脱焊等情况的发生。

结合图1与图2所示，在本实施例中，坡口1的角度θ的范围可为30°～45°，坡口1的角度偏差Δθ≤0.05°，避免坡口角度偏差过大影响在坡口上焊接的焊缝质量。例如本实施例中，坡口1的角度θ设计为40°，实际设置时，坡口1的角度θ可以为39.95°～40.05°。

S2：在打底焊缝上进行逐层焊接直至填平坡口。

在打底焊缝上进行逐层焊接时采用如下方式进行：

S21：根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N。

可选地，在本实施例中，可根据下表中焊道数量N与当前层的坡口底部的宽度D_S之间的关系确定当前层所需要形成的焊道数量N：

可选地，在根据当前层的坡口底部的宽度及焊接工艺参数确定当前层所需要形成的焊道数量N之前，方法还包括：

在坡口底部的长度方向间隔选取多个测量点；

在多个测量点处分别测量坡口底部的宽度，将多个测量点处的坡口底部的宽度的平均值作为当前层的坡口底部的宽度。采用以上步骤能够较为准确地得到坡口底部的宽度值，避免影响焊缝的质量。

图4为本发明实施例提供的测量点分布结构示意图，如图4所示，多个测量点沿坡口底部的长度方向等间隔设置。等间距设置的测量点可便于坡口底部的宽度值的测量。

结合图2与图4，本发明中的当前层的坡口底部的宽度为上一层焊缝的表面宽度。

如图4所示，可在坡口底部的长度方向(如图4所示的X方向)上等间隔设置m个测量点，D_S满足等式：

D_S＝(D1+D2+…+Dm)/N。

如图4所示，坡口1在长度方向(如图4所示的X方向)上的两端分别布置1个测量点，其余m-2个测量点在坡口1的长度方向(如图4所示的X方向)上等间隔设置。

进一步地，当坡口1焊缝长度小于4米时，可以设置3个测量点，坡口1焊缝长度大于3米时，坡口1焊缝长度每增加1米，测量点的个数增加1个。通过采用这种测量方式，使得测量得到的第一层的焊缝宽度值更为准确。

可选地，当前层的坡口底部的宽度值通过安装在机器人上的激光测量仪测量得到。通过激光测量仪测量能够更加快速准确地得到当前层的坡口底部的宽度值。

可选地，本方案中所有宽度值均可通过以上方式测量得到，保证本方案中所测量得到的宽度值的准确性。

可选地，激光测量仪设置在焊枪的端部。以便于激光测量仪测量过程的进行。

S22：在坡口底部形成第一道焊道，第一道焊道紧邻坡口的第一内侧壁。

图5是本发明实施例提供的焊接第一道焊道时的焊接示意，如图5所示，机器人在焊接每层的第一道焊道时，焊枪3与坡口的第一内侧壁1.1之间的夹角A1为30°～35°，焊枪3的焊丝与第一内侧壁1.1的距离T1为1-2mm。焊枪与坡口的第一内侧壁之间的夹角为30°～35°，焊枪的焊丝与第一内侧壁的距离为1-2mm能够保证第一内侧壁与第一焊道之间融焊良好的同时，也可避免焊枪焊枪碰撞到第一内侧壁。

S23：将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧偏移Z后，在坡口底部形成第二道焊道。

Z满足等式

Z＝(D_S-B)/(N-2)，

其中，D_S为当前层的坡口底部的宽度，B为当前层预留的第一道焊道和最后一道焊道的宽度和。

可选地，在坡口底部形成第一道焊道之前，方法还包括：

确定焊接工艺参数。

采用确定的焊接工艺参数进行试焊，以得到测试焊道。

测量测试焊道，以得到焊道宽度。

根据焊道宽度确定当前层的第一道焊道和最后一道焊道的宽度和。

焊接工艺参数可以包括焊枪的焊丝型号、焊接电流、焊接电压、焊接速度、保护气体成分和保护气体流量中的至少一个。焊接工艺参数可以根据具体的焊接要求进行选择，本发明实施例示例性地提供了如下两组焊接工艺参数：

在确定焊接工艺参数后，采用确定的焊接工艺参数在与母材材料相同的试件上进行试焊，形成测试焊道，通过测量测试焊道可以得知单道焊道的焊道宽度。

由于第一道焊道有一部分形成在坡口的第一内侧壁上，最后一道焊道有一部分形成在坡口的第二内侧壁上，因此，第一道焊道和最后一道焊道的宽度和等于单道焊道的焊道宽度。

采用本实施例所提供的焊接工艺参数进行试焊形成的测试焊道的焊道宽度为10-12mm，因此第一道焊道和最后一道焊道的宽度和为10-12mm。

S24：在坡口底部形成N-3道中间焊道。

具体地，在形成中间焊道时，焊枪3向坡口的第二内侧壁1.2一侧逐道偏移ΔZ，ΔZ满足等式

ΔZ＝Z+(D_kn-Z)/(N-2)，

其中，D_kn为所形成的上一道焊道的宽度。

图6是本发明实施例提供的焊接中间焊道时的焊接示意图，如图6所示，在焊接中间焊道时，焊枪3与坡口的第一内侧壁1.1之间的夹角A2为5°～10°。保持焊枪与坡口的第一内侧壁之间的夹角为以上角度，有利于保证机器人焊接的中间焊道的质量，进而提高焊缝整体的质量。

图6中示出了焊接第二道焊道和第一道中间焊道时的焊枪姿态，其中，焊枪3’为焊接第二道焊道时的焊枪姿态，焊枪3为焊接第一道中间焊道时的焊枪姿态，如图3所示，在焊接中间焊道时，焊枪3的姿态与焊接第二道焊道时焊枪3’的姿态相同。

S25：在中间焊道与第二内侧壁之间形成当前层的最后一道焊道。

图7是本发明实施例提供的焊接最后一道焊道时的焊接示意图，如图7所示，在焊接每层的最后一道焊道时，焊枪3与第一内侧壁1.1之间的夹角A3为5°～10°，焊枪3的焊丝与第二内侧壁1.2的距离T2为1-2mm。焊枪与坡口的第一内侧壁之间的夹角为5°～10°，焊枪的焊丝与第二内侧壁的距离为1-2mm能够保证第二内侧壁与第二焊道之间融焊良好的同时，也可避免焊枪碰撞到第二内侧壁。

可选地，焊枪3的焊丝伸长为15mm。

可选地，在本发明实施例中，在机器人焊接坡口1焊缝的过程中，焊接每层的第一道焊道与最后一道焊道时焊枪3的姿态均固定。焊接每层的第一道焊道与焊接最后一道焊道时焊枪的姿态均固定有利于减少机器人的控制编程程序。

可选地，机器人在逐层焊接的过程中，每焊完一层后，机器人的焊枪3会自动移动至第一内侧壁1.1处，并依照上述工序开始焊接下一层。

可选地，在本实施例中，每焊完一层后，焊枪3沿坡口1深度方向(如图7所示的Y方向)上移动距离h，h为每一层焊层的焊高。

进一步地，每一层焊层的焊高h可以为4-4.5mm。

在焊接母材上进行打底焊形成打底焊缝后，在打底焊缝上逐层焊接直至填平坡口。其中进行逐层焊接时，每层的焊接顺序均是先根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N，之后先焊接第一道焊道、第二道焊道、多道中间焊道及最后一道焊道。其中焊接第二道焊道时，先将焊枪向坡口的第二内侧壁一侧偏移固定距离Z以在坡口底部形成第二道焊道，其中Z＝(D_S-B)/(N-2)，D_S为当前层的坡口底部的宽度，B为当前层预留的第一道焊道和最后一道焊道的宽度和。之后再形成多道中间焊道，在形成中间焊道时，焊枪向坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ＝Z+(D_kn-Z)/(N-2)，D_kn为所形成的上一道焊道的宽度，最后形成最后一道焊道。

在焊接多道中间焊道时，焊枪的偏移量ΔZ根据上一道焊道的宽度不断进行调整，焊道之间焊接的距离较为合理，避免了焊道之间出现未熔合等焊缝质量缺陷，保证了焊缝的质量。

本发明实施例所示的焊接方法通过机器人自动焊接设备来完成的，该机器人自动焊接设备包括机器人焊接系统、激光寻位跟踪系统、电弧传感系统，通过三个系统相互配合，以实现坡口焊接的自动化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括：

对焊接母材进行打底焊，形成打底焊缝；

在所述打底焊缝上进行逐层焊接直至填平坡口，

在所述打底焊缝上进行逐层焊接时采用如下方式进行：

根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N；

在所述坡口底部形成第一道焊道，所述第一道焊道紧邻所述坡口的第一内侧壁；

将焊枪向所述坡口的第二内侧壁一侧偏移Z后，在所述坡口底部形成第二道焊道，Z满足等式：

Z＝(D_S-B)/(N-2)，

其中，D_S为所述当前层的坡口底部的宽度，B为所述当前层预留的所述第一道焊道和最后一道焊道的宽度和；

在所述坡口底部形成N-3道中间焊道，在形成所述中间焊道时，所述焊枪向所述坡口的第二内侧壁一侧逐道偏移ΔZ，ΔZ满足等式：

ΔZ＝Z+(D_kn-Z)/(N-2)，

其中，D_kn为所形成的上一道焊道的宽度；

在所述中间焊道与所述第二内侧壁之间形成所述当前层的最后一道焊道；

在所述坡口底部形成第一道焊道之前，所述方法还包括：确定焊接工艺参数，采用确定的焊接工艺参数进行试焊，以得到测试焊道，测量所述测试焊道，以得到所述焊道宽度，根据所述焊道宽度确定所述当前层的所述第一道焊道和最后一道焊道的宽度和，所述第一道焊道和所述最后一道焊道的宽度和等于单道所述测试焊道的焊道宽度。

2.根据权利要求1所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，在所述根据当前层的坡口底部的宽度确定当前层所需要形成的焊道数量N之前，所述方法还包括：

在所述坡口底部的长度方向间隔选取多个测量点；

在所述多个测量点处分别测量所述坡口底部的宽度，将所述多个测量点处的所述坡口底部的宽度的平均值作为所述当前层的坡口底部的宽度。

3.根据权利要求2所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，所述多个测量点沿所述坡口底部的长度方向等间隔设置。

4.根据权利要求2所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，所述当前层的坡口底部的宽度值通过安装在所述机器人上的激光测量仪测量得到。

5.根据权利要求1所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，在所述对焊接母材进行打底焊之前，所述方法还包括：

对所述焊接母材进行加工，以形成所述坡口，所述坡口的顶部的宽度满足：

|B1-B2|≤1.2*[(B1+B2)/(2×6)-2]，

其中，B1和B2分别为在所述坡口的顶部的长度方向上，所述坡口的两端的宽度。

6.根据权利要求1所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，所述机器人在焊接每层的第一道焊道时，所述焊枪与所述坡口的第一内侧壁之间的夹角为30°～35°，所述焊枪的焊丝与所述第一内侧壁的距离为1-2mm。

7.根据权利要求1所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，在焊接每层的最后一道焊道时，所述焊枪与所述第一内侧壁之间的夹角为5°～10°，所述焊枪的焊丝与所述第二内侧壁的距离为1-2mm。

8.根据权利要求1～5任一项所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，在焊接所述第二道焊道和所述中间焊道时，所述焊枪与所述坡口的第一内侧壁之间的夹角为5°～10°。

9.根据权利要求5所述的机器人自动补偿焊接方法，其特征在于，所述对所述焊接母材进行加工还包括：对所述焊接母材进行处理，使所述坡口的第一内侧壁和第二内侧壁的粗糙度小于12.5。

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