CN113399793A - 一种薄壁钛管机器人焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁钛管机器人焊接方法，涉及焊接技术领域，包括如下步骤：将采集装置固定在支架上，连接好数据线，把机器人与采集装置的信号同时连接到计算机；使氩弧焊机的焊枪钨极移动到薄壁钛管的正前方；启动采集装置，利用采集装置检测薄壁钛管管头的形状并对管头进行三维分析，并将管头的三维模型参数输入计算机，得到管头的三维模型；计算机根据管头的三维模型，动态控制机器人的位置和姿态，使氩弧焊机的焊枪沿管头三维模型的轮廓运动并调整焊枪钨极与薄壁钛管端面的距离，同时控制氩弧焊机对管板上的薄壁钛管管头进行自动焊接。通过在焊接过程中调整焊枪与管头端面的距离并调整焊接参数，以提高机器人焊接薄壁钛管的焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种薄壁钛管机器人焊接方法。
背景技术
薄壁钛管焊是一项难度极高的工作，因为钛是一种活跃金属，换热器用钛管(TA2)在350℃以上会强烈吸气、脆化、产生气孔及开裂，性能严重下降。焊接时如果没有情性气体保护，则会发生剧烈燃烧。TA2钛管熔点较高，导热差，比热小，线能量大时，冷却慢，易使晶体粗大，塑性降低，线能量小时，冷却快，又会出现a相(钛马氏体)，塑性下降。
薄壁钛管焊接前需要切除多余的钛管管头，切除后的管头受到刀具刃口变化和机械振动的影响，其切口的形状、留下管头的高度是不规则的。手工氩弧焊的缺点是对工人技术要求较高，焊枪会振动，焊接速度会改变，造成焊缝不光滑均匀，焊接速度慢，质量不稳定。
现有机器人焊接采用焊缝视觉跟踪，只能自动保持焊丝与焊缝的相对位置不变，但不能识别切口的形状和管头的高度，不适用与薄壁钛管自熔焊接。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种薄壁钛管机器人焊接方法，能够根据薄壁钛管管头的轮廓对氩弧焊机的焊枪位置进行调整，以得到合格的焊缝。
本发明实施例的薄壁钛管机器人焊接方法，包括如下步骤：将氩弧焊机安装到机器人的腕部法兰上；将采集装置固定在支架上，连接好数据线，把机器人与采集装置的信号同时连接到计算机；使氩弧焊机的焊枪钨极移动到薄壁钛管的正前方；启动采集装置，利用采集装置检测薄壁钛管管头的形状并对管头进行三维分析，并将管头的三维模型参数输入计算机，得到管头的三维模型；计算机根据管头的三维模型，动态控制机器人的位置和姿态，使氩弧焊机的焊枪沿管头三维模型的轮廓运动并调整焊枪钨极与薄壁钛管端面的距离，同时控制氩弧焊机对管板上的薄壁钛管管头进行自动焊接。
在进一步的实施例中，焊接时，根据薄壁钛管的高度及厚度动态设定氩弧焊机的焊接参数。
在进一步的实施例中，对管头进行焊接时，在焊接全过程开启氩气气压报警装置，以确保氩气气压符合设定压力。
在进一步的实施例中，所述机器人为六轴机器人。
在进一步的实施例中，所述采集装置为3D摄像机。
在进一步的实施例中，使安装在管板上的薄壁钛管伸出管板端面1-2mm。
在进一步的实施例中，焊接前，利用胀管机将管头与管板进行贴胀处理。
根据本发明实施例的薄壁钛管机器人焊接方法，至少具有如下有益效果：利用采集装置对薄壁钛管管头进行三维分析并得到管头的三维模型。焊接时，根据得到的管头三维模型动态调整氩弧焊机的焊枪与薄壁钛管端面的距离，同时控制氩弧焊机对薄壁钛管管头进行自动焊接。通过在焊接过程中动态调整焊枪与管头端面的距离，以得到合格的焊缝，能够提高机器人焊接薄壁钛管的焊接质量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例的薄壁钛管的机器人焊接示意图。
附图标记：
管板1，薄壁钛管2，机器人11，支架12,，3D摄像机13，氩弧焊机14。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参见图1，本发明实施例的薄壁钛管机器人焊接方法，包括如下步骤：
将氩弧焊机14安装到机器人11的腕部法兰上。
利用机器人11带动氩弧焊机14在管板1前移动，以满足焊接动作需求。
将采集装置固定在支架12上，连接好数据线，把机器人11与采集装置的信号同时连接到计算机。采集装置拍摄到的薄壁钛管2管头图片通过数据线传输到计算机中，以进行管头三维模型的构建工作。
其中，支架12和机器人11均安装在焊接平台上，焊接平台能够带动机器人11及支架12在管板1前移动，使采集装置能够从不同角度对薄壁钛管2管头进行拍照，以确保得到的三维模型的准确性。
使氩弧焊机14的焊枪钨极移动到薄壁钛管2的正前方。使焊枪钨极对准薄壁钛管2的管孔中心，得到焊枪钨极的定位基准，方便后续进行焊接工作。
启动采集装置，利用采集装置检测管头形状并对管头进行三维分析，并将管头的三维模型参数输入计算机，得到管头的三维模型。根据得到的管头三维模型，计算出薄壁钛管2管头各位置伸出管板1端面的长度，并得到管头圆周上各点的切口形状，以作为机器人11的位置和姿态的调控数据。
本实施例中，采集装置为3D摄像机13。利用3D摄像机13获取薄壁钛管2管头的图像，进而获得管头的三维模型。
计算机根据管头的三维模型，动态控制机器人11的位置和姿态，使氩弧焊机14的焊枪按管头的三维模型的轮廓运动并动态调整焊枪钨极与薄壁钛管2端面的距离，同时控制氩弧焊机14对管板1上的薄壁钛管2管头进行自动焊接。
在焊接时，根据得到的管头三维模型动态调整氩弧焊机14的焊枪与薄壁钛管2管头端面的距离，同时控制氩弧焊机14对薄壁钛管2管头进行自动焊接。通过在焊接过程中调整焊枪与管头端面的距离，以得到合格的焊缝，能够提高机器人11焊接薄壁钛管2的焊接质量。
焊接时，根据薄壁钛管2的高度及厚度动态设定氩弧焊机14的焊接参数。需要理解的是，此处的“薄壁钛管2的高度”指的是薄壁钛管2伸出管板1端面的长度。
在本实施例中，动态设定的焊接参数为电流。在焊接过程中，根据三维分析得到的三维模型，得出焊接点处薄壁钛管2的高度及薄壁钛管2的厚度，可计算出该处焊接时需要融化的钛管材料的体积或质量，进而确定该焊接位置的最佳焊接电流。通过动态调整管头轮廓上不同焊接位置的焊接电流，能够使氩弧焊机14在管头的各个焊接位置都处于最佳的焊接状态，进而提高薄壁钛管2的焊接质量。
在另外一些实施例中，焊接参数还可以是焊接电压或者同时调整焊接电压和焊接电流，以使氩弧焊机14处于最佳的焊接状态。
一般来说，同一型号的薄壁钛管2的厚度是固定的。在焊接时，计算机只需根据三维模型，得到管头伸出管板1端面的长度，确定该焊接位置所需融化的材料，便能够确定相应的焊接参数。
焊接时，在焊接全过程开启氩气气压报警装置，以确保氩气气压符合设定压力。进行薄壁钛管2焊接时，如果没有情性气体保护，则会发生剧烈燃烧。利用氩气气压报警装置对氩气气压进行检测，当氩气气压不足时及时发出警报提醒技术人员，有利于提高焊接的合格率，进而降低制造成本。
机器人11为六轴机器人。由于切除后的薄壁钛管2管头受到刀具刃口变化和机械振动的影响，管头切口的形状是不规则、伸出管板1端面的长度是不统一的。在焊接过程中，为了得到更加均匀、漂亮的焊缝，需要对焊枪与管头端面的距离以及焊枪的焊接角度进行适应性调整。六轴机器人能够实现任意角度的调整，有利于提高薄壁钛管2管头的焊接质量。
薄壁钛管2预留有1-2mm的长度伸出管板1。为了确保薄壁钛管2与管板1得到有效密封，将薄壁钛管2伸出管板1端面1-2mm，以使氩弧焊机14能够对管头进行有效焊接，避免了漏焊或缺焊的情况。
焊接前，利用胀管机将管头与管板1进行贴胀。焊接前对管头和管板1进行贴胀处理，使薄壁钛管2的管头与管板1紧密贴合，有效避免了薄壁钛管2与管孔之间的间隙过大而导致焊接时管壁无法与管板1焊接的情况。
需要理解的是，管头的端面指的是薄壁钛管2被切削的切削面，管头的高度指的是切削面与管板1端面的距离。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
Claims (7)
1.一种薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
将氩弧焊机安装到机器人的腕部法兰上；
将采集装置固定在支架上，连接好数据线，把机器人与采集装置的信号同时连接到计算机；
使氩弧焊机的焊枪钨极移动到薄壁钛管的正前方；
启动采集装置，利用采集装置检测薄壁钛管管头的形状并对管头进行三维分析，并将管头的三维模型参数输入计算机，得到管头的三维模型；
计算机根据管头的三维模型，动态控制机器人的位置和姿态，使氩弧焊机的焊枪沿管头三维模型的轮廓运动并动态调整焊枪钨极与薄壁钛管端面的距离，同时控制氩弧焊机对管板上的薄壁钛管管头进行自动焊接。
2.根据权利要求1所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，焊接时，根据薄壁钛管的高度及厚度动态设定氩弧焊机的焊接参数。
3.根据权利要求1或2所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，对管头进行焊接时，在焊接全过程开启氩气气压报警装置，以确保氩气气压符合设定压力。
4.根据权利要求1所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，所述机器人为六轴机器人。
5.根据权利要求1所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，所述采集装置为3D摄像机。
6.根据权利要求1所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，使安装管板上的薄壁钛管伸出管板端面1-2mm。
7.根据权利要求1所述的薄壁钛管机器人焊接方法，其特征在于，焊接前，利用胀管机将管头与管板进行贴胀处理。
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