CN115592240A - 一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置和方法。该叶片耐磨层自动氩弧焊装置包括焊接机器人，用于对待堆焊叶片进行堆焊；变位机；焊接夹具，设置于变位机的转盘上，焊接夹具用于对待堆焊叶片进行定位。该叶片耐磨层自动氩弧焊装置能够通过自动化的方法对叶片耐磨层进行堆焊，使得耐磨层组织均匀、焊缝结合强度高，一方面，较传统的通过手工氩弧焊对叶片进行耐磨层堆焊的方法，减少了因焊工操作熟练度的不同所造成的耐磨层质量差别大这一问题，提升了涡轮叶片参数的一致性；另一方面，提高了叶片耐磨层的堆焊效率，使得叶片的加工效率得到提升，适宜推广应用。

Description

一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置和方法
技术领域
本发明涉及叶片耐磨层自动氩弧焊技术领域，尤其涉及一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置和方法。
背景技术
现有技术中，发动机低压涡轮一级工作叶片通常采用DD6单晶材料精密铸造成形，叶冠为Z型齿结构(如附图1所示)。发动机涡轮叶片在高温燃气环境和疲劳振动状态下工作，每个叶片都以榫齿方式插入涡轮盘榫槽，锯齿冠相互啮合形成一个轮缘外环。飞行过程中，叶冠相互撞击，阻尼面受到磨损，在高温环境和高压燃气的作用下，使叶片的叶根弯矩增加，引起叶片根部裂纹，出现叶片断裂事故。
为此，通常在叶冠增加耐磨层，以提高叶片使用寿命。但在机加工、试车和试飞时经常出现耐磨层脱落、掉块和相互粘连等质量问题，不能用于批生产。
目前国内通常通过手工氩弧焊堆焊制备耐磨层，手工氩弧焊堆焊时，如果热输入过高，容易在母材DD6单晶部位产生再结晶，降低叶片寿命，如果热输入过低，焊缝容易产生未熔合缺陷，耐磨块容易剥落，因此，耐磨层的质量受焊工操作影响较大，不同焊工加工出的耐磨层质量差别较大，涡轮叶片参数的一致性较差。
因此，如何提升涡轮叶片的一致性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置，以提升涡轮叶片的一致性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置，包括：
焊接机器人，用于对待堆焊叶片进行堆焊；
变位机；
焊接夹具，设置于所述变位机的转盘上，所述焊接夹具用于对待堆焊叶片进行定位。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，所述焊接夹具包括：
第一限位块，设有与所述待堆焊叶片的叶根相匹配的第一限位槽；
第二限位块，设有与所述待堆焊叶片的叶冠相匹配的第二限位槽；
辅助限位板，设置于所述第二限位块上，用于与所述待堆焊叶片的叶冠抵接，限制所述待堆焊叶片的叶冠在所述第二限位槽中的相对位置。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，所述辅助限位板转动设置于所述第二限位块，且所述辅助限位板与所述第二限位块之间设置有弹性拉力元件。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，所述第二限位块上还设有用于避让所述焊接机器人的堆焊头和用于散热的避让缺口。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，所述辅助限位板设有第一焊接槽和第二焊接槽；
其中，所述辅助限位板与所述第二限位块的侧壁贴合时，所述第一焊接槽位于所述避让缺口中，所述第二焊接槽开设于所述第一焊接槽能够与所述待堆焊叶片接触的部位。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，还包括机器人控制柜、通讯控制箱和电源，所述焊接机器人、所述变位机、所述机器人控制柜和所述通讯控制箱均与所述电源电连接，且所述机器人控制柜、所述焊接机器人和所述变位机之间通过所述通讯控制箱实现通信连接。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊装置中，还包括与所述焊接机器人通过气路连通的保护气瓶和与所述焊接机器人通过水路连通的冷却水箱，所述保护气瓶内填充有惰性保护气体，所述冷却水箱内填充有冷却液。
一种叶片耐磨层自动氩弧焊方法，应用如上所述的叶片耐磨层激光熔覆装置，包括步骤：
S1：通过焊接夹具对待堆焊叶片进行定位；
S2：通过变位机调节所述焊接夹具的位置；
S3：通过焊接机器人对所述待堆焊叶片的待堆焊部位进行堆焊。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊方法中，所述步骤S3中，预先通过焊接机器人对所述待堆焊叶片的待堆焊部位进行预热，再对待堆焊部位进行堆焊。
可选地，在上述叶片耐磨层自动氩弧焊方法中，所述步骤S3中，焊接电流为23～38A，焊接电压为8.5～18V，焊接速度为5～20cm/min，气体流量10～17L/min。
使用本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊装置时，首先通过焊接夹具将待堆焊叶片进行定位，由于焊接夹具设置于变位机的转盘上，因此，通过变位机能够调节焊接夹具的位置，使焊接夹具上的待堆焊叶片的待堆焊部位处于最佳施焊部位，待变位机调节好焊接夹具的位置后，通过焊接机器人对待堆焊叶片的待堆焊部位进行堆焊。
由此可见，本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊装置能够通过自动化的方法对叶片耐磨层进行堆焊，使得耐磨层组织均匀、焊缝结合强度高，一方面，较传统的通过手工氩弧焊对叶片进行耐磨层堆焊的方法，减少了因焊工操作熟练度的不同所造成的耐磨层质量差别大这一问题，提升了涡轮叶片参数的一致性；另一方面，提高了叶片耐磨层的堆焊效率，使得叶片的加工效率得到提升，适宜推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为现有技术中的低压涡轮工作叶片的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种焊接夹具的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的一种通过焊接夹具对待堆焊叶片定位的结构示意图。
其中，100为焊接机器人，200为变位机，201为转盘，300为焊接夹具，301为第一限位块，3011为第一限位槽，302为第二限位块，3021为第二限位槽，3022为避让缺口，303为辅助限位板，3031为第一焊接槽，3032为第二焊接槽，400为机器人控制柜，500为通讯控制箱，600为电源，700为保护气瓶，800为冷却水箱，900为待堆焊叶片，901为待堆焊部位。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置，以提升涡轮叶片的一致性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例公开了一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置，包括焊接机器人100、变位机200和焊接夹具300。
其中，焊接机器人100用于对待堆焊叶片900进行堆焊；焊接夹具300设置于变位机200的转盘201上，焊接夹具300用于对待堆焊叶片900进行定位。
使用本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊装置时，首先通过焊接夹具300将待堆焊叶片900进行定位，由于焊接夹具300设置于变位机200的转盘201上，因此，通过变位机200能够调节焊接夹具300的位置，使焊接夹具300上的待堆焊叶片900的待堆焊部位901处于最佳施焊部位，待变位机200调节好焊接夹具300的位置后，通过焊接机器人100对待堆焊叶片900的待堆焊部位901进行堆焊。
由此可见，本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊装置能够通过自动化的方法对叶片耐磨层进行堆焊，使得耐磨层组织均匀、焊缝结合强度高，一方面，较传统的通过手工氩弧焊对叶片进行耐磨层堆焊的方法，减少了因焊工操作熟练度的不同所造成的耐磨层质量差别大这一问题，提升了涡轮叶片参数的一致性；另一方面，提高了叶片耐磨层的堆焊效率，使得叶片的加工效率得到提升，适宜推广应用。
需要说明的是，本发明对上述焊接参数不作具体限定，只要是能够满足使用要求的焊接参数均属于本发明保护范围内；优选的焊接参数区间如下：焊接电流为23～38A，焊接电压为8.5～18V，焊接速度为5～20cm/min，气体流量10～17L/min，并且焊接机器人100具有弧长自动跟踪和控制功能，以保证焊接过程中焊接电弧的稳定性。
如图3和图4所示，本发明实施例所提供的焊接夹具300包括第一限位块301、第二限位块302和辅助限位板303，以通过第一限位块301、第二限位块302和辅助限位板303对待堆焊叶片900进行定位。
具体地，第一限位块301设有与待堆焊叶片900的叶根相匹配的第一限位槽3011，以通过第一限位槽3011对待堆焊叶片900的叶根进行限位；第二限位块302设有与待堆焊叶片900的叶冠相匹配的第二限位槽3021，以通过第二限位槽3021对待堆焊叶片900的叶冠进行限位；辅助限位板303设置于第二限位块302上，且位于第二限位槽3021的一侧，用于与待堆焊叶片900的叶冠抵接，限制待堆焊叶片900的叶冠在第二限位槽3021中的相对位置，起到辅助定位的作用，从而提高焊接夹具300的定位稳定性，提升堆焊精度。
应当理解，本发明对上述第一限位槽3011和第二限位槽3021的具体形状不作限定，实际应用中，可以根据叶根和叶冠的具体形状适应性修改第一限位槽3011和第二限位槽3021的形状，只要是能够满足定位要求的形状均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例中，第一限位槽3011为V型槽，以将待堆焊叶片900放置于第一限位槽3011和第二限位槽3021后，待堆焊叶片900的待堆焊部位901处于水平状态，待堆焊部位901处于焊接机器人100的最佳堆焊部位，便于焊接机器人100的焊接头对待堆焊部位901进行堆焊，第二限位槽3021为与待堆焊叶片900的叶冠匹配的形状，能够实现待堆焊叶片900在第二限位槽3021上的正反放置，以实现待堆焊叶片900的正反堆焊。
另外，辅助限位板303可以固定设置于第二限位块302，也可以活动设置于第二限位块302，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例中，辅助限位板303转动设置于第二限位块302，且辅助限位板303与第二限位块302之间设置有弹性拉力元件，以通过弹性拉力元件对辅助限位板303施加拉力，使得辅助限位板303能够始终与待堆焊叶片900抵接，提高该焊接夹具300对待堆焊叶片900的定位稳定性。
需要说明的是，上述弹性拉力元件可以是弹簧或者拉力绳等类型零件，只要是能够满足使用要求的零件类型均属于本发明保护范围内；可选地，本发明实施例所提供的弹性拉力元件为弹簧，具有较强的拉伸形变力。
另外，本发明实施例所提供的第二限位块302上还设有避让缺口3022，一方面，用于避让焊接机器人100的堆焊头的操作空间，避免与焊接机器人100的堆焊头发生干涉，另一方面，起到辅助散热的作用，将堆焊剁成中产生的热量散发出去，防止叶片基体过热而产生裂纹，使叶片使用寿命缩短。
本发明实施例所提供的辅助限位板303设有第一焊接槽3031和第二焊接槽3032；其中，辅助限位板303与第二限位块302的侧壁贴合时，第一焊接槽3031位于避让缺口3022中，第二焊接槽3032开设于第一焊接槽3031能够与待堆焊叶片900接触的部位，第一焊接槽3031的设置便于焊接机器人100移动其焊枪进行施焊，第二焊接槽3032的设置能够使待堆焊叶片900的待堆焊部位901露出，对焊接产生的焊渣进行隔挡，避免焊渣掉落并粘附在待堆焊叶片900的表面。
如图1所示，该叶片耐磨层自动氩弧焊装置还包括机器人控制柜400、通讯控制箱500和电源600，焊接机器人100、变位机200、机器人控制柜400和通讯控制箱500均与电源600电连接，以向焊接机器人100、变位机200、机器人控制柜400和通讯控制箱500供电，且机器人控制柜400、焊接机器人100和变位机200之间通过通讯控制箱500实现通信连接，以方便实时查看焊接机器人100的焊接轨迹，便于对焊接机器人100进行控制。
进一步地，本发明实施例所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊装置还包括与焊接机器人100通过气路连通的保护气瓶700和与焊接机器人100通过水路连通的冷却水箱800，保护气瓶700内填充有惰性保护气体，冷却水箱800内填充有冷却液，以通过惰性保护气体对堆焊过程中的基体熔池进行保护，减少空气对熔池侵蚀所造成的氧化，通过冷却水箱800内的冷却液使焊接机器人100的焊枪保持一定的稳定，确保使用者正常操作。
此外，本发明还公开了一种叶片耐磨层自动氩弧焊方法，应用如上所述的叶片耐磨层激光熔覆装置，包括步骤：
S1：通过焊接夹具300对待堆焊叶片900进行定位，防止待堆焊叶片900在堆焊过程中发生移动，影响焊接质量。
S2：通过变位机200调节焊接夹具300的位置，以调节焊接夹具300上待堆焊叶片900的位置，使待堆焊叶片900的待堆焊部位901处于最佳施焊部位。
S3：通过焊接机器人100对待堆焊叶片900的待堆焊部位901进行堆焊，以形成耐磨层。
使用本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊方法时，首先通过焊接夹具300将待堆焊叶片900进行定位，再通过变位机200能够调节焊接夹具300的位置，使焊接夹具300上的待堆焊叶片900的待堆焊部位901处于最佳施焊部位，待变位机200调节好焊接夹具300的位置后，通过焊接机器人100对待堆焊叶片900的待堆焊部位901进行堆焊。
由此可见，本发明所提供的叶片耐磨层自动氩弧焊方法能够通过自动化的方法对叶片耐磨层进行堆焊，使得耐磨层组织均匀、焊缝结合强度高，一方面，较传统的通过手工氩弧焊对叶片进行耐磨层堆焊的方法，减少了因焊工操作熟练度的不同所造成的耐磨层质量差别大这一问题，提升了涡轮叶片参数的一致性；另一方面，提高了叶片耐磨层的堆焊效率，使得叶片的加工效率得到提升，适宜推广应用。
进一步地，在上述步骤S3中，预先通过焊接机器人100对待堆焊叶片900的待堆焊部位901进行预热，再对待堆焊部位901进行堆焊，以减小堆焊部位裂纹倾向，提高叶片强度，延长叶片使用寿命。
应当理解，本发明对上述步骤S3中的焊接参数不作具体限定，只要是能够满足使用要求的焊接参数均属于本发明保护范围内；优选的焊接参数区间如下：焊接电流为23～38A，焊接电压为8.5～18V，焊接速度为5～20cm/min，气体流量10～17L/min，并且焊接机器人100具有弧长自动跟踪和控制功能，以保证焊接过程中焊接电弧的稳定性。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，包括：
焊接机器人，用于对待堆焊叶片进行堆焊；
变位机；
焊接夹具，设置于所述变位机的转盘上，所述焊接夹具用于对待堆焊叶片进行定位。
2.根据权利要求1所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，所述焊接夹具包括：
第一限位块，设有与所述待堆焊叶片的叶根相匹配的第一限位槽；
第二限位块，设有与所述待堆焊叶片的叶冠相匹配的第二限位槽；
辅助限位板，设置于所述第二限位块上，用于与所述待堆焊叶片的叶冠抵接，限制所述待堆焊叶片的叶冠在所述第二限位槽中的相对位置。
3.根据权利要求2所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，所述辅助限位板转动设置于所述第二限位块，且所述辅助限位板与所述第二限位块之间设置有弹性拉力元件。
4.根据权利要求2所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，所述第二限位块上还设有用于避让所述焊接机器人的堆焊头和用于散热的避让缺口。
5.根据权利要求4所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，所述辅助限位板设有第一焊接槽和第二焊接槽；
其中，所述辅助限位板与所述第二限位块的侧壁贴合时，所述第一焊接槽位于所述避让缺口中，所述第二焊接槽开设于所述第一焊接槽能够与所述待堆焊叶片接触的部位。
6.根据权利要求1所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，还包括机器人控制柜、通讯控制箱和电源，所述焊接机器人、所述变位机、所述机器人控制柜和所述通讯控制箱均与所述电源电连接，且所述机器人控制柜、所述焊接机器人和所述变位机之间通过所述通讯控制箱实现通信连接。
7.根据权利要求1所述的叶片耐磨层自动氩弧焊装置，其特征在于，还包括与所述焊接机器人通过气路连通的保护气瓶和与所述焊接机器人通过水路连通的冷却水箱，所述保护气瓶内填充有惰性保护气体，所述冷却水箱内填充有冷却液。
8.一种叶片耐磨层自动氩弧焊方法，其特征在于，应用如权利要求1至7任意一项所述的叶片耐磨层激光熔覆装置，包括步骤：
S1：通过焊接夹具对待堆焊叶片进行定位；
S2：通过变位机调节所述焊接夹具的位置；
S3：通过焊接机器人对所述待堆焊叶片的待堆焊部位进行堆焊。
9.根据权利要求8所述的叶片耐磨层自动氩弧焊方法，其特征在于，所述步骤S3中，预先通过焊接机器人对所述待堆焊叶片的待堆焊部位进行预热，再对待堆焊部位进行堆焊。
10.根据权利要求8所述的叶片耐磨层自动氩弧焊方法，其特征在于，所述步骤S3中，焊接电流为23～38A，焊接电压为8.5～18V，焊接速度为5～20cm/min，气体流量10～17L/min。
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