CN203484814U - 一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽轮机领域，尤其涉及一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，包括轨道、六轴焊接机器人、双轴翻转变位机、激光扫描传感器、焊接电源、散热机构和焊接过程监控器，轨道横向设置，六轴焊接机器人位于轨道上，在轨道旁设置有焊接过程监控器，在各轨道的两侧均设置有双轴翻转变位机，在双轴翻转变位机上装有散热机构，在六轴焊接机器人的末关节上固定有激光扫描传感器和焊枪。本实用新型的叶片焊接全流程自动完成，不需要人工参与；能够适应各个叶片焊缝在一定范围内的变化；焊接效率相比于手工焊有极大提高；焊接过程监控系统使每块叶片的生产过程有记录可查；冷弧焊机与常规焊机相比能够大大降低热输入量，从而减少叶片变形。

Description

一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统

技术领域

本实用新型涉及汽轮机领域，尤其涉及一种汽轮机用空心叶片自动化焊接系统。

背景技术

空心叶片是汽轮机的关键部件，又是最精细、最重要的部件之一。叶片工作条件极苛刻，承受高温、高压、离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。汽轮机叶片的空气动力学性能、加工几何形状、表面粗糙度、安装间隙及运行工况、结垢等因素均影响汽轮机的效率、出力。汽轮机叶片的结构设计、振动强度及运行方式则对机组的安全可靠性起决定性的影响。

汽轮机第五级空心静叶片的焊接制造是叶片制造的难点。主要原因是汽轮机第五级空心静叶片的空心结构、壁薄、尺寸大，与此同时，叶片整体焊接变形需要极其精确的控制，并且不能存在过大的残余应力，焊接成型成为叶片加工制造的难题。

目前我国很多汽轮机发电设备中的空心静叶片都是国外进口的，例如西门子公司的空心叶片基本是采用激光焊接，焊接时叶片不易变形，但是进口叶片的价格非常昂贵，导致汽轮机发电设备的制造成本加大。此外，法国阿尔斯通公司的空心叶片主要是采用五段或七段药芯焊接方法，焊接变形能够有效控制，但是由于焊接接头数过多，焊接质量较难控制。

如专利申请号为200810021508，申请日2008年7月30日，名称为“汽轮机空心静叶片焊接制造方法”的发明专利，其技术方案为：本发明为汽轮机空心静叶片焊接制造方法。使用现有的焊接设备，可以生产出高质量的空心叶片，而且对操作工人的技术要求不需要很高，只要焊接工艺评定合格的焊接工人即可，生产成本低，易于国内推广，可以生产出其它牌号钢材和各种截面形状的空心叶片。其特征在于：其按照以下步骤顺序进行，交互点焊进气边、出汽边、交互进行出汽边打底焊和进气边打底焊、全焊出汽边、全焊进气边。

现有对空心叶片进行自动化焊接有如下问题：1、空心叶片为人工装配，每片之间均存在装配误差导致每条焊缝的空间位置不一，重复工作的焊接专机和示教再现型焊接机器人难以满足要求；2、每片空心叶片具有四条彼此不在同一平面内的空间直线焊缝，焊接时难以保证施焊焊缝基本保持水平；3、叶片都具有一个变形量的限制，超过该限制即为不合格产品；4、焊接过程不具有可追溯性，出现问题不能及时发现。

发明内容

为了克服现有的空心叶片焊接系统存在的上述问题，现特别提出一种高效、可靠、安全的汽轮机空心静叶片自动化焊接系统。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：包括轨道、六轴焊接机器人、双轴翻转变位机、激光扫描传感器、焊接电源、散热机构和焊接过程监控器，所述轨道横向设置，六轴焊接机器人位于轨道上，在所述轨道旁设置有焊接过程监控器，在各轨道的两侧均设置有双轴翻转变位机，在所述双轴翻转变位机上装有散热机构，在所述六轴焊接机器人的末关节上固定有激光扫描传感器和焊枪。

所述轨道安装在系统中部，所述双轴翻转变位机为四台，四台双轴翻转变位机两两一边分隔在轨道的两侧。

所述的激光扫描传感器与六轴焊接机器人信号连接，所述激光扫描传感器包括前置的一字线性激光。激光扫描传感器是对每段要焊接的叶片焊缝进行预先扫描，确定焊缝相对于焊接机器人的空间位置，以此控制机器人进行焊接；所述激光扫描传感器通过获取前置一字线性激光照射在焊缝上产生的激光条纹图像，进行图像处理，获取焊缝三维位置信息；所述激光扫描传感器得到焊缝起始点、焊缝和焊缝终点的位置信息。

所述的双轴翻转变位机属于双轴翻转变位机工位，所述用于保持焊接时焊缝处于水平位置的双轴翻转变位机与六轴焊接机器人信号连接，并在到达焊接位置后将信息反馈给六轴焊接机器人；所述双轴翻转变位机工位还包括叶片工装，所述用于将叶片固定在双轴翻转变位机上并实现焊接时接地的叶片工装与双轴翻转变位机固定相连。

所述双轴翻转变位机与接地铜桩相连，叶片通过导电的叶片工装与变位机连通，双轴翻转变位机是在两个自由度上调节叶片，在四条叶片焊缝分别处于水平的位置，同时发送信号至机器人控制器，让机器人准备开始焊接。

所述的焊接电源通过机器人控制器与六轴焊接机器人连接，作用是完成空心叶片四条焊缝的焊接，所述焊接电源采用低热输入焊接电源，控制热输入从而降低焊接变形，焊接热输入越小，引起的焊接变形越小；焊接时，在短路过渡过程中，焊丝熔滴接触到工件的一瞬间，焊接电源自动将电流降低到接近0A。在短路过渡完成后，焊接电源自动将电流恢复到正常焊接电流。以此循环，完成整个焊接过程；目前手工焊接为控制变形分为7段进行焊接，采用此低热输入电源后，在满足变形的情况下，可以简化为3段焊接。

所述的散热机构包括散热体、支撑架和装夹机构，所述散热体通过弹簧与支撑架连接，并与叶片进气边筋条接触，在焊接过程中，通过与叶片进气边筋条接触，扩大筋条的散热面积，降低叶片温度和加大降温速度，减小叶片焊接变形，所述装夹机构为夹板结构，包括上夹板和下夹板，两夹板之间采用螺栓或弹簧相连。

所述的焊接过程监控器包括霍尔传感器、主机、数据处理器和显示屏，所述霍尔传感器与数据处理器信号连接，数据处理器与主机信号连接，主机与与显示屏信号连接。

所述霍尔传感器首先将采集到的实时数据发送到数据处理器，经过处理后在发送给主机，通过前端软件将结果显示在显示屏上 ，其作用是对焊接过程中的参数进行在线显示、分析和储存，便于现场施工人员快速分析和判断，并能够对每条焊缝的焊接参数进行记录，使每块叶片的焊接具有可追溯性。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的叶片焊接全流程自动完成，不需要人工参与；能够适应各个叶片焊缝在一定范围内的变化；焊接效率相比于手工焊有极大提高；焊接过程监控系统使每块叶片的生产过程有记录可查；冷弧焊机与常规焊机相比能够大大降低热输入量，从而减少叶片变形。

2、本实用新型的六轴焊接机器人与双轴翻转变位机配合，能够使机器人完整焊接空心叶片的全部焊缝，激光跟踪传感器能够帮助机器人找到正确的焊缝位置，焊接电源和散热机构能够控制焊接的热输入从而控制叶片变形，焊接过程监控器能够记录每块叶片的焊接生产参数，使叶片产品具有可追溯性。

3、本实用新型的散热体与空心叶片进气边筋条相互接触；支撑架与散热体固定连接，可以对散热体起到支撑作用；装夹机构固定在空心叶片的两端，与支撑架连接可以固定支撑架。本实用新型的散热体具有柔性，耐高温，导热性好，可与空心叶片进气边筋条保持紧密接触，并且在筋条焊接变形时可允许散热体跟随筋条在一定范围内移动，以使二者始终保持接触；散热体与空心叶片进气边筋条之间的接触不影响焊接过程。本实用新型的装夹机构有两个，分别装在空心叶片的两侧，并与支撑架的两端连接，以保持散热装置与空心叶片之间的相对固定；装夹机构与空心叶片的连接形式为夹板固定，夹板之间采用螺栓或弹簧的方式提供预紧力；装夹机构的夹板与支撑架采用焊接或其他连接方式，以固定支撑架。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型散热机构示意图。

图3为本实用新型散热机构的部分示意图。

图4为本实用新型散热机构的支撑架结构示意图。

图5为本实用新型散热机构的装夹机构结构示意图。

附图中：轨道1、六轴焊接机器人2、双轴翻转变位机3、激光扫描传感器4、焊接电源5、散热机构6、焊接过程监控器7，散热体61，支撑架62，装夹机构63，上夹板64，下夹板65，弹簧66。

具体实施方式

一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统包括轨道1、六轴焊接机器人2、双轴翻转变位机3、激光扫描传感器4、焊接电源5、散热机构6和焊接过程监控器，所述轨道1横向设置，六轴焊接机器人2位于轨道1上，在所述轨道1旁设置有焊接过程监控器，在各轨道1的两侧均设置有双轴翻转变位机3，在所述双轴翻转变位机3上装有散热机构6，在所述六轴焊接机器人2的末关节上固定有激光扫描传感器4和焊枪。

所述轨道1安装在系统中部，所述双轴翻转变位机3为四台。四台双轴翻转变位机3两两一边分隔在轨道1的两侧。

所述的激光扫描传感器4与六轴焊接机器人2信号连接，所述激光扫描传感器4包括前置的一字线性激光。激光扫描传感器4是对每段要焊接的叶片焊缝进行预先扫描，确定焊缝相对于焊接机器人的空间位置，以此控制机器人进行焊接；所述激光扫描传感器4通过获取前置一字线性激光照射在焊缝上产生的激光条纹图像，进行图像处理，获取焊缝三维位置信息；所述激光扫描传感器4得到焊缝起始点、焊缝和焊缝终点的位置信息。

所述的双轴翻转变位机3属于双轴翻转变位机3工位，所述用于保持焊接时焊缝处于水平位置的双轴翻转变位机3与六轴焊接机器人2信号连接，并在到达焊接位置后将信息反馈给六轴焊接机器人2；所述双轴翻转变位机3工位还包括叶片工装，所述用于将叶片固定在双轴翻转变位机3上并实现焊接时接地的叶片工装与双轴翻转变位机3固定相连。

所述双轴翻转变位机3与接地铜桩相连，叶片通过导电的叶片工装与变位机连通，双轴翻转变位机3是在两个自由度上调节叶片，在四条叶片焊缝分别处于水平的位置，同时发送信号至机器人控制器，让机器人准备开始焊接。

所述的焊接电源5通过机器人控制器与六轴焊接机器人2连接，作用是完成空心叶片四条焊缝的焊接，所述焊接电源5采用低热输入焊接电源5，控制热输入从而降低焊接变形，焊接热输入越小，引起的焊接变形越小；焊接时，在短路过渡过程中，焊丝熔滴接触到工件的一瞬间，焊接电源5自动将电流降低到接近0A。在短路过渡完成后，焊接电源5自动将电流恢复到正常焊接电流。以此循环，完成整个焊接过程；目前手工焊接为控制变形分为7段进行焊接，采用此低热输入电源后，在满足变形的情况下，可以简化为3段焊接。

所述的散热机构6包括61散热体、支撑架62和装夹机构63，所述散热体61通过弹簧66与支撑架62连接，并与叶片进气边筋条接触，在焊接过程中，通过与叶片进气边筋条接触，扩大筋条的散热面积，降低叶片温度和加大降温速度，减小叶片焊接变形。所述装夹机构63为夹板结构，包括上夹板64和下夹板65，两夹板之间采用螺栓或弹簧66相连。

所述的焊接过程监控器包括霍尔传感器、主机、数据处理器和显示屏，所述霍尔传感器与数据处理器信号连接，数据处理器与主机信号连接，主机与与显示屏信号连接。

所述霍尔传感器首先将采集到的实时数据发送到数据处理器，经过处理后在发送给主机，通过前端软件将结果显示在显示屏上 ，其作用是对焊接过程中的参数进行在线显示、分析和储存，便于现场施工人员快速分析和判断，并能够对每条焊缝的焊接参数进行记录，使每块叶片的焊接具有可追溯性。本文中的双轴翻转变位机3为现有领域公知的双轴翻转变位机3。

Claims (8)

1.一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：包括轨道（1）、六轴焊接机器人（2）、双轴翻转变位机（3）、激光扫描传感器（4）、焊接电源（5）、散热机构（6）和焊接过程监控器，所述轨道（1）横向设置，六轴焊接机器人（2）位于轨道（1）上，在所述轨道（1）旁设置有焊接过程监控器，在各轨道（1）的两侧均设置有双轴翻转变位机（3），在所述双轴翻转变位机（3）上装有散热机构（6），在所述六轴焊接机器人（2）的末关节上固定有激光扫描传感器（4）和焊枪。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述轨道（1）安装在系统中部，所述双轴翻转变位机（3）为四台，四台双轴翻转变位机（3）两两一边分隔在轨道（1）的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述的激光扫描传感器（4）与六轴焊接机器人（2）信号连接，所述激光扫描传感器（4）包括前置的一字线性激光。

4.根据权利要求3所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述的双轴翻转变位机（3）属于双轴翻转变位机（3）工位，所述用于保持焊接时焊缝处于水平位置的双轴翻转变位机（3）与六轴焊接机器人（2）信号连接；所述双轴翻转变位机（3）工位还包括叶片工装，所述用于将叶片固定在双轴翻转变位机（3）上并实现焊接时接地的叶片工装与双轴翻转变位机（3）固定相连。

5.根据权利要求4所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述双轴翻转变位机（3）与接地铜桩相连。

6.根据权利要求5所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述的焊接电源（5）通过机器人控制器与六轴焊接机器人（2）连接，所述焊接电源（5）采用低热输入焊接电源（5）。

7.根据权利要求6所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述的散热机构（6）包括散热体（61）、支撑架（62）和装夹机构（63），所述散热体（61）通过弹簧（66）与支撑架（62）连接，并与叶片进气边筋条接触，在焊接过程中，通过与叶片进气边筋条接触，扩大筋条的散热面积，降低叶片温度和加大降温速度，减小叶片焊接变形，所述装夹机构（63）为夹板结构，包括上夹板（64）和下夹板（65），两夹板之间采用螺栓或弹簧相连。

8.根据权利要求7所述的一种汽轮机空心静叶片自动化焊接系统，其特征在于：所述的焊接过程监控器包括霍尔传感器、主机、数据处理器和显示屏，所述霍尔传感器与数据处理器信号连接，数据处理器与主机信号连接，主机与与显示屏信号连接。

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