本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人激光-電孤復(fù)合焊接裝置與方法。

背景技術(shù)：

焊接技術(shù)就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個整體的操作方法，焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材上，常用的有電弧焊、氬弧焊、CO2保護焊、氧氣-乙炔焊以及激光焊。

液化天然氣(LNG)儲罐是儲存液化天然氣的專業(yè)產(chǎn)品，采用9％Ni低溫鋼制造，焊接方法是：環(huán)縫及平縫采用埋弧自動焊，立縫及其它焊縫采用手工電弧焊。目前LNG大型儲罐的焊接存在如下問題：9％Ni鋼焊接要求限制熱輸入量，埋弧焊的效率不能得到最大的發(fā)揮，為了減少焊接缺陷，采用直徑3.2mm以下細焊絲，犧牲焊接效率保證焊接質(zhì)量；手工電弧焊應(yīng)用靈活，但是焊接效率低。若采用激光－金屬焊絲氣體保護焊(MIG)，即稱復(fù)合焊接，其焊接采用小車式復(fù)合焊接機，這種適合于平直焊縫的自動焊接，而對于三維空間焊縫就不太適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種機器人激光-電孤復(fù)合焊接裝置與方法，具有熔縫深、速度快、效率高、穩(wěn)定性強、焊縫適應(yīng)性強、成本低的特點，可廣泛用于LNG大型儲罐、汽車、航天、船舶制造業(yè)及石油管道領(lǐng)域。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種機器人激光-電弧復(fù)合焊接裝置與方法，由機器人激光焊接裝置、MIG焊接裝置、控制單元三部分組成；所述機器人激光焊接裝置包括光纖激光器及控制單元、焊接機器人、激光頭單元，所述MIG焊接裝置包括電弧焊槍、焊槍調(diào)節(jié)固定架、智能供絲裝置；所述智能供絲裝置與電弧焊槍尾部相連為其提供焊絲，所述電弧焊槍安裝在焊槍調(diào)節(jié)固定架上，焊槍調(diào)節(jié)固定架安裝在機器人激光焊接裝置的激光頭上，控制單元通過電路與機器人激光焊接裝置及MIG焊接裝置連接并控制上述裝置。

所述焊接機器人包括機座、水平回轉(zhuǎn)盤、大臂、小臂、機器人手腕以及機器人控制器；所述水平回轉(zhuǎn)盤安裝在機座上，水平回轉(zhuǎn)盤與大臂通過臂關(guān)節(jié)連接，大臂與小臂通過肘關(guān)節(jié)連接，小臂與機器人手腕通過腕關(guān)節(jié)連接；機器人控制器通過電路與上述部件連接并控制上述部件。

所述激光頭單元包括激光頭、激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊、連接盤、攝像頭，所述激光頭包括激光整理腔、聚光鏡、擴光系統(tǒng)、動態(tài)聚焦系統(tǒng)，所述攝像頭安裝在激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊上，所述激光頭通過激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊以及連接盤與機器人手腕連接；所述光纖激光器及控制單元與激光頭單元通過光纖機關(guān)器傳輸光纖及電纜連接，所述光纖機關(guān)器傳輸光纖及電纜通過固定環(huán)固定在焊接機器人上。

所述焊槍調(diào)節(jié)固定架設(shè)有弧形槽，電弧焊槍可沿弧形槽調(diào)整焊接角度。所述智能供絲裝置由供絲裝置支座、平衡彈簧、支撐軸、下傳動輪、上傳動輪，所述平衡彈簧一端安裝在支座上，另一端與支承軸連接，平衡彈簧可適應(yīng)供絲盤耗絲而自動升起，保證順利供絲。

所述控制單元以系統(tǒng)控制器為控制核心分別與光纖激光調(diào)控單元、視覺焊縫跟蹤單元、機器人控制器、電弧焊電源、以及輔助氣體相連，所述電弧焊電源兩級通過電流傳感器分別與接至導(dǎo)電嘴與焊件。

一種機器人激光-電弧復(fù)合焊接方法是：將機器人技術(shù)與激光焊接技術(shù)以及MIG焊接技術(shù)復(fù)合，激光作用與母材形成匙孔獲得大的熔深，MIG電弧則覆蓋較寬的焊接區(qū)域，機器人參與焊接可方便的實現(xiàn)三維操作，實現(xiàn)焊接操作自動化，提高生產(chǎn)效率與焊接產(chǎn)品質(zhì)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)激光作用于母材形成匙孔獲得大的熔深，MIG電弧則覆蓋較寬的焊接區(qū)域，焊絲熔化形成焊縫。激光與電弧作用于同一熔池時，不同熱源之間存在“協(xié)同效應(yīng)”。與激光焊相比，激光MIG復(fù)合焊可增大間隙裝配余度和熱效率，擴大了激光焊的應(yīng)用范圍；與電弧焊相比，激光MIG復(fù)合焊可提高電弧的穩(wěn)定性和功率密度，從而進一步提高焊縫熔深及焊接速度，改善焊縫質(zhì)量。特別是，激光MIG復(fù)合焊單位線能量低、焊接變形小，與激光焊相當，而同時熔深大、焊接速度快，比激光焊和電弧焊都要好，所以，具備了用于LNG 9％Ni鋼大型儲罐焊接的重要技術(shù)特點；

2)本發(fā)明采用了大功率光纖激光器，較CO₂激光器同功率下，體積和總功耗都明顯下降；

3)本發(fā)明采用了智能供悍絲裝置，平衡彈簧可適應(yīng)供絲盤耗絲而自動升起，保證順利供絲；

4)本發(fā)明采用了機器人參與焊接，可以方便的實現(xiàn)三維操作，該系統(tǒng)焊接工藝穩(wěn)定并具有很強的焊接適應(yīng)性，復(fù)雜焊接可通過編程實現(xiàn)，也可通過示教來完，將大大提高生產(chǎn)效率；

5)本發(fā)明采用了視覺焊縫跟蹤系統(tǒng)，可實時監(jiān)示焊接過程，確保焊接質(zhì)量，具有很大的工程實用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明激光頭結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明激光-MIG復(fù)合焊原理圖；

圖4是本發(fā)明智能供絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明機器人激光-MIG復(fù)合焊控制原理圖；

圖中：1-焊絲 2-工件 3-激光束 4-連接盤 5-機器人手腕 6-腕關(guān)節(jié) 7-光纖激光器傳輸光纖及電纜 8-小臂 9-輸氣管 10-肘關(guān)節(jié) 11-固定環(huán) 12-大臂 13-臂關(guān)節(jié) 14-水平回轉(zhuǎn)盤 15-機座 16-智能供絲裝置 17-光纖激光器及焊接單元 18-激光頭單元 19-激光頭 20-激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊 21-攝像頭 22-電弧焊槍 23-悍槍調(diào)節(jié)固定架 24-固定旋鈕 25-輔助供氣管 26-激光整理箱 27-聚光鏡 28-擴束系統(tǒng) 29-動態(tài)聚焦系統(tǒng) 30-供絲裝置支座 31-平衡彈簧 32-支撐軸 33-下傳動輪 34-上傳動輪 35-機器人激光焊接裝置 36-MIG焊接裝置 37-弧形槽 38-焊接機器人

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，一種機器人激光-電弧復(fù)合焊接裝置與方法，由機器人激光焊接裝置35、MIG焊接裝置36、控制單元三部分組成；所述機器人激光焊接裝置35包括光纖激光器及控制單元17、焊接機器人38、激光頭單元18，所述MIG焊接裝置36包括電弧焊槍22、焊槍調(diào)節(jié)固定架23、智能供絲裝置16；所述智能供絲裝置16與電弧焊槍22尾部相連為其提供焊絲，所述電弧焊槍22安裝在焊槍調(diào)節(jié)固定架23上，焊槍調(diào)節(jié)固定架23安裝在機器人激光焊接裝置35的激光頭19上，控制單元通過電路與機器人激光焊接裝置35及MIG焊接裝置36連接并控制上述裝置。

所述焊接機器人38包括機座15、水平回轉(zhuǎn)盤14、大臂12、小臂8、機器人手腕5以及機器人控制器；所述水平回轉(zhuǎn)盤14安裝在機座15上，水平回轉(zhuǎn)盤14與大臂12通過臂關(guān)節(jié)連接13，大臂12與小臂8通過肘關(guān)節(jié)10連接，小臂8與機器人手腕5通過腕關(guān)節(jié)6連接；機器人控制器通過電路與上述部件連接并控制上述部件，焊接機器人38適用于三維空間焊縫，模擬人體手臂形成多種焊接姿態(tài)，將激光頭19送到任意空間位置，從而提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量。

所述激光頭單元18包括激光頭19、激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊20、連接盤4、攝像頭21，所述攝像頭21安裝在激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊20上，所述激光頭19通過激光頭與腕關(guān)節(jié)連接塊20以及連接盤4與機器人手腕5連接；所述光纖激光器及控制單元17與激光頭單元18通過光纖機關(guān)器傳輸光纖及電纜7連接，所述光纖機關(guān)器傳輸光纖及電纜7通過固定環(huán)11固定在焊接機器人上。

所述焊槍調(diào)節(jié)固定架23設(shè)有弧形槽37，電弧焊槍22通過固定旋鈕24固定在弧形槽上37，可沿弧形槽37調(diào)整焊接角度。

如圖2所示，一種機器人激光-電弧復(fù)合焊接裝置與方法，所述激光頭19包括激光整理腔26、聚光鏡27、擴光系統(tǒng)28、動態(tài)聚焦系統(tǒng)29。

如圖4所示，所述智能供絲裝置16由供絲裝置支座30、平衡彈簧31、支撐軸32、下傳動輪33、上傳動輪44組成，所述平衡彈簧31一端安裝在支座30上，另一端與支承軸32連接，平衡彈簧31可適應(yīng)供絲盤耗絲而自動升起，保證順利供絲。

如圖5所示，所述一種機器人激光-電弧復(fù)合焊接裝置與方法，所述控制單元以系統(tǒng)控制器為控制核心分別與光纖激光調(diào)控單元、視覺焊縫跟蹤單元、機器人控制器、電弧焊電源、以及輔助氣體相連，所述電弧焊電源兩級通過電流傳感器分別與接至導(dǎo)電嘴與焊件。具體的控制流程為：系統(tǒng)控制器向機器人控制器發(fā)出啟動信號，機器人控制器命令焊接機器人進行工作，當焊槍與工件距離達到已設(shè)定值，機器人控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號。系統(tǒng)控制器同時向電弧焊電源與光纖激光器發(fā)出指令，焊接開始。通過機器人控制器可以精確的控制焊接軌跡，視覺焊縫跟蹤單元實時監(jiān)控焊接情況并向系統(tǒng)控制器反饋，保證焊接穩(wěn)定，供絲單元可持續(xù)穩(wěn)定的提供焊絲。

本發(fā)明將機器人技術(shù)與激光焊接技術(shù)以及MIG焊接技術(shù)復(fù)合，激光作用與母材形成匙孔獲得大的熔深，MIG電弧則覆蓋較寬的焊接區(qū)域，機器人參與焊接可方便的實現(xiàn)三維操作，實現(xiàn)焊接操作自動化，提高生產(chǎn)效率與焊接產(chǎn)品質(zhì)量。

以上實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。上述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。