本實用新型涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種機器人激光-電孤復合焊接裝置。
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),即稱復合焊接,其焊接采用小車式復合焊接機,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,本實用新型提供一種機器人激光-電孤復合焊接裝置,具有熔縫深、速度快、效率高、穩(wěn)定性強、焊縫適應性強、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,本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種機器人激光-電弧復合焊接裝置,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電嘴與焊件。
一種機器人激光-電弧復合焊接方法是: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,本實用新型的有益效果是:
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”。與激光焊相比,激光MIG復合焊可增大間隙裝配余度和熱效率,擴大了激光焊的應用范圍;與電弧焊相比,激光MIG復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)本實用新型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)本實用新型采用了智能供悍絲裝置,平衡彈簧可適應供絲盤耗絲而自動升起,保證順利供絲;
4)本實用新型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性,復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)本實用新型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是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實用新型激光頭結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本實用新型激光-MIG復合焊原理圖;
圖4是本實用新型智能供絲裝置結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本實用新型機器人激光-MIG復合焊控制原理圖;
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)合附圖對本實用新型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-電弧復合焊接裝置,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-電弧復合焊接裝置,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-電弧復合焊接裝置,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。
本實用新型將機器人技術(shù)與激光焊接技術(shù)以及MIG焊接技術(shù)復合,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。
以上實施例在以本實用新型技術(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,但本實用新型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。