不锈钢槽型舱壁机器人焊接运用范文

摘要：针对目前化学品船中不锈钢槽型舱壁焊接的现状，应用机器人焊接集成系统进行不锈钢槽型舱壁的焊接试验，通过试验方案的介绍及试验结果的分析，得出适用于不锈钢槽型舱壁机器人焊接的优选工艺参数，验证将机器人焊接集成系统应用于不锈钢槽型舱壁焊接的可行性。试验结果表明：相对于传统的手工焊接，机器人焊接快速、稳定、光顺的焊缝成形证明焊接机器人在槽型舱壁结构自动焊接方面的高效性，并且可实现槽型舱壁大跨度复杂轨迹路径的连续焊接，为机器人焊接集成系统在不锈钢船体建造过程中的推广应用打下坚实的基础。

关键词：不锈钢槽型舱壁；机器人焊接系统；焊接工艺参数

0引言

在化学品船的结构设计中，槽型舱壁被广泛地应用，同等强度下，相较平面舱壁，槽型舱壁结构重量更轻、更节省钢材。此外，槽型舱壁消除了扶强材以及肘板的装配和焊接，大幅减少船舶建造的工作量，便于洗舱和防腐，又不影响舱容，极大地降低了船舶建造和维护的成本［1－2］。槽型舱壁的加工方式分为冷弯槽型舱壁、组合槽型舱壁、半冷弯半组合型槽型舱壁［3］。最初槽型舱壁有圆弧、三角形、矩形、梯形等不同的截面形式，但随着对槽型舱壁极限强度的深入分析可知：槽型舱壁的极限强度和用钢量会随着槽型角度的增加而呈线性上升，角度超过70°以后，用钢量上升的幅度要比极限承受力的上升幅度大［4－5］。目前不锈钢槽型舱壁的焊接工作除直线对接焊缝以外，普遍采用人工焊接，存在焊缝成形质量不稳定、焊后打磨工作量大、容易破坏不锈钢表面的钝化膜等问题。因此，开展针对不锈钢槽型舱壁与平面舱壁角焊缝的机器人焊接技术应用研究，充分利用机器人焊接系统的适用性及高效性，具有十分重要的工程意义。

1机器人焊接集成系统组成

槽型舱壁与平面壁板的装焊结构主要包含垂直槽型的T型接头焊接节点，需要采用双面焊。此结构焊缝具有轨迹跨度大、圆弧曲线多等特点。

2不锈钢槽型舱壁机器人焊接试验

2．1不锈钢T型接头焊接试验不锈钢的焊接要求非常严格，本试验在某船厂不锈钢焊接工艺规程（WeldingProcedureSpecifica－tion，WPS）的基础上进行试验验证和优化，最终得出符合焊接要求的焊接工艺参数，为不锈钢槽型舱壁的焊接工艺参数提供参考和借鉴。试验设备和材料如下。（1）试验选用KUKA公司生产的六自由度KUKAKR16L6－2型焊接机器人，并配有德国EWMPhoenix551Puls逆变分体式全数字化焊接电源。（2）试验采用的钢材是S31803，并且选取直径为1．2mm的AvestaFCW2205－PW不锈钢药芯焊丝，单盘质量20kg。（3）试验选用保护气体为100％CO2，气体流量为20～25L／min。（4）试验中选取的工件材质为S31803。

2．2焊接轨迹规划此次不锈钢槽型舱壁典型结构的焊接过程中，实际槽型舱壁焊缝的焊接轨迹程序。

2．3不锈钢槽型舱壁的焊接路径跟踪及纠偏激光跟踪系统需要激光视觉传感器对焊接区图像进行采集，对工件对象形状进行检测，提取工件特征参数，通过逆运动学求得机器人各关节位置姿态并高精度控制机器人焊枪末端。

3不锈钢槽型舱壁焊接试验分析

槽型舱壁焊接结构是由平面面板与槽型舱壁组合而成的工件，板厚为12mm，平面面板长度约为5m，宽1．6m，槽型壁板位于平面面板的正中间，沿长度方向分布有2个槽型轮廓，槽深0．9m，圆弧倒角半径为50mm，其坡口形式与上述试验工件一致。槽型舱壁焊接试验所用的保护气、焊丝、焊接电源选用的JOB号等都与不锈钢T型接头焊接试验时选用的完全相同，焊接的工艺参数为不锈钢T型接头平角焊试验得出的最优焊接工艺参数，即送丝速度6．5m／min，焊接速度为0．18m／min，电源补偿电压为9V，电流为140A，电压为30V，无摆动。试验采用路径离线编程及焊接过程纠偏技术。

4结论

本文根据槽型舱壁结构的特点采用相应的机器人焊接集成系统，通过焊接试验得出适用于板厚为12mm的小坡口（坡口深度为4．5mm）或无坡口的双相不锈钢角焊缝的焊接工艺参数，即在不锈钢T型接头平角焊中，焊接电源JOB号为212，间隙为0～2mm的情况下，采用送丝速度为6．5m／min，焊接速度为0．18m／min，电源电压为30V的焊接工艺参数，可以得到比较好的焊缝成形，验证了采用焊接机器人焊接集成系统开展不锈钢槽型舱壁典型结构自动焊接的可行性，并通过试验得到了优选的焊接工艺参数，为机器人焊接系统在不锈钢槽型舱壁焊接的推广应用打下了坚实的基础。

参考文献

［1］陈忠明，庞连杰，王华，等．槽型舱壁的建造工艺［J］．机械工程师，2016（6）：98－99．

［2］郭勤静，李磊，陈书敏，等．钻井船干货舱槽型舱壁端部节点设计［J］．船海工程，2016，45（1）：174－177．

［3］康美泽．槽型舱壁结构强度与设计优化研究［D］．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011．

［4］甘水来，李国强，李勇．基于共同规范的散货船槽型横舱壁设计研究［J］．船舶与海洋工程，2014（1）：32－38．

［5］黄磊．槽型舱壁的极限强度分析与结构优化设计［D］．武汉：武汉理工大学，2010

作者：张磊1，2；马晓平1，2；董春春1 单位：1．江苏科技大学海洋装备研究院，2.江苏现代造船技术有限公司