[发明专利]水轮机座环焊接方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及水轮发电机座环的生产制造技术领域，具体说是一种水轮机座环的机器人自动焊方法及其装置。

背景技术

座环是水轮发电机中的重要埋设部件，将承受机组重量、混凝土重量及转轮的轴向水推力和蜗壳的内水压力，应具备足够的强度、刚度和稳定性，因此对制造过程提出了极高的要求。座环主要由上环板、下环板和一定数量的固定导叶组焊而成，每一个固定导叶和上下环板之间通过焊接连接。座环结构比较复杂，焊接难度大，焊缝质量等级高，对焊接技术提出了很高的要求。

从目前已公开和发表的技术资料来看，目前座环焊接过程中普遍采用手工气体保护焊和手工焊条电弧焊方法。在陈志强等人发表于《机电工程技术》2009年第11期的文章‘大型水轮机座环的焊接制造研究’，以及闫洵等人发表于《金属加工》2010年第12期的‘大型水电座环制作的工艺改进’等文献中，均指出了座环手工焊过程的一些困难。对于座环结构，焊接过程的主要难点在于以下几个方面：

（1）上、下环板与固定导叶装配后形成半封闭的盒装结构，固定导叶和上下环板之间的焊缝进行焊接时，操作空间小，焊接难度大；

（2）焊接预热温度高。座环焊接时至少应保证100℃以上的预热温度，通常达到130℃以上。在狭小的半封闭空间内，高温极大影响操作者的安全和焊接水平；

（3）座环零部件均为厚板，焊接填充量大，持续时间长。

由于座环焊接操作空间小、温度高、工作量大的特点，采用手工焊接的方法一方面工作效率低，劳动强度大；另一方面不利于焊接操作者的劳动安全保护，亦无法保证稳定的焊接质量。

闫洵等人发表于《金属加工》2010年第12期的‘大型水电座环制作的工艺改进’的文献中，提出了采用埋弧焊方法改进工艺的方法。但是，该方案中埋弧焊的过程仅用于上环板、下环板单个部件的拼焊，不适用于座环结构装配后固定导叶和上下环板之间的连接焊缝，所以并未解决上述的座环组焊困难。在上、下环板与固定导叶之间大量焊缝的实施过程中，文献中仍采用了手工焊的方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种水轮机座环焊接方法及其装置，实现了机器人对水轮机座环的高效自动焊接。

本发明所采用的技术方案是：

水轮机座环焊接方法，是采用机器人焊枪将固定导叶焊接在水轮机座环的上环板和下环板之间，所述焊接方法的具体步骤为：

（1）生成焊接轨迹：根据各部件的尺寸、装配和位置关系建立水轮机座环的三维模型，在固定导叶与上、下环板的相贯线上每隔50~100mm取特征点作为控制点，并将所有控制点拟合得到连续的单个固定导叶的焊接轨迹；在水轮机座环的三维模型上，将单个固定导叶的焊接轨迹整体平移，并进行局部修正，连续生成整个水轮机座环的焊接轨迹；

（2）装配水轮机座环：将上环板、下环板和固定导叶按照设计尺寸要求装配，保证装配精度；

（3）焊前预热：对被焊工件的底层焊道进行预热，预热温度根据座环部件的材料和板厚确定，为80-150℃；

（4）采用机器人焊枪进行自动焊接：预热后工件位置保持不变，调整机器人焊枪、使其焊丝端部对准固定导叶与上、下环板接合部位的焊接坡口，按照步骤（1）中设定的焊接轨迹进行焊接。

所述步骤（4）中，先焊接固定导叶一侧与上环板或下环板的焊缝，机器人焊枪由内圆侧向外圆侧进行退步焊；当焊接坡口内焊料的填充量的厚度达到焊接坡口的1/2时，调整机器人焊枪、焊接固定导叶另一侧与上环板或下环板的焊缝。

水轮机座环焊接装置，包括机器人焊枪、运动导向装置、控制系统、焊接电源和焊接送丝机构，所述运动导向装置包括弧形导轨和十字滑架变位机，弧形导轨与水轮机座环同心设置，十字滑架变位机包括配套的立柱和横梁，立柱底部与弧形导轨配合安装、并沿弧形导轨运动，机器人焊枪设置在横梁的一端；控制系统内部存储有机器人焊枪的预设焊接轨迹，并向运动导向装置和机器人焊枪发送控制信号，使按预设焊接轨迹动作。

所述弧形导轨设置在水轮机座环的外侧或内侧。

所述机器人焊枪端部设置有防碰撞传感器，与控制系统实时通信。

所述焊接电源为数字化脉冲焊接电源，通过电缆连接焊接送丝机构和机器人焊枪。

所述机器人焊枪包括机器人本体和焊枪，机器人本体的操作臂握持焊枪。

本发明所产生的有益效果是：