[发明专利]一种多轴联动空间曲线焊缝变极性等离子弧焊接方法

说明书

一种多轴联动空间曲线焊缝变极性等离子弧焊接方法，首先对工件进行焊前清洗，装配工件的焊缝位置后，使用焊接工装安装至双轴变位机，然后将焊接机器人系统安装于三轴移动直线导轨装置上，三轴移动直线导轨装置能够高、横、纵三个方向的独立调节，双轴变位机能够实现工件的双自由度翻转变位，三轴移动直线导轨装置与双轴变位机实现焊接机器人系统中安装在末端的焊枪与焊接工装上工件焊缝相对位置的实时控制，最后进行焊缝焊接轨迹试运行，修正偏差并调整焊接机器人系统的焊接参数，完成工件焊接。

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别是一种多轴联动空间曲线焊缝变极性等离子弧焊接方法。

背景技术

在大型航天器结构中，存在大量复杂形式的焊缝，如球形、圆柱形、圆台壳体与圆形、异形法兰形成的相贯线等。载人飞船、天宫系列、月球探测飞行器等舱体结构都不同程度地涉及到这类形式焊缝的焊接问题。目前大多靠手工焊来完成这类曲线焊缝的焊接。手工焊接生产过程中存在的问题主要有：1)反复补焊影响产品研制进度。手工焊接容易出现缺陷，排除缺陷和补焊的效率往往牵制结构的研制进度。2)手工氩弧焊热输入量大，焊接残余应力水平高，容易导致产品尺寸超差。3)新一代长期在轨航天器密封舱体要求在轨寿命十五年以上。手工氩弧焊工艺，焊接热输入量大，焊缝显微组织粗大，焊缝残余应力较大，应力腐蚀倾向严重，手工氩弧焊工艺已不适应长寿命、高可靠航天器结构的生产。

变极性等离子弧(VPPA)焊接方法在20世纪70年代由波音公司的Van CLEAVE采用西亚基公司制造的变极性方波电源开发出来，被誉为“零缺陷”的焊接方法，并在国外航天工业取得了成功应用。上世纪90年代初，美国 Marshall制造中心针对空间站舱体结构，最先开展了复杂曲线焊缝的VPPA自动化焊接工艺技术的研究工作，研究内容涉及了工艺装备、工艺技术、送丝机构、焊缝跟踪传感、焊接过程仿真及离线编程等方面。随后，采用6自由度机械臂配合2自由度转台焊接了空间站结构近1/3的焊缝，取得了良好的效果。但欧美国家对VPPA焊接设备核心技术、工艺及成套装备对我国进行了严密的封锁。

随着我国载人航天、深空探测工程的发展，天地往返和在轨长期飞行试验任务逐年增加，对铝合金密封舱体焊接结构的研制任务量逐年增加，必须实现批量或小批量自动化焊接生产模式，大幅度缩短焊接生产周期，对高效的空间曲线焊缝自动化焊接通用设备需求迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种多轴联动空间曲线焊缝变极性等离子弧焊接方法，通过6轴机器人配置5个外部轴协同动作，保证VPPA焊接过程中焊枪的立向上焊接姿态，尤其针对大型复杂零件的焊接具有独特的优势。

本发明的技术解决方案是：一种多轴联动空间曲线焊缝变极性等离子弧焊接方法，包括如下步骤：

步骤1、对工件进行焊前清洗，然后装配工件的焊缝位置后，使用焊接工装安装至双轴变位机；

步骤2、将焊接机器人系统安装于三维 移动直线导轨装置上，三维 移动直线导轨装置能够高、横、纵三个方向的独立调节，双轴变位机能够实现工件的双自由度翻转变位，三维 移动直线导轨装置与双轴变位机实现焊接机器人系统中安装在末端的焊枪与焊接工装上工件焊缝相对位置的实时控制；

步骤3、进行焊缝焊接轨迹试运行，修正偏差并调整焊接机器人系统的焊接参数，完成工件焊接。

所述的焊接机器人系统安装在末端的焊枪与焊接工装上焊缝的相对位置中，始终处于垂直立向上的关系。

所述的双轴变位机包括翻转轴环齿、翻转轴小齿轮、翻转电机、翻转轴齿轮、旋转轴环齿旋转轴小齿轮旋转轴齿轮、旋转电机、工作台面，其中：L形臂由翻转电机驱动，翻转电机借助翻转轴齿轮、翻转轴环齿和翻转轴小齿轮实现无间隙动力传输，工作台面由旋转电机驱动，旋转电机借助旋转轴环齿旋转轴小齿轮旋转轴齿轮实现无间隙动力传输，在水平位置装夹焊接工装(5)时，焊接时工作台面翻转变位，使焊缝与地面垂直。