CN113977195B - 一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，属于汽轮发电机产品制造领域，解决接地块纯铜层焊接效率低下、焊接质量不佳、加工后返修率高的问题。本发明的主要技术方案是将传统的手工焊接改变为自动化焊接，利用编程技术，实现一键启动焊接；在焊接过程中，利用反变形法可一次焊接完成两件，并有效控制焊接变形，同时采用最佳的焊接参数和预热温度，显著提高生产效率，提升焊接质量，降低焊后返修率，节约生产成本。
Description
技术领域：
本发明涉及汽轮发电机产品制造领域，尤其涉及一种汽轮发电机机座接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法。
背景技术：
接地块是汽轮发电机定子机座的重要部件，安装在机座外表面，通过线缆与大地相连，将机座外壳附带的电流引入地下，起漏电保护的作用。接地块为碳钢材料，为提高其导电性能，通常在其表面制备厚度为4mm～6mm的纯铜复合层。
接地块表面的纯铜层的传统生产工艺采用手工气体保护焊堆焊方式，采用此方法一直以来存在的弊端有：①在碳钢表面堆焊纯铜，需要将碳钢工件预热至较高温度，一般在400℃以上，此温度极大的影响操作者施焊条件，而一旦预热温度不够，将造成熔合不良或气孔、夹杂、等缺陷；②铜焊接产生大量的有毒烟雾，极大的影响操作者的身体健康，不符合安全健康生产的要求；③采用手工气体保护焊的方式，焊接热输入小，生产效率较低。而且由于铜的熔点较低，焊接过程中边缘易流淌，造成工件边缘加工量不够的情况。④变形大，手工焊为保证加工量，铜复合层厚度加大，造成焊接材料浪费和加工周期的增加。
发明内容
为提高接地块表面纯铜层的焊接质量，提高纯铜堆焊层与基体的结合强度，降低产品返修率，节约材料成本，同时将操作者从铜焊接的恶劣环境中脱离出来，提出一种汽轮发电机机座接地块表面纯铜层自动化焊接制备方法。
本发明的技术方案如下：
步骤一：两件碳钢接地块毛坯件下料，下料尺寸要求在待焊接表面四周预留10mm加工余量且尺寸公差不大于0.5mm；
步骤二：将两件待焊接地块毛坯件采用背靠背方式搭焊固定在一起；
步骤三：采用机械打磨的方式将两块毛坯件待焊接表面的油污、杂质、氧化物清理干净；
步骤四：将两件接地块毛坯件组合体平放固定在平台上，一个待焊接面向上；
步骤五：对接地块毛坯件进行整体预热，预热温度不低于400℃；
步骤六：进行机器人示教编程：将焊枪焊丝前端移动到一定焊接起弧点，记录此点的位置信息在机器人示教器中，记作PR[20]；焊接轨迹的第一点即起弧点，可令PR[1]＝PR[20]；在PR[1]点基础上向工件用户坐标系+X方向偏移，偏移数据存储在PR[10]中，得到焊接轨迹的第二点，即PR[2]＝PR[1]+PR[10]；同理，在PR[2]点基础上向工件用户坐标系+Y方向偏移，偏移数据存储在PR[11]中，得到焊接轨迹的第三点，即PR[3]＝PR[2]+PR[11]；焊接轨迹的第四点在PR[1]点基础上向+Y方向偏移得到，即PR[4]＝PR[1]+PR[11]；焊接轨迹的第五点同时是下一个循环路径的起始点，同样记作PR[1]，在PR[4]的基础上向+Y方向偏移得到，即PR[1]＝PR[4]+PR[11]；这一个循环路径执行完成后，通过JMP LABLE功能循环执行，直到符合JMP LABLE的跳出条件，即跳出循环，此时完成一层焊接；
步骤七：进行下一层焊接时在PR[20]点基础上向工件用户坐标系+Z方向偏移，偏移数据存储在PR[12]中，得到下一层的焊接起弧点，即PR[20]＝PR[20]+PR[12]；通过JMPLABLE指令，将第一层的焊接路径作为循环体循环执行，连续进行后面数层纯铜复合层的焊接制备；直到纯铜复合层的厚度符合机械加工要求时，跳出循环，程序停止；
步骤八：按照编写好的程序开始执行，进行接地块纯铜层的正式焊接。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤六中每焊接完一层后，可使用机器人的HOLD功能使程序暂停，机器人停止运动，使用角磨机对堆焊层打磨去除表面氧化皮及飞溅物，同时对喷嘴内的飞溅物进行清理，保证保护气体正常流通。然后恢复程序运行，继续焊接，直到最后一层焊接完毕。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤六中向工件用户坐标系+X方向偏移，偏移数据根据工件宽度方向尺寸确定。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤六中向工件用户坐标系+Y方向偏移，偏移数据根据焊道宽度确定，为9.5mm～10.5mm。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤六中每一层焊接的结束条件，即跳出循环条件为循环次数达到某值时循环结束，循环次数根据工件长度方向尺寸及焊道宽度确定。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤七中向工件用户坐标系+Z方向偏移，偏移数据根据焊道高度确定，为2.5mm～3.5mm。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤八中正式焊接的焊接顺序为先焊接第一个接地块毛坯的一层，工件翻身，焊接第二个毛坯的一至三层，工件再翻身，焊接第一个接地块的二至三层。
在上述汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法中，所述步骤八中正式焊接采用脉冲模式，焊接方式采用摆动右焊法，焊枪与平面法线夹角为10°～15°，焊丝为ERCu焊丝，焊丝干伸长度为13mm～16mm，保护气体为纯度≥99.99％的Ar，气体流量为20L/min～22L/min；摆动方式为正弦，摆动频率为2.5Hz～3Hz，振幅为2mm～2.5mm，左右停留时间为0.1s；焊接工艺参数为：焊接电流300A～320A，焊接电压26V～28V，弧长修正2％～3％，焊接速度为30cm/min～35cm/min。
本发明的有益效果是：
1.本发明所使用的工艺方法，将手工气保焊优化为机器人自动脉冲焊接方式，，焊接过程持续稳定，不受人为因素影响，机器人能够按照既定焊接路径和工艺参数执行作业，保证焊接质量可靠。
2.本发明所使用的工艺方法，能够保证焊前预热温度，极大提高焊道熔合质量，避免出现夹渣、气孔、沙眼等缺陷，杜绝焊后返修的情况。
3.本发明所使用的工艺方法，采用两件背靠背交替焊接的方法，可有效的控制焊接变形，纯铜复合层可由四层降为2～3层，节约焊接材料25％～50％，节约加工周期，降低制造成本。
4.本发明所使用的工艺方法，采用机器人自动化脉冲焊接方式，脉冲方式能够提高瞬时能量密度，提高铜与接地块基体金属的界面反应程度，进而提高通与接地块基体的结合强度。还可以使操作者远离高温有毒的恶劣环境，保证操作者的身体健康。
5.本发明所使用的工艺方法，仅需示教机器人的一个空间位置，即焊接起弧点，再利用位置寄存器和循环质量，即可完成整个的纯铜复合层焊接制备工作。此方法极大的提高工作效率，缩短生产周期，可一定程度上节约焊接材料消耗，降低生产成本。
附图说明
图1为汽轮发电机接地块纯铜焊接示意图；
图2为汽轮发电机接地块纯铜焊接轨迹示意图。
图中标记说明：
1-接地块毛坯件上； 2-接地块毛坯件下；
3-搭焊焊缝； 4-待焊接表面；
5-焊接轨迹的第一点； 6-焊接轨迹的第二点；
7-焊接轨迹的第三点； 8-焊接轨迹的第四点；
9-焊接轨迹的第五点； 10-工件用户坐标系X方向；
11-工件用户坐标系Y方向； 12-工件用户坐标系Z方向；
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本发明提供一种碳钢接地块表面纯铜层自动化焊接制备方法，根据本发明提出的技术方案，以某项目的汽轮发电机机座接地块纯铜复合层自动化焊接为例，具体实施方式包括以下步骤：
步骤一：碳钢接地块毛坯件上1和接地块毛坯件下2下料，下料尺寸为长×宽：400mm×200mm，要求在待焊接表面4四周预留10mm加工余量且尺寸公差不大于0.5mm；
步骤二：将两件待焊接地块毛坯件采用背靠背方式搭焊固定在一起，固定方式及搭焊位置如图1所示；
步骤三：采用机械打磨的方式将两块毛坯件待焊接表面的油污、杂质、氧化物清理干净；
步骤四：将两件接地块毛坯件组合体平放固定在平台上，一个待焊接面向上；
步骤五：对接地块毛坯件进行整体预热，预热温度不低于400℃；
步骤六：进行机器人示教编程：程序轨迹如图2所示，将焊枪焊丝前端移动到一定焊接起弧点，记录此点的位置信息在机器人示教器中，记作PR[20]；焊接轨迹的第一点5即起弧点，可令PR[1]＝PR[20]；在PR[1]点基础上向工件用户坐标系+X方向10偏移，偏移数据存储在PR[10]中，得到焊接轨迹的第二点6，即PR[2]＝PR[1]+PR[10]；同理，在PR[2]点基础上向工件用户坐标系+Y方向11偏移，偏移数据存储在PR[11]中，得到焊接轨迹的第三点7，即PR[3]＝PR[2]+PR[11]；焊接轨迹的第四点8在PR[1]点基础上向+Y方向11偏移得到，即PR[4]＝PR[1]+PR[11]；焊接轨迹的第五点9同时是下一个循环路径的起始点，同样记作PR[1]，在PR[4]的基础上向+Y方向11偏移得到，即PR[1]＝PR[4]+PR[11]；这一个循环路径执行完成后，通过JMP LABLE功能循环执行，直到符合JMP LABLE的跳出条件，即跳出循环，此时完成一层焊接；
步骤七：进行下一层焊接时在PR[20]点基础上向工件用户坐标系+Z方向12偏移，偏移数据存储在PR[12]中，得到下一层的焊接起弧点，即PR[20]＝PR[20]+PR[12]；通过JMPLABLE指令，将第一层的焊接路径作为循环体循环执行，连续进行后面数层纯铜复合层的焊接制备；直到纯铜复合层的厚度符合机械加工要求时，跳出循环，程序停止；
步骤八：按照编写好的程序开始执行，进行接地块纯铜层的正式焊接。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤六中每焊接完一层后，可使用机器人的HOLD功能使程序暂停，机器人停止运动，使用角磨机对堆焊层打磨去除表面氧化皮及飞溅物，同时对喷嘴内的飞溅物进行清理，保证保护气体正常流通。然后恢复程序运行，继续焊接，直到最后一层焊接完毕。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤六中向工件用户坐标系+X方向偏移，偏移数据根据工件宽度方向尺寸确定，本实施例中设置为190mm。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤六中向工件用户坐标系+Y方向偏移，偏移数据根据焊道宽度确定，本实施例中设置为10mm。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤六中每一层焊接的结束条件，即跳出循环条件为循环次数达到某值时循环结束，循环次数根据工件长度方向尺寸及焊道宽度确定，本实施例中设置为19次。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤七中向工件用户坐标系+Z方向偏移，偏移数据根据焊道高度确定，本实施例中设置为3mm。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤八中正式焊接的焊接顺序为先焊接第一个接地块毛坯的一层，工件翻身，焊接第二个毛坯的一至三层，工件再翻身，焊接第一个接地块的二至三层。
进一步地，所述一种汽轮发电机接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，步骤八中正式焊接采用脉冲模式，焊接方式采用摆动右焊法，焊枪与平面法线夹角为10°～15°，焊丝为ERCu焊丝，焊丝干伸长度为13mm～16mm，保护气体为纯度≥99.99％的Ar，气体流量为20L/min～22L/min；摆动方式为正弦，摆动频率为2.5Hz～3Hz，振幅为2mm～2.5mm，左右停留时间为0.1s；焊接工艺参数为：焊接电流300A～320A，焊接电压26V～28V，弧长修正2％～3％，焊接速度为30cm/min～35cm/min。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：碳钢接地块毛坯件上(1)和接地块毛坯件下(2)下料，下料尺寸要求在待焊接表面(4)四周预留10mm加工余量且尺寸公差不大于0.5mm；
步骤二：将两件待焊接地块毛坯件采用背靠背方式搭焊(3)固定在一起；
步骤三：采用机械打磨的方式将两块毛坯件待焊接表面的油污、杂质、氧化物清理干净；
步骤四：将两件接地块毛坯件组合体平放固定在平台上，一个待焊接面向上；
步骤五：对接地块毛坯件进行整体预热，预热温度不低于400℃；
步骤六：进行机器人示教编程：将焊枪焊丝前端移动到一定焊接起弧点，记录此点的位置信息在机器人示教器中，记作PR[20]；焊接轨迹的第一点(5)即起弧点，令PR[1]＝PR[20]；在PR[1]点基础上向工件用户坐标系+X方向(10)偏移，偏移数据存储在PR[10]中，得到焊接轨迹的第二点(6)，即PR[2]＝PR[1]+PR[10]；同理，在PR[2]点基础上向工件用户坐标系+Y方向(11)偏移，偏移数据存储在PR[11]中，得到焊接轨迹的第三点(7)，即PR[3]＝PR[2]+PR[11]；焊接轨迹的第四点(8)在PR[1]点基础上向+Y方向(11)偏移得到，即PR[4]＝PR[1]+PR[11]；焊接轨迹的第五点(9)同时是下一个循环路径的起始点，同样记作PR[1]，在PR[4]的基础上向+Y方向(11)偏移得到，即PR[1]＝PR[4]+PR[11]；这一个循环路径执行完成后，通过JMP LABLE功能循环执行，直到符合JMP LABLE的跳出条件，即跳出循环，此时完成一层焊接；
步骤七：进行下一层焊接时在PR[20]点基础上向工件用户坐标系+Z方向(12)偏移，偏移数据存储在PR[12]中，得到下一层的焊接起弧点，即PR[20]＝PR[20]+PR[12]；通过JMPLABLE指令，将第一层的焊接路径作为循环体循环执行，连续进行后面数层纯铜复合层的焊接制备；直到纯铜复合层的厚度符合机械加工要求时，跳出循环，程序停止；
步骤八：按照编写好的程序开始执行，进行接地块纯铜层的正式焊接。
2.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤六中每焊接完一层后，可使用机器人的HOLD功能使程序暂停，机器人停止运动，使用角磨机对堆焊层打磨去除表面氧化皮及飞溅物，同时对喷嘴内的飞溅物进行清理，保证保护气体正常流通，然后恢复程序运行，继续焊接，直到最后一层焊接完毕。
3.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤六中向工件用户坐标系+X方向偏移，偏移数据根据工件宽度方向尺寸确定。
4.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤六中向工件用户坐标系+Y方向偏移，偏移数据根据焊道宽度确定，为9.5mm～10.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤六中每一层焊接的结束条件，即跳出循环条件为循环次数达到某值时循环结束，循环次数根据工件长度方向尺寸及焊道宽度确定。
6.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤七中向工件用户坐标系+Z方向偏移，偏移数据根据焊道高度确定，为2.5mm～3.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤八中正式焊接的焊接顺序为先焊接第一个接地块毛坯的一层，工件翻身，焊接第二个毛坯的一至三层，工件再翻身，焊接第一个接地块的二至三层。
8.根据权利要求1所述的一种接地块表面纯铜复合层自动化焊接制备方法，其特征在于：所述步骤八中正式焊接采用脉冲模式，焊接方式采用摆动右焊法，焊枪与平面法线夹角为10°～15°，焊丝为ERCu焊丝，焊丝干伸长度为13mm～16mm，保护气体为纯度≥99.99％的Ar，气体流量为20L/min～22L/min；摆动方式为正弦，摆动频率为2.5Hz～3Hz，振幅为2mm～2.5mm，左右停留时间为0.1s；焊接工艺参数为：焊接电流300A～320A，焊接电压26V～28V，弧长修正2％～3％，焊接速度为30cm/min～35cm/min。
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| 基于机器人的曲线焊接***;杨芹;骆德阳;李铜;刘琦;陈铖;;电焊机;20171120(第11期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113977195A (zh) | 2022-01-28 |
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