一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置及焊接方法与流程

1.本发明属于燃气涡轮压气机机匣加工技术领域，涉及一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置及焊接方法。


背景技术：

2.燃气涡轮压气机机匣是燃气涡轮发动机的重要承力部件，起着连接、承载、支撑及包容发动机的作用，机匣尺寸大、结构复杂、薄壁结构、刚性弱，且焊接质量要求较高，目前传统的机匣焊接方式为手工氩弧焊接，存在焊接效率低、焊接质量不稳定、焊接出错率高、部分焊缝焊接困难等问题。研制自动化程度高、高柔性、高效率、高品质的机匣氩弧焊接单元，对机匣焊接具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中焊接效率低、焊接质量不稳定，焊接的出错率高的问题，提供一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置及焊接方法。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接方法，包括以下步骤：
6.s1：对待焊接工件的焊缝位置进行扫描，获取焊缝的实际点云信息；
7.s2：构建焊缝的理论点云信息，基于理论点云信息对实际点云信息进行图像处理，提取待焊接工件的关键特征点，并基于待焊接工件的关键特征点计算待焊接工件焊缝的位置信息，对焊缝的理论点云信息进行修正，获取修正后的焊缝路径信息；
8.s3：基于获取的修正后的焊缝路径信息开始焊接。
9.本发明的进一步改进在于：
10.一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，包括立柱，所述立柱上设置有倒挂焊接机器人，所述倒挂焊接机器人的末端连接焊枪单元，所述焊枪单元用于对待焊接的工件进行路径扫描和焊接；
11.所述立柱上设置有导丝单元，所述导丝单元连接焊枪单元；
12.所述立柱的一侧设置有焊接电源，所述焊接电源连接焊枪单元；
13.所述倒挂焊接机器人连接控制器。
14.本装置的进一步改进在于：
15.所述焊枪单元包括焊枪，所述焊枪上设置有激光焊缝传感器，
16.钨极设置在焊枪的末端；
17.所述焊枪连接熔池监控相机。
18.所述激光焊缝传感器通过转接板与焊枪连接。
19.所述焊枪依次连接第一转接板和第二转接板；
20.所述熔池监控相机固定在第二转接板上。
21.所述熔池监控相机与钨极末端中心处的距离为300mm。
22.所述激光焊缝传感器打出的激光线与钨极末端的距离为30mm。
23.还包括地轨行走装置，所述立柱和焊接电源均固定在地轨行走装置上。
24.焊接电源的底部与地轨行走装置之间设置有绝缘胶垫。
25.所述立柱上设置有叉齿块。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.本发明公开了一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接方法，对零件的实际焊缝位置进行扫描，并构建零件焊缝的理论路径信息，通过理论点云信息和实际点云信息的对比提取待焊接工件的关键特征点，并计算待焊接工件焊缝的位置信息，提高了焊缝位置信息在焊接时路径的精准性，与手工焊缝相比，提高了焊接效率，和焊接的质量，路径的修正对比降低了焊接的出错率，提高了工件焊接的稳定效果。
28.本发明公开了一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，通过立柱对倒挂焊接机器人进行支撑，倒挂焊接机器人通过末端的焊枪单元对待焊接的工件进行路径扫描，然后通过控制器对倒挂焊接机器人进行驱动进行焊接，本发明提供的装置，解决了手动焊接存在的定位不精准，焊接质量不稳定的效果，提升了后期的焊接质量。
29.进一步的，本装置中，在倒挂焊接机器人的末端设置有熔池监控相机，可以实时监控焊接过程中，焊缝与钨极末端的位置是否偏离，保证焊接精度。
30.进一步的，本装置中，在立柱上设置有叉齿块，便于行车的起吊。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1为本发明的倒装地轨行走装置的结构示意图；
33.图2为本发明的焊枪单元的结构示意图；
34.图3为本发明的机匣自动化氩弧焊接工作站的结构示意图；
35.图4为本发明的机匣自动化氩弧焊接单元工作流程图。
36.其中：1-倒装地轨行走装置；2-轴头尾架式双轴变位机；3-焊接防护围栏；4-机匣工件；5-琴式工作台；6-烟尘处理装置；7-稳压器；8-机器人控制柜；9-保护气气瓶；11-倒挂焊接机器人；12-立柱；14-焊枪单元；16-焊接电源；17-水箱；18-导丝架；19-叉齿块；20-轨行走装置；
37.141-焊枪；142-激光焊缝传感器；143-熔池监控相机；144-钨极；145-第一转接板；146-第二转接板；
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
41.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
43.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
45.参见图1，本发明实施例公开了一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，包括立柱12，所述立柱12上设置有倒挂焊接机器人11，所述倒挂焊接机器人11的末端连接焊枪单元14，所述焊枪单元14用于对待焊接的工件进行路径扫描和焊接；所述立柱12上设置有导丝单元，所述导丝单元连接焊枪单元14；所述立柱12的一侧设置有焊接电源16，所述焊接电源16连接焊枪单元14；所述倒挂焊接机器人11连接控制器。
46.进一步的，本发明实施例中，焊枪单元14固定在倒挂焊接机器人11法兰盘末端，焊枪单元14的具体结构为：
47.参见图2，包括：焊枪141、激光焊缝传感器142、熔池监控相机143、钨极144、第一转接板145和第二转接板146；
48.其中，焊枪141与倒挂焊接机器人11连接，钨极144固定在焊枪141的末端，激光焊缝传感器142通过连接板固定在焊枪141上，通过转接板调节保证焊缝传感器142打出的激光线与钨极144末端中心处距离为30mm。
49.进一步的，焊枪141上还连接第一转接板145，第一转接板145固定连接第二转接板146，熔池监控相机143固定在第二转接板146上，可以通过调整第一转接板145和第二转接板146的安装位置保证熔池监控相机143前端距离钨极144末端中心处距离为300mm。
50.进一步的，本发明实施例中，导丝单元主要用于为焊枪141提供导丝，主要结构为：
51.在立柱12的一侧固设送丝机13，另一侧固设热丝电源15，热丝电源15通过转接支架安装在立柱12的侧壁上，送丝机13用于连接外接的导丝软管单元，然后将导丝软管送至热丝电源15处进行加热，加热后的导丝通过导丝架18进行支撑牵引，然后连接到钨极144处
进行工作，导丝架18固定立柱12的顶部，导丝架18用于束缚导丝软管。
52.进一步的，本发明实施例中，立柱12和焊接电源16均放置在地轨行走装置20上，在焊接电源16的底部铺设绝缘胶垫，焊接电源16并排设置有两个，焊接电源16与焊枪141电连接，在焊接电源16上均设置有水箱17，用于降温。
53.参见如图3，基于本发明实施例公开的焊接装置，本发明实施例还公开了一种燃气涡轮发动机弱刚性机匣氩弧焊的自动化焊接工作站，包括：
54.倒装地轨行走装置1、轴头尾架式双轴变位机2、焊接防护围栏3、机匣工件4、琴式工作台5、烟尘处理装置6、稳压器7、机器人控制柜8和保护气气瓶9。
55.其中，倒装地轨行走装置1和轴头尾架式双轴变位机2均固定在地面，焊接防护围栏3围挡在氩弧焊接工作站四周，机匣工件4固定在轴头尾架式双轴变位机2上，琴式工作台5放置在氩弧焊接工作站外用防弧光幕布进行遮挡，烟尘处理装置6放置在地面上可随时进行移动除尘，稳压器7放置在琴式工作台5左侧与机器人控制柜8紧邻，保护气气瓶9放置在角落里，四周用围栏进行防护。
56.参见图4，本发明实施例还公开了一种燃气涡轮机压气机匣氩弧焊接方法，包括以下步骤：
57.步骤1，人工通过桁车将机匣工件吊装至轴头尾架式双轴变位机2工作台面上，将工件预设零位和变位机初始零位对齐后用t形螺栓将其固定，设备上电，将地轨行走装置20移动至待焊接工位，准备执行焊接作业；
58.步骤2，操作人员在琴式工作台5上进行人机交互操作，通过离线编程软件生成推扫路径和焊接路径，推扫路径上传数据信息至琴式工作台5的集控系统内，控制轴头尾架式双轴变位机2内的机器人外部轴电机转动，移动其至对应的推扫位置，同时倒挂焊接机器人11带动激光焊缝传感器142进行机匣工件待焊接焊缝推扫，生成实际点云信息；
59.步骤3，推扫完成后，集控系统内自动加载焊缝理论路径信息，通过对实际点云信息进行图像处理，提取工件的关键特征点，解算出机匣工件焊缝的位置信息，对焊缝理论路径信息进行修正，消除安装及组对定位偏差造成的影响；
60.步骤4，根据修正后的焊缝路径信息进行起弧焊接作业，焊接过程中由于机匣工件较薄、焊接要求较高，需要在焊接过程中实时监控焊缝状态，此时操作人员在人机交互界面，利用熔池监控相机143监控焊接焊缝与钨极144末端的对中状态，如果焊接过程中出现焊接焊缝与钨极144末端偏离，通过倒挂焊接机器人11系统自带的手持式示教器微调其相对位置，直至焊缝焊接完成，结束监控作业；
61.步骤5，焊接完成后机器人运动至安全点，重复上述操作进行下一条焊缝焊接作业，直至全部焊缝全部焊接完成后，轴头尾架式双轴变位机2和地轨行走装置20回到初始位置，将工作台面上的t形螺栓全部拆除掉后，用桁车进行下料作业。
62.本发明实施例，可实现薄壁机匣氩弧焊自动送丝、自动跟踪焊缝、自动焊接，有效的解决了焊接过程中焊接效率低、焊接质量不稳定、焊接出错率高、部分焊缝焊接困难等问题，提高了焊接质量和焊接的精准性。
63.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：对待焊接工件的焊缝位置进行扫描，获取焊缝的实际点云信息；s2：构建焊缝的理论点云信息，基于理论点云信息对实际点云信息进行图像处理，提取待焊接工件的关键特征点，并基于待焊接工件的关键特征点计算待焊接工件焊缝的位置信息，对焊缝的理论点云信息进行修正，获取修正后的焊缝路径信息；s3：基于获取的修正后的焊缝路径信息开始焊接。2.一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，包括立柱(12)，所述立柱(12)上设置有倒挂焊接机器人(11)，所述倒挂焊接机器人(11)的末端连接焊枪单元(14)，所述焊枪单元(14)用于对待焊接的工件进行路径扫描和焊接；所述立柱(12)上设置有导丝单元，所述导丝单元连接焊枪单元(14)；所述立柱(12)的一侧设置有焊接电源(16)，所述焊接电源(16)连接焊枪单元(14)；所述倒挂焊接机器人(11)连接控制器。3.根据权利要求2所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述焊枪单元(14)包括焊枪(141)，所述焊枪(141)上设置有激光焊缝传感器(142)，钨极(144)设置在焊枪(141)的末端；所述焊枪(141)连接熔池监控相机(143)。4.根据权利要求3所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述激光焊缝传感器(142)通过转接板与焊枪(141)连接。5.根据权利要求3所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述焊枪(141)依次连接第一转接板(145)和第二转接板(146)；所述熔池监控相机(143)固定在第二转接板(146)上。6.根据权利要求3所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述熔池监控相机(143)与钨极(144)末端中心处的距离为300mm。7.根据权利要求3所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述激光焊缝传感器(142)打出的激光线(142)与钨极(144)末端的距离为30mm。8.根据权利要求2所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，还包括地轨行走装置(20)，所述立柱(12)和焊接电源(16)均固定在地轨行走装置(20)上。9.根据权利要求8所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，焊接电源(16)的底部与地轨行走装置(20)之间设置有绝缘胶垫。10.根据权利要求2所述的一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置，其特征在于，所述立柱(12)上设置有叉齿块(19)。

技术总结
本发明公开了一种燃气涡轮压气机机匣氩弧焊接装置及焊接方法，包括立柱所述立柱上设置有倒挂焊接机器人，倒挂焊接机器人的末端连接焊枪单元，焊枪单元用于对待焊接的工件进行路径扫描和焊接；立柱上设置有导丝单元，导丝单元连接焊枪单元；立柱的一侧设置有焊接电源，所述焊接电源连接焊枪单元；倒挂焊接机器人连接控制器对零件的实际焊缝位置进行扫描，并构建零件焊缝的理论路径信息，通过理论点云信息和实际点云信息的对比提取待焊接工件的关键特征点，并计算待焊接工件焊缝的位置信息，提高了焊缝位置信息在焊接时路径的精准性，与手工焊缝相比，提高了焊接效率，和焊接的质量，路径的修正对比降低了焊接的出错率，提高了工件焊接的稳定效果。高了工件焊接的稳定效果。高了工件焊接的稳定效果。


技术研发人员：赵春蓉 贺建波 王继虎 于龙飞 张姝丽 薛骏 黄荣 王汉晨
受保护的技术使用者：中国航发动力股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/14