金属加工|盾构机零部件机器人焊接系统及工艺设计与开发，全是干货！( 二 )

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（4）机器人外部机械结构模拟在完成零部件机器人焊接工作站的初步设计之后，进行了机器人外部机械结构模拟，从而解决机械结构设计问题。工作站设备相对位置模拟，可解决工作站布局安装问题；焊接可达性模拟，可解决焊缝焊接位置、焊枪可达性等问题。特别是当机器人焊接工作站结构及布局确定之后，针对不同零部件的焊接可达性进行模拟，对于指导实际机器人焊接生产，提出可提高机器人焊接可达性方法具有重要的意义。实际承载能力分别为1t、2t的零部件机器人焊接工作站如图3所示。

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2. 盾体机器人焊接工作站设计因为盾体质量大、体积大，不易采用变位机构使其运动，故以盾体固定、机器人运动的方式设计了C形构架移动式盾体机器人焊接工作站。该机器人工作站由两套机器人系统组成，每套机器人系统由C形机械结构、机器人、弧焊机以及地轨等组成。机器人具有9个自由度，可以实现盾体（圆筒形）直缝、环缝的自动焊接。两套机器人可以进行协调控制，构成盾体的机器人焊接系统。如前所述，利用初步设计的C形构架移动式机器人焊接工作站模型，进行了相应的机械结构模拟、设备相对位置模拟、焊接可达性模拟等，最终确定了该机器人焊接工作站的实际尺寸与布局，如图4所示。

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整个盾构机零部件机器人焊接系统由两套承载能力为1t的小型零部件机器人焊接工作站、3套承载能力为2t的小型零部件机器人焊接工作站和1套C形构架移动式盾体机器人（两套机器人焊接系统）焊接工作站组成，如图5所示。

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焊接工艺开发
采用机器人对盾构机复杂构件进行焊接时，通常由于构件结构空间狭窄导致焊枪无法到达坡口的根部，尤其是根焊。例如，盾构机中的车轮架和止转装置安装座结构中采用大量单V形45°坡口，其坡口尺寸通常超过20mm 。通过对尺寸为22mm的坡口进行实际的焊枪可达性试验，发现此时焊丝的干伸长达到了22mm 。焊枪干伸长的增加必然使焊接电流出现下降，从而影响到焊缝质量。因此，对于盾构机构件的焊接尤其是根焊，采用能够根据干伸长变化实时调整焊接参数变化的焊机显得尤为重要。通过结合机器人自动化焊接，一方面省去了极大的人力消耗，另一方面可以针对干伸长变化及时修整焊接参数，可有效解决焊接过程中的熔深变化问题。的问题，进行了基于脉冲多重控制（Pulse MultiControl ， PMC）电弧工艺及其恒熔深控制的机器人自动焊接工艺开发，并就实际构件进行焊接试验。所设计开发的盾构机零部件的焊接均采用福尼斯TPS 500i焊接电源、规格为φ 1.0mm的ER50-6焊丝以及混合保护气（80%Ar+20%CO2 ，气体流速为20L/min）进行实芯焊丝熔化极气体保护焊焊接工艺研究。基于前期厚板焊接工艺探索试验结果，对于零部件中平焊与横焊位置的焊接，分别采用了PMC焊接工艺中的通用特性（Universal）、脉冲控制喷射（Pulse Controlled Spray ， PCS）以及电弧推力（Dynamic）三种工艺进行了对比探究；而对于零部件中的立焊位置焊接，则分别采用了PMC焊接工艺中的通用特性（Universal）与混合特性（Mix）两种工艺进行了对比研究。结果表明，对于盾构机关键零部件的机器人焊接生产，采用Dynamic（打底）+Universal（填充、盖面）工艺进行多层多道平焊；采用Dynamic（打底）+PCS（填充、盖面）工艺进行多层多道横焊；采用Mix工艺进行多层多道立焊，焊后零部件的焊缝成形良好，无未熔合及咬边等焊接缺陷，可以满足实际焊接需求。利用所制定的机器人工艺获得的盾构机典型零部件焊接样件如图6所示。