钢螺柱自动焊设备设计与优化(2)
目前国内装甲车辆附座连接全部使用手工焊条电弧焊和半自动气体保护焊工艺方法。这些焊接工艺效率低，焊缝缺陷多、质量差，制约装甲车辆制造业向现代化、自动化、智能化的发展，故急需先进的焊接工艺及焊接装备。
本课题试验研究机器人复合热源螺柱焊接工艺，依靠复合热源螺柱焊接技术解决冷裂纹、未熔合等焊接难题，依靠机器人自动焊接技术解决效率低、定位不准等焊接难题。
1.2螺柱焊及其自动焊化的国内外发展现状
1.2.1螺柱焊概述
1.2.3机器人系统集成国内外研究现状
1.3课题研究内容
本课题主要研究的是复合热源螺柱焊焊接技术与机器人技术的集成化问题，该问题的关键是必须将复合热源螺柱焊接设备合理的与机器人系统有机地整合在一起，其中主要包括以下的一些研究内容：
（1）复合热源螺柱焊接机器人系统工作站的总体设计。
机器人螺柱焊系统的总体设计主要包括：该机器人系统的组成、该系统的电气连接关系、该系统的总体布局、该系统的技术要求以及该系统完成后所能实现的功能。
（2）机器人螺柱焊接系统自动送料装置的设计与优化
机器人螺柱焊系统自动送料装置的设计包括：对其动力部件的选用、传动装置的设计、该装置的电气控制系统的设计以及在送料过程中，螺柱的定位装置以及限位装置的设计等。
（3）机器人螺柱焊接系统自动装夹与拆卸装置的设计与优化
机器人螺柱焊接系统自动装夹与拆卸装置的设计包括系统动力装置的选用、传动装置的设计与选用、该装置的电气控制系统的设计以及螺柱衬套的固定与装夹以及拆卸装置的设计等。
（4）机器人螺柱焊控制系统设计与调试。
机器人系统的控制主要包括：机器人系统的总体控制器的设计，机器人系统的程序控制，机器人系统的运动控制（焊枪的运动控制，感应线圈的运动控制，以及自动更换螺柱装置的运动控制等）。
（5）复合热源机器人螺柱焊接系统工艺试验。
系统安装调试后，进行相关的工艺试验，确保系统在正常的工作环境与工作状态下，运行正常。
2 机器人复合热源螺柱焊系统总体设计
2.1机器人复合热源螺柱焊接工艺分析与工序设计
2.1.1件机器人复合热源螺柱焊接工艺分析
螺柱焊是用螺柱(或类似的构件)端头和焊件的表面之间引燃的电弧加热并熔化结合部位，然后快速地挤压在一起而形成焊接接头的一种电弧焊接方法。目前国内外采用的螺柱焊工艺方法和焊接装备在薄、中厚度（如12~16 mm以下）低碳钢中使用效果良好，但对于大厚度板或碳当量很高的中薄钢板，电弧螺柱焊快速加热和急速冷却造成焊接接头极易产生裂纹、未熔合等缺陷，焊接质量不能保证，需要研究开发新型工艺方法，突破关键技术，解决中厚钢板螺柱焊接的技术难题[4]。南京理工大学王克鸿教授提出一种感应加热/电弧复合热源螺柱焊接方法，利用复合热源的优势进行厚大工件与螺柱的焊接，有效解决由热传导不均匀性引起的接头未熔合、夹渣等焊接缺陷，解决中厚板高拘束度和高碳当量接头因快速加热和高速冷却产生的脆性组织及可能的冷裂纹缺陷。
采用拉弧螺柱焊电源和超音频感应电源复合设计研究感应+电弧一体化复合焊枪，设计采用陶瓷套环的保护方式，感应热源可在焊前预热、焊接过程中改善温度分布、焊后减缓冷却速度。机器人将感应加热机头移动到指定位置，螺柱随螺柱焊枪夹持头一同抬起，超音频感应加热电源先对焊接区域进行快速加热，测温传感探头及反馈控制装置保证预加热温度；随后压下螺柱，启动焊接引燃电弧，电弧产生于螺柱和钢基体之间，使界面部位发生局部熔化。随后在焊枪内部压力的作用下，螺柱和钢基体进行局部挤压，电弧电压下降，电弧熄灭，接头实现冶金结合，同时挤出部分液态金属。电弧加热结束后，超音频感应热源可在较小功率下持续加热一定时间进行焊后缓冷，使焊接接头获得优良的组织和性能。在这一焊接过程中，电弧热源仍是主要的加热热源，感应热源起到保证质量的重要作用，有改善温度场、降低应力、预热、后热和缓冷的功能。
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