一种锆合金板专用的焊接机器人的制作方法

本发明涉及焊接
技术领域：
，尤其涉及一种锆合金板专用的焊接机器人。
背景技术：
：锆是一种耐蚀金属，属稀贵有色金属材料，锆及锆合金具有优良的耐腐蚀性，它对大多数有机酸、无机酸、强碱及一些熔盐有非常好的耐蚀性；并且具有较好的耐热性、加工性，在石油、化工、核能等行业均有应用。但锆金属在焊接时对焊接工艺及焊接条件要求较高，焊缝和热影响区易被空气中的氧、氢、氮等元素污染，生成硬而脆的化合物，并产生脆性的针状组织，使焊接接头的硬度、强度提高，但塑性下降，耐腐蚀性也大幅下降。传统锆合金板的焊接采用手工氩弧焊打底，手工电弧焊盖面，这种方法由于受人员、设备、材料、环境的影响，焊缝易产生裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷，热输入量过大，热影响区增大；而且这种焊接方法效率低，操作者劳动强度大，产品质量上也存在参差不齐、稳定性差的缺点。采用焊接机器人焊接可以使工人从大强度的体力劳动中解脱，节省人力，焊接时对于每条焊缝的焊接参数都可进行设定，减少焊接质量受人的因素的影响，降低了对工人操作技术的要求，提高了焊接质量及质量稳定性，虽然焊接机器人在焊接领域具有上述优势，但目前没有一种专门用于锆合金板焊接的焊接机器人。本发明提供一种锆合金板专用的焊接机器人，操作简便，成本低，不受环境限制，自动化程度较高，在整个工艺过程中保护锆材防止污染，焊接接头具有较高的强度并同时具有优异的塑性和韧性。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供一种锆合金板专用的焊接机器人。本发明是以如下技术方案实现的：一种锆合金板专用的焊接机器人，所述焊接机器人包括焊枪、机架、线性模组、伺服电机、焊丝盘、焊丝、送丝机构、氩气罐、输气管、控制箱以及专用夹具。进一步地，所述伺服电机设置在所述线性模组的端部，用于驱动所述线性模组，所述线性模组安装在所述机架的横梁上；所述氩气罐、控制箱设置在所述机架的平台上；所述氩气罐通过所述输气管连接在所述焊枪上；所述焊枪、焊丝盘、焊丝、送丝机构构成一个整体安装在所述线性模组的滑台上，实现了焊枪的水平直线运动；所述专用夹具设置在所述焊枪的正下方，用于紧固定位待焊接的锆合金板。进一步地，所述专用夹具包括底盘、支撑柱、L型夹具、紧固螺栓；所述底盘坐落在地面上，所述支撑柱设置在底盘上表面，用于支撑锆合金板，所述L型夹具设置在所述底盘的两侧，并开有螺纹孔，所述紧固螺栓与所述L型夹具的螺纹孔相配合，压紧锆合金板的上表面，用于紧固锆合金板。进一步地，所述焊接机器人还包括一种组合式焊枪保护罩，其中焊枪保护罩设置在焊枪的下端，所述焊枪保护罩在左右两侧具有开口向上的折弯边；两块锆合金板上表面分别设置左保护罩和右保护罩，所述左保护罩和右保护罩在前后两端通过螺栓紧固在专用夹具上，防止焊接过程中移动或脱落，所述左保护罩和右保护罩均具有开口向下的折弯边；左保护罩和右保护罩分别与焊枪保护罩搭接。进一步地，所述焊接机器人的使用流程包括以下步骤：步骤1、对两块需要焊接的锆合金板进行机械加工，并对锆合金板口表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；步骤2、将两块锆合金板固定在专用夹具上，确保两块锆合金板的相对位置及其间隙，形成U型坡口，同时确保焊缝和所述焊枪的位置关系；步骤3、所述焊枪在所述伺服电机的驱动下，随所述线性模组的滑台水平滑动，在U型坡口焊道内往复施焊，且在各焊道中部不做停留。进一步地，所述氩气罐采用质量纯度为99.99％的氩气作为保护气，流量范围为10L/min-15L/min。进一步地，所述焊丝采用药芯焊丝，且所述焊丝直径为1.2mm-2.0mm，焊接电流为80A-140A，焊接电压为15-25V，焊接速度10～20cm/min，焊前不预热，各焊道层间温度控制在100℃以下。进一步地，所述两块锆合金板构成的U型坡口的宽度范围为5-15mm，两块锆合金板的间隙大小为1-3mm；焊接时，焊道逐层叠加，底部为打底焊道，中部为填充焊道，顶部为盖面焊道，焊道之间需进行清渣处理，所述焊枪的喷嘴内径范围为Ф16-24mm。进一步地，所述焊枪内设置有药芯焊丝，所述药芯焊丝组份包括锆英砂、金红石、金属铬、铌粉、硅锰合金、钼铁、钒铁、镍粉、钨粉、钴粉、铝镁合金、蒙脱石、氟铝酸钾、氧化锑、钯粉、高岭土、钾长石、铁粉。进一步地，所述焊枪内设置有药芯焊丝，所述药芯焊丝组份包括锆英砂20％、金红石15.92％、金属铬1.6％、铌粉3.5％、硅锰合金2.5％、钼铁3.5％、钒铁2.5％、镍粉2.92％、钨粉1.52％、钴粉4.59％、铝镁合金5.93％、蒙脱石2.42％、氟铝酸钾0.71％、氧化锑1.55％、钯粉2.1％、高岭土6.4％、钾长石0.05％、余量铁粉。本发明的有益效果是：本发明提供的锆合金板专用的焊接机器人，操作方便，成本低，不受周围环境限制。自动化程度较高，焊接效率比传统焊接方法提高一倍以上。在焊接过程中的所有高温区域，均给予高纯度氩气保护，在整个工艺过程中保护锆材防止污染，焊接接头具有较高的强度和良好的塑性和韧性。附图说明图1是本实施例提供的一种锆合金板专用的焊接机器人示意图；图2是本实施例提供的专用夹具的侧视图。其中：1-机架，2-线性模组，3-伺服电机，4-焊丝盘，5-焊丝，6-送丝机构，7-焊枪，81-氩气罐，82-输气管，9-控制箱，10-锆合金板，11-专用夹具，111-底盘，112-支撑柱，113-L型夹具，114-紧固螺栓，12-焊枪保护罩，13-左保护罩，14-右保护罩，a-打底焊道，b-填充焊道，c-盖面焊道。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。实施例1：一种锆合金板专用的焊接机器人，如图1所示、包括焊枪7、机架1、线性模组2、伺服电机3、焊丝盘4、焊丝5、送丝机构6、氩气罐81、输气管82、控制箱9、专用夹具11以及焊枪保护罩12；所述伺服电机设置在所述线性模组2的端部，用于驱动所述线性模组2，所述线性模组2安装在所述机架1的横梁上。所述氩气罐81、控制箱9设置在所述机架1的平台上。所述氩气罐81通过所述输气管82连接在所述焊枪7上。所述焊枪7、焊丝盘4、焊丝5、送丝机构6构成一个整体安装在所述线性模组2的滑台上，实现了焊枪7的水平直线运动。所述专用夹具11设置在所述焊枪7的正下方，用于紧固定位待焊接的锆合金板10。如图2所示，所述专用夹具11包括底盘111、支撑柱112、L型夹具113、紧固螺栓114；所述底盘111坐落在地面上，所述支撑柱112设置在底盘111上表面，用于支撑锆合金板10，所述L型夹具113设置在所述底盘111的两侧，并开有螺纹孔，所述紧固螺栓114与所述L型夹具113的螺纹孔相配合，压紧锆合金板10的上表面，用于紧固锆合金板10。如图2所示，在整个工艺过程中为了保护锆材防止污染，在焊接过程中的所有高温区域，均要给予高纯度氩气保护，而传统焊枪的保护罩始终有缝隙存在，未形成一个相对密闭空间，如果在室外有风的环境下进行操作，保护气体容易被风吹散，无法保证到有效供给，将会直接影响焊接质量。为此本发明设置一种组合式气体保护罩，其中焊枪保护罩12设置在焊枪7的下端，所述焊枪保护罩12在左右两侧具有开口向上的折弯边；两块锆合金板上表面分别设置左保护罩13和右保护罩14，所述左保护罩13和右保护罩14在前后两端通过螺栓紧固在专用夹具11上，防止焊接过程中移动或脱落，所述左保护罩13和右保护罩14均具有开口向下的折弯边；左保护罩13和右保护罩14分别与焊枪保护罩12搭接，与锆合金板共同构成一个相对密闭空间，能够将待焊接区域完整的保护起来。所述焊接机器人的使用流程包括以下步骤：步骤1、对两块需要焊接的锆合金板10进行机械加工，并对锆合金板10口表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；步骤2、将两块锆合金板10固定在专用夹具11上，确保两块锆合金板10的相对位置及其间隙，形成U型坡口，同时确保焊缝和焊枪7的位置关系；步骤3、将左保护罩13和右保护罩14在前后两端通过螺栓紧固在专用夹具11上，左保护罩13和右保护罩14分别与焊枪保护罩12搭接；步骤4、焊枪7在伺服电机3的驱动下，随线性模组2的滑台水平滑动，在所述U型坡口焊道内往复施焊，且在各焊道中部不做停留。进一步地，所述氩气罐81采用质量纯度为99.99％的氩气作为保护气，流量范围为10L/min-15L/min。进一步地，所述焊丝5采用药芯焊丝，且所述焊丝5直径为1.2mm-2.0mm，焊接电流为80A-140A，焊接电压为15-25V，焊接速度10～20cm/min，焊前不预热，各焊道层间温度控制在100℃以下。进一步地，所述两块锆合金板10构成的U型坡口的宽度范围为5-15mm，两块锆合金板10的间隙大小为1-3mm；焊接时，焊道逐层叠加，底部为打底焊道a，中部为填充焊道b，顶部为盖面焊道c，焊道之间需进行清渣处理。进一步地，所述焊枪7的喷嘴内径范围优选地为Ф16-24mm。实施例2：一种锆合金板专用的焊接机器人，具体工作过程为：步骤21、对两块需要焊接的锆合金板进行机械加工，并对锆合金板口表面进行清理，去除铁锈、油脂和灰尘；步骤22、将两块锆合金板固定在专用夹具上，调整两块锆合金板的相对位置及其间隙，形成U型坡口，U型坡口的宽度为10mm，两块锆合金板的间隙为2mm，焊枪在焊缝的正上方，焊丝端头距离引弧点5mm；步骤23、将左保护罩13和右保护罩14在前后两端通过螺栓紧固在专用夹具11上，左保护罩13和右保护罩14分别与焊枪保护罩12搭接；步骤24、焊接前，氩气罐采用质量纯度为99.99％的氩气作为保护气，流量范围为10L/min，焊枪的喷嘴内径为Ф20mm；焊丝采用药芯焊丝，直径为1.6mm；步骤25、焊接时，焊枪在伺服电机的驱动下，随线性模组的滑台水平滑动，在所述U型坡口焊道内往复施焊，焊道逐层叠加，且在各焊道中部不做停留；打底焊道时，焊接电流为100±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cm/min；填充焊道时，焊接电流为110±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cm/min；盖面焊道时，焊接电流为120±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cmm/min；各焊道层间温度控制在80±5℃；焊道之间需进行清渣处理。实施例3：本发明提供一种新型有缝型药芯焊丝，由锆合金外皮内裹药芯组成，所有原料药粉进行配份之前过筛，粉料目数约为80-90目，为获得性能最佳的药粉配比，设置对比试验测试不同原料组份含量对药芯焊丝性能的影响，不同测试组原料组份含量比如表1所示(含量为wt.％)：表1不同测试组原料组份含量比采用钢带成型法按照上述比例分别生产药芯焊丝，获得直径1.2mm和直径1.6mm的8种(1号、2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号)，每种药芯焊丝包括两种规格(直径1.2mm和直径1.6mm)，生产工艺采用现有技术，需要注意的是，向机器内添加药粉时尽可能保证质量精确，通过向药芯中添加微量元素和稀土元素并过渡到焊缝金属中，将产生细晶强化、固溶强化及沉淀强化等强化效应；在细化晶粒的同时提升焊缝金属的强韧性，改善锆金属高温被激活条件下易脆的弱点，但向药芯中添加微量元素和稀土元素的最优配比需大量研究和试验才能获得。实施例4：应用实施例1提供的焊接机器人对将上述8种药芯焊丝进行检测：焊接试板选用600Mpa级锆合金板，焊接试板尺寸为50mmX200mmX20mm。焊接过程参照GB/T17493-2008标准，主要焊接参数为：打底焊道时，焊接电流为100±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cm/min；填充焊道时，焊接电流为110±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cm/min；盖面焊道时，焊接电流为120±5A、焊接电压为20±0.5V、焊接速度为10cmm/min；各焊道层间温度控制在80±5℃；焊道之间需进行清渣处理每道焊接完成之后，清渣，完成清渣之后进行下一道焊缝的焊接。1、力学性能试验焊缝金属力学性能试验按照GB/T17493-2008要求执行，冲击和拉伸试样截取焊缝金属部分，焊缝金属维氏硬度测试在HVS-1000型数显显微硬度计上进行，结果如表2所示：表2力学性能试验结果测试组12345678屈服强度MPa269272307281292335281289抗拉强度Mpa531.2556.0617.1552.5569.7618.9573.4542.32、微观组织观察拉伸和冲击试验完成后，对样品进行线切割制取金相和SEM试样，试样热镶后需经过240#、400#、800#、1200#、1600#水磨砂纸逐级打磨，直至在低倍金相显微镜下无明显划痕，用扫描电镜进行背散射成像。对裂缝和气孔以无、较少、适中、较多、多分级，针对1-8号药芯焊丝进行打分，打分结果详见表3：表3微观组织观察结果结合焊缝外观及上述测试结果，1.6mm直径6号药芯焊丝性能最优，在焊接过程中表现出均匀、连续、成型良好的焊缝外观；飞溅小，飞溅颗粒以小颗粒为主；抗拉强度为618.9Mpa，屈服强度为335Mpa，显著高于同类产品，且断裂测试时断裂于母材，并且裂痕远离于焊缝热影响区；拉伸面上焊缝和热影响区的任何方向上未见有开口缺陷；药芯焊丝在焊接过程中不会生成大量烟尘及有害气体；该焊丝可适用于锆合金板材的全位置焊接，有效改善焊缝冲击韧性，在焊接过程中，熔渣的粘度和凝固特性良好，可全位置焊接，尤其适合立向下焊。相应对焊缝作渗透检测与射线检测均未发现超标缺陷，分别满足CB3958/-2004/Ⅱ级与CB/T3558-2011BⅡ级的评定要求；焊接接头抗拉强度大于600MPa；腐蚀试验后放大800倍观察宏观腐蚀试样的接头焊缝及热影响区表面均未发现肉眼可见的裂纹、未熔合等缺陷，焊缝外表美观，焊缝性能优异，具有较高的强度和良好的塑性和韧性。本发明提供的新型药芯焊丝能实现高效机械化自动焊接，容易控制焊接状态并能直接观察电弧；熔敷速度高，特别在全位置焊接过程中，仍能使用大电流作业，焊接效率大幅提高，焊接热输入小、焊接变形小、气孔小；本发明提供的含锆药芯焊丝克服了锆金属仅能与钛、铌、银、钒焊接的劣势，能够与多种合金、金属直接焊接；本发明提供的药芯焊丝保证了锆合金的耐热、耐腐蚀特性；焊接作业时电弧柔软几乎无飞溅；焊道外观美观。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。当前第1页1 2 3