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摘要：針對(duì)目前化學(xué)品船中不銹鋼槽型艙壁焊接的現(xiàn)狀，應(yīng)用機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)進(jìn)行不銹鋼槽型艙壁的焊接試驗(yàn)，通過試驗(yàn)方案的介紹及試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出適用于不銹鋼槽型艙壁機(jī)器人焊接的優(yōu)選工藝參數(shù)，驗(yàn)證將機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)應(yīng)用于不銹鋼槽型艙壁焊接的可行性。試驗(yàn)結(jié)果表明：相對(duì)于傳統(tǒng)的手工焊接，機(jī)器人焊接快速、穩(wěn)定、光順的焊縫成形證明焊接機(jī)器人在槽型艙壁結(jié)構(gòu)自動(dòng)焊接方面的高效性，并且可實(shí)現(xiàn)槽型艙壁大跨度復(fù)雜軌跡路徑的連續(xù)焊接，為機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)在不銹鋼船體建造過程中的推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：不銹鋼槽型艙壁；機(jī)器人焊接系統(tǒng)；焊接工藝參數(shù)

0引言

在化學(xué)品船的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，槽型艙壁被廣泛地應(yīng)用，同等強(qiáng)度下，相較平面艙壁，槽型艙壁結(jié)構(gòu)重量更輕、更節(jié)省鋼材。此外，槽型艙壁消除了扶強(qiáng)材以及肘板的裝配和焊接，大幅減少船舶建造的工作量，便于洗艙和防腐，又不影響艙容，極大地降低了船舶建造和維護(hù)的成本［1－2］。槽型艙壁的加工方式分為冷彎槽型艙壁、組合槽型艙壁、半冷彎半組合型槽型艙壁［3］。最初槽型艙壁有圓弧、三角形、矩形、梯形等不同的截面形式，但隨著對(duì)槽型艙壁極限強(qiáng)度的深入分析可知：槽型艙壁的極限強(qiáng)度和用鋼量會(huì)隨著槽型角度的增加而呈線性上升，角度超過70°以后，用鋼量上升的幅度要比極限承受力的上升幅度大［4－5］。目前不銹鋼槽型艙壁的焊接工作除直線對(duì)接焊縫以外，普遍采用人工焊接，存在焊縫成形質(zhì)量不穩(wěn)定、焊后打磨工作量大、容易破壞不銹鋼表面的鈍化膜等問題。因此，開展針對(duì)不銹鋼槽型艙壁與平面艙壁角焊縫的機(jī)器人焊接技術(shù)應(yīng)用研究，充分利用機(jī)器人焊接系統(tǒng)的適用性及高效性，具有十分重要的工程意義。

1機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)組成

槽型艙壁與平面壁板的裝焊結(jié)構(gòu)主要包含垂直槽型的T型接頭焊接節(jié)點(diǎn)，需要采用雙面焊。此結(jié)構(gòu)焊縫具有軌跡跨度大、圓弧曲線多等特點(diǎn)。

2不銹鋼槽型艙壁機(jī)器人焊接試驗(yàn)

2．1不銹鋼T型接頭焊接試驗(yàn)不銹鋼的焊接要求非常嚴(yán)格，本試驗(yàn)在某船廠不銹鋼焊接工藝規(guī)程（WeldingProcedureSpecifica－tion，WPS）的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和優(yōu)化，最終得出符合焊接要求的焊接工藝參數(shù)，為不銹鋼槽型艙壁的焊接工藝參數(shù)提供參考和借鑒。試驗(yàn)設(shè)備和材料如下。（1）試驗(yàn)選用KUKA公司生產(chǎn)的六自由度KUKAKR16L6－2型焊接機(jī)器人，并配有德國EWMPhoenix551Puls逆變分體式全數(shù)字化焊接電源。（2）試驗(yàn)采用的鋼材是S31803，并且選取直徑為1．2mm的AvestaFCW2205－PW不銹鋼藥芯焊絲，單盤質(zhì)量20kg。（3）試驗(yàn)選用保護(hù)氣體為100％CO2，氣體流量為20～25L／min。（4）試驗(yàn)中選取的工件材質(zhì)為S31803。

2．2焊接軌跡規(guī)劃此次不銹鋼槽型艙壁典型結(jié)構(gòu)的焊接過程中，實(shí)際槽型艙壁焊縫的焊接軌跡程序。

2．3不銹鋼槽型艙壁的焊接路徑跟蹤及糾偏激光跟蹤系統(tǒng)需要激光視覺傳感器對(duì)焊接區(qū)圖像進(jìn)行采集，對(duì)工件對(duì)象形狀進(jìn)行檢測(cè)，提取工件特征參數(shù)，通過逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求得機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置姿態(tài)并高精度控制機(jī)器人焊槍末端。

3不銹鋼槽型艙壁焊接試驗(yàn)分析

槽型艙壁焊接結(jié)構(gòu)是由平面面板與槽型艙壁組合而成的工件，板厚為12mm，平面面板長度約為5m，寬1．6m，槽型壁板位于平面面板的正中間，沿長度方向分布有2個(gè)槽型輪廓，槽深0．9m，圓弧倒角半徑為50mm，其坡口形式與上述試驗(yàn)工件一致。槽型艙壁焊接試驗(yàn)所用的保護(hù)氣、焊絲、焊接電源選用的JOB號(hào)等都與不銹鋼T型接頭焊接試驗(yàn)時(shí)選用的完全相同，焊接的工藝參數(shù)為不銹鋼T型接頭平角焊試驗(yàn)得出的最優(yōu)焊接工藝參數(shù)，即送絲速度6．5m／min，焊接速度為0．18m／min，電源補(bǔ)償電壓為9V，電流為140A，電壓為30V，無擺動(dòng)。試驗(yàn)采用路徑離線編程及焊接過程糾偏技術(shù)。

4結(jié)論

本文根據(jù)槽型艙壁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采用相應(yīng)的機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)，通過焊接試驗(yàn)得出適用于板厚為12mm的小坡口（坡口深度為4．5mm）或無坡口的雙相不銹鋼角焊縫的焊接工藝參數(shù)，即在不銹鋼T型接頭平角焊中，焊接電源JOB號(hào)為212，間隙為0～2mm的情況下，采用送絲速度為6．5m／min，焊接速度為0．18m／min，電源電壓為30V的焊接工藝參數(shù)，可以得到比較好的焊縫成形，驗(yàn)證了采用焊接機(jī)器人焊接集成系統(tǒng)開展不銹鋼槽型艙壁典型結(jié)構(gòu)自動(dòng)焊接的可行性，并通過試驗(yàn)得到了優(yōu)選的焊接工藝參數(shù)，為機(jī)器人焊接系統(tǒng)在不銹鋼槽型艙壁焊接的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］陳忠明，龐連杰，王華，等．槽型艙壁的建造工藝［J］．機(jī)械工程師，2016（6）：98－99．

［2］郭勤靜，李磊，陳書敏，等．鉆井船干貨艙槽型艙壁端部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［J］．船海工程，2016，45（1）：174－177．

［3］康美澤．槽型艙壁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與設(shè)計(jì)優(yōu)化研究［D］．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2011．

［4］甘水來，李國強(qiáng)，李勇．基于共同規(guī)范的散貨船槽型橫艙壁設(shè)計(jì)研究［J］．船舶與海洋工程，2014（1）：32－38．

［5］黃磊．槽型艙壁的極限強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2010

作者：張磊1，2；馬曉平1，2；董春春1 單位：1．江蘇科技大學(xué)海洋裝備研究院，2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司