机器人技术及应用结课作业

16MnR压力容器设计报告

1、方案概述:

项目条件和要求:圆柱形带风头的压力容器，尺寸大小直径1.5m，长度3m（含风头），中间筒体长度2m，材料为：16MnR，厚度10mm，质量1000KG，使用机器人进行焊接。

2、焊接工艺分析

16MnR是普通低合金钢,是锅炉压力容器专用钢，锅炉压力容器的常用材料。它的强度较高、塑性韧性良好。属低合金高强度钢，含Mn量较低。因此选用MIG/MAG焊接方法。另外采用保护气体为80% 的Ar 加20% 的CO2气体，CO2价格便宜，80% Ar +20% CO2比100%的Ar电弧温度高，焊接效率高。

焊丝规格：Φ1.2mm H08Mn2SiA

Si、Mn联合脱氧的原理具体的反应化学方程式为：

CO2→CO+O2；Mn+O2→MnO2

Si+O2→SiO2；Fe+O2→FeO+Fe2O3

Mn+FeO→MnO+Fe；Si+FeO→SiO2+Fe

MnO+ SiO2→(MnO)( SiO2)

(MnO)( SiO2)的密度大约为4.5~5g/cm3，熔点大约为1200℃，均小于Fe，焊接过程中在熔池尾部首先凝固成块体，然后漂浮在熔池表面，一方面保护熔池不被外界氧化，另一方面也将熔池内部的夹杂带到熔池表面，确保了熔池的质量。

2.1、坡口设计

2.2、焊缝背面成形

1）对于装水的普通压力容器，采用3mm厚，20mm宽的钢带固定在焊缝背面即可，焊接完成后，可以敲掉，也可以不敲掉。

2）对于要求较高的压力容器，可以采用铜衬底和陶瓷片拼合衬底背部成形方案

铜衬底：在与焊缝贴合的一侧覆盖一层焊剂，防止焊接完成后铜块焊缝粘连，或者在铜块内部采用水冷，使铜衬底一直保持在一个较低的温度。

陶瓷片拼合衬底：陶瓷片轮廓为长方形，略带弧度，一般为20mm宽，30mm长，厚度约为3~5mm，可以连续的贴在焊缝背部，形成一道环形衬底。

2.3、焊接速度

1）焊缝截面图与截面面积

2）送丝速度一般为V f=10m/min，则

2.4、焊缝道数

打底焊0.25~0.4cm3

中间层0.4~0.7cm3

盖面层0.3~0.5cm3

且焊缝截面积为68.18mm3，换算为0.68cm3

此焊缝需要焊接二次完成。

2.5、焊接电源选用平外特性电源，焊接电流180A，焊接电压20~22V。

2.6、焊接变位机与工装夹具

焊缝完成一次焊接所需时间：

每道焊缝需要焊接两次，一个环焊缝的焊接时间大约为1小时，时间较长，采用单机单工位的焊接变位机，一道焊缝焊接完成后，机器人暂时停止工作，一段时间后重新定位好另外一个焊缝，再实施焊接。

3、系统总体方案

计划选用ABB工业机器人极其自带的由两套ABB 工业机器人系统IRB1410+IRC5，二套初始位置跟踪系统，YM-500GR3，两套ABB 外部轴MTC250 驱动的焊接变位机，一套TBI 清枪系统及一套PLC 控制系统

焊机为日本松下全数字焊机YM-500GR3，具有以下优点：

·全数字控制，提供从起弧到收弧全过程的精确控制。

·输出电流60—500A。

·最佳性价比的选择。

采用德国TBi 焊枪

枪体外套管是由一整块特质高钢性不锈钢加工而成，非常强壮，同时和内层枪管之间留有足够空间，即使发生碰撞也不用重新校枪和调整机器人TCP 点，这样就节约了大量的机器人维护时间。

3.1电气控制方案

1) 工件变位机使用ABB 外部轴MTC250，保证高精度定位的同时,确保所有焊缝均处于最佳焊接位置。

2) 操作人员使用带按钮、状态指示灯的操作盒进行作业。

3) 所有电气元件采用国际品牌，确保系统稳定可靠工作：PLC-三菱，低压电器-施耐德，

传感器-OMRON。

3.2、系统设备配置

系统采用机器人与变位机相结合设计工作平台，可保证焊缝处在机器人最佳的焊接位置，以得到极好的焊接一致性，工作效率。电源采用微电脑波型控制逆变焊机，电弧稳定，飞溅小，成形美观，焊接性能好。

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王玉臻