T∕CWAN 0039-2020 船舶纵骨角焊缝机器人焊接工艺规范.pdf

ICS 25.160.20J 33中中 国国 焊焊 接接 协协 会会 团团 体体 标标 准准T/CWAN 00392020Vcbh 更好的听个人船舶纵骨角焊缝机器人焊接工艺规范Specification for Welding Procedure of Ship Longitudinal Fillet Weld Robot2020-08-17 发布2020-09-01 实施中国焊接协会发布中国焊接协会发布T/CWAN 00392020I目次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 一般要求.25 焊接设备.26 焊接材料.27 焊接工艺要求.38 焊后检测和返修.49 安全事项.4附录 A（规范性附录）焊接工艺调试试验方法. 6附录 B（规范性附录）焊接工艺推荐规范参数. 9附录 C（资料性附录）常见焊接缺陷.11T/CWAN 00392020II前言本文件按照 GB/T 1.12020 给出的规则起草。本文件的附录 A、B 为规范性附录，附录 C 为资料性附录。本文件由中国焊接协会提出并归口。本文件起草单位：广州黄船海洋工程有限公司、中船黄埔文冲船舶有限公司、哈尔滨焊接研究院有限公司、北京博清科技有限公司、上海模呈信息技术有限公司、山东聚力焊接材料有限公司、江苏北人机器人系统股份有限公司、大连中船新材料有限公司。本文件主要起草人：邵丹丹、张继军、雷炳育、李东、蒋勇刚、黄瑞生、冯消冰、王兆臣、黄楚畅、闫德俊、康占宾、孟波、李海龙、罗玖田、杨义成、林涛、孟昭懿、徐楷昕。T/CWAN 003920201船舶纵骨角焊缝机器人焊接工艺规范1 1范围范围本文件规定了船舶纵骨角焊缝机器人的术语和定义、一般要求、焊接设备、焊接材料及焊接工艺要求、焊后检测及安全防护等。本文件适用于一般强度船体结构钢（A、B、D和E）、高强度船体结构钢（AH32、DH32、EH32、AH36、DH36和EH36）的船舶纵骨角焊缝横角焊位置的双电极自动焊接。2 2 规范性引用文件规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 7727.4船舶通用术语船体结构、强度和振动GB/T 2654焊接接头硬度试验方法（GB/T 26542008，ISO 90151:2001，IDT）GB/T 5117非合金钢及细晶粒钢焊条（GB/T 51172012，ISO 2560:2009，MOD）GB/T 6052工业液体二氧化碳GB/T 10045非合金钢及细晶粒钢药芯焊丝（GB/T 100452018，ISO 17632:2015，MOD）GB/T 12924船舶工艺术语船体建造和安装工艺GB/T 19418钢的弧焊接头 缺陷质量分级指南（GB/T 194182003，ISO 5817:1992,IDT）GB/T 34000中国造船质量标准CB/T 3761船体结构钢焊缝修补技术要求CB/T 3802船体焊缝表面质量检验要求T/CWAN 0007 焊接术语 焊接材料T/CWAN 0008 焊接术语 焊接基础3 3 术语和定义术语和定义GB 7727.4、GB/T 12924、T/CWAN 0007、T/CWAN 0008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1机器人机器人 Robot由多关节或多轴（多自由度）机械本体、控制器、伺服驱动系统和传感装置构成的一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光机电一体化焊接生产设备。3.2板架板架 Grillage列板与骨架单元构成的整体。3.3自动焊自动焊 Automatic Welding用自动焊接装置完成全部操作的焊接方法。例如，采用数字程序控制系统、模拟控制系统、适应控制系统或机器人系统使焊接过程全部自动进行的焊接。3.4电极电极 Electrode熔化焊时用以传导电流，并使填充材料和母材熔化或本身也作为填充材料而熔化的金属丝（焊丝、焊条）、棒（石墨棒、钨棒）、管、板等。电阻焊时指用以传导电流和传递压力的金属极。T/CWAN 0039202023.5车间底漆车间底漆 Shop Primer钢材经过表面除锈处理后喷涂的一层防锈漆。4 4 一般要求一般要求4.1 环境要求环境要求4.1.1 纵骨角焊缝机器人应建设在车间、厂房等非露天的环境中，避免纵骨角焊缝机器人遭受雨、雪等恶劣天气的损害，同时该环境应满足板架焊接所必备的生产空间。4.1.2 施工场地应保持干净、整洁，材料堆放整齐，施工过程中产生的余料、碎料和垃圾应及时进行清理。4.1.3 焊接作业区的相对湿度不宜大于90。4.1.4 焊接环境温度不宜低于0。4.1.5 焊接作业区最大风速不宜超过2m/s， 如果风速超过上述范围， 应采取有效措施以保障焊接电弧区域不受影响。4.1.6 放置保护气体气瓶的区域以及保护气体输送管路应避免靠近高温热源或被烈日曝晒， 以免发生爆炸事故。4.2 人员要求人员要求4.2.1 纵骨角焊缝机器人操作人员应经过专业培训，取得相应的操作资格证书。4.2.2 纵骨角焊缝机器人操作人员和设备维护人员应熟悉设备基本构造和功能。4.2.3 纵骨角焊缝机器人操作人员施工前应熟悉相关工艺文件， 施工过程应严格遵守工艺纪律， 按照工艺要求进行施工。5 5 焊接设备焊接设备5.1 纵骨角焊缝机器人包含焊接门架、焊接台车、跟踪探测装置、焊接电源、焊丝输送系统、供气系统、焊枪冷却水循环系统等，如表1所示。表 1 纵骨角焊缝机器人组成序号系统名称主要功能1焊接门架能够为焊接作业提供足够的场地空间2焊接台车能够满足焊枪运动的稳定性要求3跟踪探测装置能够识别焊缝位置，并能够反馈跟踪焊缝位置，确保焊缝焊接的准确性4焊接电源能够为焊接电弧提供能量，提供稳定的电源特性5焊丝输送系统能够为焊接过程中焊丝的送进提供稳定的动力和输送路径6供气系统能够为焊接过程提供稳定流量的保护气体7焊枪冷却水循环系统能够降低焊枪温度，确保焊枪的安全生产过程5.2 设备维护人员应定期对纵骨角焊缝机器人进行维护和保养，定期清理纵骨角焊缝机器人内的灰尘，定期给纵骨角焊缝机器人的导轨更换或添加润滑油。6 6 焊接材料焊接材料6.1 焊条焊条6.1.1 装配和返修用的焊条应符合GB/T 5117中E5015或E5018型号的技术要求，或其他力学性能相当的标准的要求。6.1.2 焊条使用前应按照说明书推荐要求进行烘焙， 领用的焊条应采用能保持良好保温性能的保温筒保温，随用随取。6.2 焊丝焊丝6.2.1 所用焊丝应符合GB/T 10045中T492TX-XC1A型号的技术要求或其他力学性能相当的标准的要求。6.2.2 焊丝在焊接生产应用前，应经过相关的焊接工艺评定试验，并取得第三检验方认可。T/CWAN 0039202036.2.3 焊丝表面不应存在油污、锈蚀、水分等杂质以及其他影响焊接质量的缺陷。6.2.4 焊丝在使用过程中，应保证其标签完好，以备查证。6.3 保护气体保护气体6.3.1 焊接保护气体采用纯度99.5的CO2气体，应符合GB/T 6052中焊接用CO2气体的技术指标要求。6.3.2 保护气体应干燥处理。6.3.3 采用瓶装保护气体进行焊接时，应采取适当的防冻或加热措施。7 7 焊接工艺要求焊接工艺要求7.17.1 构构件要求件要求7.1.1 待焊构件为板架构件，其列板为平直板构件，其纵骨为平直型材构件，焊缝为纵骨和列板的横角焊缝。7.1.2 待焊构件中纵骨与纵骨的档距应能满足焊接台车施焊空间要求，以防各台车之间发生干扰。7.2 装配装配7.2.1 构件装配前，应将待焊区域及其周围20 mm30 mm范围内的锈蚀、油污、割渣、毛刺、氧化层等对焊接质量有影响的杂物进行清理。7.2.2 车间底漆厚度应25 m。7.2.3 构件中纵骨与板单元的装配间隙应控制在0 mm1 mm之间，纵骨与板单元的垂直度偏差应不超过2。7.2.4 构件装配的定位焊可采用焊条电弧焊、 熔化极气体保护焊实施， 定位焊用焊接材料力学性能等级应与焊接生产用焊接材料力学性能等级相当。7.2.5 构件装配的定位焊缝长度一般控制在30 mm50 mm之间，焊脚尺寸控制在3.5 mm4.5 mm范围，焊缝间距应控制在500 mm600 mm之间。7.2.6 定位焊缝不应存在裂纹、夹渣、气孔、咬边、弧坑等焊接缺陷。7.2.7 定位焊缝的焊渣、飞溅、焊瘤等在装配完成后应打磨清理干净。7.3 焊前准备焊前准备7.3.1 检查构件材质及规格，确保其符合图纸设计要求。7.3.2 检查构件装配定位焊缝，确保其符合装配和定位焊要求。7.3.3 检查焊丝牌号及表面状态，确保其符合性能等级要求和相关认可要求，确保焊丝表面无油污、锈蚀、水分等杂物。7.3.4 检查纵骨角焊缝机器人设备，确保电路、气路、送丝系统、传感器、控制按钮和指示灯、显示器和参数表、机械运动装置正常运行。7.3.5 检查焊枪状态，若焊枪喷嘴表面有飞溅物、焊丝干伸长异常，应进行焊枪清理和焊丝修剪。7.3.6 检查保护气体气路系统，确保气体管路畅通且连接正确，无漏气现象，保护气体流量能够满足焊接工艺文件要求。7.3.7 检查纵骨流水孔、过焊孔等影响焊缝连续性的结构位置，做明显的标识。流水孔、过焊孔周围的毛刺、割渣等应打磨干净，以防损坏跟踪监测装置。7.3.8 将纵骨角焊缝机器人空载试行一段距离， 检查行走过程中焊丝端部位置和移动状态， 若不正常应及时进行排查处理。7.4 焊接焊接7.4.1 焊枪电极配置参数如图1所示。7.4.2 焊丝干伸长度为15 mm20 mm。7.4.3 焊接控制流程框架如图2所示。7.4.4 纵骨角焊缝机器人操作人员根据设计图纸规定的焊脚尺寸， 在系统内部选择焊接规范参数进行焊接，焊接工艺推荐规范参数如附录B所示。7.4.5 纵骨角焊缝机器人内部焊接规范参数的修改应由技术部门专业工程师进行修改， 并满足焊接工艺评定认可范围。7.4.6 焊缝首尾两端的焊接盲区，可采用焊条电弧焊或熔化极气体保护焊进行焊接。T/CWAN 003920204单位为mmL极先行电极T极后行电极图1 焊接电极配置图2 焊接控制流程框架8 8 焊后检测和返修焊后检测和返修8.1 构件送出焊接工位后， 对焊缝周围的飞溅和焊渣进行清理， 再采用目视检验方法对焊缝表面进行外观检验。8.2 焊缝外观质量应满足GB/T 34000的要求或其他相当标准的要求。8.3 检测人员检测出来的所有缺陷，应做明显标识，并反馈给返修人员。8.4 焊缝返修应按CB/T 3761的要求执行。9 9 安全事项安全事项9.1 人员安全人员安全9.1.1 进入纵骨角焊缝机器人生产区域的所有人员，应遵循设备管理规定，穿戴好劳动保护用品。9.1.2 不能接近强磁场的人员应远离设备和电缆。9.1.3 施工人员应熟悉设备运行环境布局，并随时关注设备运行状态，防止发生砸伤、挤伤、摔伤、烫伤等安全事故。9.1.4 辊道在进行构件转运时，所有人员不应站在辊道和构件上。9.1.5 没有经过专业培训的人员不应打开设备机壳维修设备。9.1.5 生产管理人员应做好交叉作业的管理工作，做好事故防范措施。9.2 设备安全设备安全9.2.1 纵骨角焊缝机器人接线应由专业电工操作，接好保护地线，电源箱应有漏电保护功能。9.2.2 所有电器接头及电缆接线柱应具有良好的导电作用， 如电器接头及电缆接线柱发生生锈、 断裂等现象时应及时更换。9.2.3 纵骨角焊缝机器人工作时应保证设备通风畅通，通风口应远离墙壁等障碍物。9.2.4 纵骨角焊缝机器人焊接过程输出电流较大，焊接过程不能徒手触摸其电源线、电极等，避免发生触电、烫伤等安全事故。T/CWAN 0039202059.2.5 纵骨角焊缝机器人及其周围应具有安全警示牌、安全警戒线等明显的安全标识。9.2.6 纵骨角焊缝机器人为焊接门架驱动， 操作人员在进行焊接门架移动前， 应确认设备状态以及可能阻碍设备运行的障碍物、人员等，避免造成安全事故。9.3 环境安全环境安全9.3.1 纵骨角焊缝机器人施工前，生产相关管理人员应进行环境安全确定，并实施监护。9.3.2 起重设备吊运的重物， 不应从纵骨角焊缝机器人上方经过， 以防发生意外而出现重物砸坏设备的现象。9.3.3 装配、打磨、气刨、补焊等作业应在远离纵骨角焊缝机器人的安全范围内实施，或应采取有效的防尘、防飞溅等措施。T/CWAN 003920206附录附录A A（规范性附录）焊接工艺调试试验方法焊接工艺调试试验方法A.1A.1 试验前准备试验前准备试验前，焊接工程师编制焊接工艺方案，用以指导焊接工艺调试。可编制多个焊接工艺方案，设置对比试验。焊接工艺方案应包含但不限于以下内容：（1）母材的牌号、级别、厚度和交货状态；（2）焊接材料的型号、等级和规格；（3）焊接设备的型号和主要性能参数；（4）坡口设计、加工要求及衬垫材料（如有时）；（5）焊道布置和焊接顺序；（6）焊接位置；（7）焊接规范参数（电源极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度、送丝速度、保护气体流量等）；（8）焊前预热和道间温度、焊后热处理及焊后消除应力的措施等；（9）施焊环境要求；（10）其他有关的特殊要求。试件所选用的母材和焊接材料应符合焊接工艺方案的要求，试件要有足够的尺寸以保证合理的散热，通常应符合图A.1的要求。L1面板长度，取L1L2+60mm；L2腹板长度，取L21000mm；t1面板厚度；t2腹板厚度；b面板、腹板宽度，取b150mm(设t1、t2中最大值为t，若3t150mm，则b应3t)。图A.1 试件尺寸图A.2A.2 焊接试验焊接试验按照焊接工艺方案的要求， 将焊接方案的焊接工艺参数新增到焊接系统数据库， 调用数据库相关焊接工艺数据对试件进行焊接。焊接过程应使试件中的定位焊缝熔入成形接头中。A.3A.3 试验项目试验项目A.3.1 试验包括无损检测和破坏性试验，见表A.1。T/CWAN 003920207表 A.1 试验项目试件试验种类试验内容备注全焊透的 T 型接头外观检测渗透检测或磁粉检测超声波或射线检测硬度检测低倍金相检测破断试验100100100按要求进行2 个试样2 个试样ab角焊缝外观检测渗透检测或磁粉检测硬度检测低倍金相检测破断试验100100按要求进行2 个试样2 个试样aa对于非磁性材料，采用渗透检测。b超声波检测不适用于小于 8 mm（t8 mm）的厚度。A.3.2 试件焊接结束后，进行外观检查和表面渗透或磁粉检测。其中，无损检测应在焊接结束24小时后进行。A.3.3 在试件两端截取约为50mm的截弃端， 然后取出两个长度约25mm的焊缝断面宏观试样， 一个位于试件长度中间处，另一个位于终端接头处，终端接头处的试样又用作硬度测试试样，剩余试样中取较长的两段作为角焊缝破断试样。一个破断试样保留一侧角焊缝，另一个破断试样则保留另一侧角焊缝，两个试样中不保留的角焊缝应在破断试验前采用气刨或打磨方式进行清除。试样取样位置如图A.2所示。单位为mm1截弃端；2宏观金相试样；3宏观金相和硬度试样（终端接头处） ；4破断试样；L腹板长度。图A.2 试样取样位置示意图T/CWAN 003920208A.4A.4 试验结果要求试验结果要求A.4.1 焊缝外观和无损检测结果均应满足GB/T 19418中B级（焊缝超高、凸度过大时可接受C级）或其他相当标准的要求。A.4.2 焊缝断面宏观检测应显示焊缝成形良好，有足够的熔深，无裂纹和未熔合缺陷。A.4.3 破断试样的破断面观察无裂纹和未熔合等缺陷，夹渣和气孔的要求应符合GB/T 19418中B级或其他相当标准的要求。A.4.4 接头的显微硬度测试结果应350（HV10）。A.4.5 若试验结果不符合上述要求，则相应的焊接工艺达不到生产可行性要求，应予以舍弃。若试验结果符合上述要求，则相应的焊接工艺参数可录入系统数据库。T/CWAN 003920209附录附录B B（规范性附录）焊接工艺推荐规范参数焊接工艺推荐规范参数纵骨角焊缝机器人的焊接工艺规范参数与焊接电源的特性息息相关， 其选取对焊缝成型及质量有很大影响。本文件的焊接工艺规范参数主要有焊接电流、电弧电压、焊丝干伸长度等，焊接工艺规范参数则取决于被焊构件的焊脚尺寸和焊接位置。纵骨角焊缝机器人常见焊接接头形式如图B.1所示，纵骨角焊缝机器人焊接工艺推荐规范参数如表B1所示。t1面板厚度；t2腹板厚度；b根部间隙；k焊脚尺寸。图 B.1 纵骨角焊缝机器人常见焊接接头形式表 B.1 焊接工艺推荐规范参数焊缝类型焊接位置电极焊丝及规格保护气体及流量焊接电流（A）电弧电压（V）焊丝干伸长度（mm）焊接速度（cm/min）角焊缝（焊脚 6mm）横角L 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）275285293115206872T 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）24525529311520角焊缝（焊脚 7mm）横角L 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）295305293115206872T 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）27528533351520T/CWAN 0039202010表 B.1 （续）焊缝类型焊接位置电极焊丝及规格保护气体及流量焊接电流（A）电弧电压（V）焊丝干伸长度（mm）焊接速度（cm/min）角焊缝（焊脚 8mm）横角L 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）315325313315206872T 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）29530533351520角焊缝（焊脚 9mm）横角L 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）335345323415206872T 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）31532533351520角焊缝（焊脚10mm）横角L 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）355365333515206872T 极T492TX-XC1A（1.4mm）CO2（20-25L/min）31532535371520T/CWAN 0039202011附录附录C C（资料性附录）常见焊接缺陷常见焊接缺陷C.1 常见焊接缺陷如表 C.1 所示。表 C.1 常见焊接缺陷缺陷名称产生原因防止措施咬边（1）焊接电压过高（2）电极角度、位置不当（1）选择合适的焊接参数（2）焊前注意检查和调整焊枪位置、角度气孔（1）焊丝、焊接区存在油污、水分、铁锈等（2）焊接电流和电压不匹配（3）车间底漆干膜厚度过大，或车间底漆不具备可焊性能（4）保护气体流量过大或过小（5）保护气体中水分含量超标（1）严格进行焊前清理工作（2）选择合适的焊接参数（3）严格控制车间底漆厚度，或焊前清理车间底漆（4）选择合适的气体流量（5）采用经过干燥处理的保护气体焊瘤（1）电极角度、位置不当（2）焊接电流不当（1）焊前注意检查和调整焊枪位置、角度（2）选择合适的焊接参数裂纹（1）焊丝、焊接区存在油污、水分、铁锈等（2）纵骨装配的根部间隙过大（1）焊前更换表面干净的焊丝，严格清理焊接区域及其附近的污物（2）按照工艺要求严格控制纵骨装配的根部间隙焊脚过小（1）焊接电流、电压、速度不匹配（2）设备送丝系统故障（1）选择合适的焊接参数（2）焊前检查和维修送丝系统弧坑（1）收弧不当（1）选择合适的收弧参数