T∕CWAN 0041-2020 中组立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 00412020Vcbh 更好的听个人中组立机器人焊接工艺规范Specification for Welding Procedure of Middle Assembling 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 00412020II目次前言. III1 范围. 12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 一般要求.25 焊接设备系统.26 焊接材料.37 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.12T/CWAN 00412020III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、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、中交三航（南通）海洋工程有限公司。本文件主要起草人：陈立群、雷炳育、张继军、邵丹丹、李东、滕彬、康占宾、冯消冰、王兆臣、张红霞、李武凯、曹浩、闫德俊、林涛、孟昭懿、汪峥。T/CWAN 004120201中组立机器人焊接工艺规范中组立机器人焊接工艺规范1 1 范围范围本文件规定了船舶构件的中组立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）的船舶平面分段的中组立敞口构件中舱壁围板、舱壁围板与列板的角焊缝横角焊（T型全焊透）、立角焊及包角焊位置的焊接。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 8110气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝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船体结构焊缝缺陷修补技术要求CB/T 3802船体焊缝表面质量检验要求HG/T 2738焊接用混合气 氩二氧化碳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 0008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.13.1中组立中组立MiddleMiddle AssemblingAssembling由一批零件和部件组成组件的制造过程。如平面舱壁、半舱壁、围壁、边水舱壁片体、甲板片体、平台片体，底部交叉框架，舱壁墩座，主机基座，舱口围板，舷墙板等的制造过程。3.23.2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。3.33.3平面分段平面分段 Flat Section由平直列板与相应的骨材装配结合而成的船体分段。T/CWAN 0041202023.43.4隔板隔板 Bulkhead分隔舱室内空间的板构件，如双层底横隔板、纵隔板。3.53.5离线编程离线编程 Off-Line Programming在与机器人分离的装置上编制任务程序后再输入到机器人中的编程方法。4 4 一般要求一般要求4.14.1 环境要求环境要求4.1.1 中组立机器人应建设在车间、厂房等非露天的环境中，避免设备遭受雨、雪等恶劣天气的影响，同时应能满足分段建造所必备的生产空间。4.1.2 施工场地应干净整洁，材料应堆放整齐。施工中产生的余料、碎料和垃圾应及时清理。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 施工环境风速大于2m/s时，应做好防风措施。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。4.24.2 人员要求人员要求4.2.1 中组立机器人操作人员应经过专业培训，取得国家职业技能鉴定机构颁发的焊接机器人操作证。4.2.2 中组立机器人操作人员和设备维护人员应了解熟悉设备基本构造和功能。4.2.3 中组立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 焊接设备系统焊接设备系统5.1 中组立机器人包括门架系统、机器人系统、焊接系统、传感及识别系统、总控系统、安全防护系统、测量系统、软件系统、防尘系统、清枪系统、离线编程系统。表1 中组立机器人组成序号系统名称主要功能1门架系统能够驱动中组立机器人在三维方向上进行移动，扩大中组立机器人的运行范围2机器人系统能够操作焊枪实施焊接生产，确保焊枪运动的稳定性3焊接系统能够为焊接电弧提供能量，确保电源特性和焊丝给进的稳定性5传感及识别系统能够为块体构件的输送、中组立机器人的运行提供反馈和控制型号6总控系统能够协调控制各系统进行有序作业7安全防护系统能够为中组立机器人的故障提供警告信号和安全防护措施8测量系统能够准确识别和测量工位参考点的位置9软件系统能够为中组立机器人的运行提供控制指令，为焊接生产提供工艺指令，为生产管理提供可视化数据指导。10除尘系统能够收集焊接过程中产生的烟尘并进行固定处理。11清枪系统能够自动清理焊枪，并修剪焊枪中伸出的焊丝。12离线编程系统能够对机器人进行示教仿真，能够生成机器人控制程序，并对控制城区进行编辑。T/CWAN 0041202035.2 中组立机器人所有程序基本框架的编制应由设备厂家服务工程师或技术部门专业工程师完成， 程序的优化和修改也应由设备厂家服务工程师或技术部门专业工程师执行。5.3 中组立机器人应定期进行维护和保养，定期清理设备内的灰尘，定期给设备运动轴、导轨等添加或更换润滑油。5.4 操作人员原则上不允许进行程序的修改操作。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。6.26.2 焊丝焊丝6.2.1 所用的实心焊丝应符合GB/T 8110中ER50-6型号的技术要求或其他力学性能相当的标准的要求。所用的药芯焊丝应符合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，应取得第三检验方认可。6.2.3 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。6.26.2 保护气体保护气体6.3.1 保护气体可采用80Ar+20CO2混合气体， 或纯度99.5的CO2气体。 混合气体应符合HG/T 3728中类技术指标要求，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 工艺要求工艺要求7.17.1 构件要求构件要求7.1.1 待焊构件为船舶平面分段的中组立敞口构件， 焊缝主要包括横隔板、 纵隔板与列板的横角焊缝以及围壁间的立角焊缝。7.1.2 待焊构件中横隔板、纵隔板的档距应能满足焊接机器人施焊空间要求。7.27.2 装配装配7.2.1 构件待焊位置的切割边割痕缺口深度应1mm。7.2.2构件装配前，应将待焊位置及其附近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。7.2.3 车间底漆厚度应25 m。7.2.4 构件的装配间隙应控制在0 mm1 mm之间。7.2.5 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。7.2.6 构件装配的定位焊缝长度一般控制在30 mm50 mm之间，焊缝厚度控制在5 mm6 mm之间，焊缝间距控制在500 mm600 mm之间，且定位焊缝与待焊区域端部或交叉位置的距离应50 mm。7.2.7 定位焊缝不应存在裂纹、夹渣、气孔、咬边、弧坑等焊接缺陷。7.2.8 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。7.37.3 焊前准备焊前准备7.3.1 检查构件建造状态，确认构件已经由上道工序报验合格，确保构件符合转焊工序的要求。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 检查中组立机器人的总控系统，同时进行相关生产信息的录入。7.3.5 检查中组立机器人设备，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。T/CWAN 0041202047.3.6 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。7.3.7 检查焊接控制程序和调用焊接参数数据库，确保其满足焊接工艺要求。7.3.8 检查中组立机器人生产管理控制逻辑和作业节拍， 确保其符合设备生产能力， 防止设备发生过载现象。7.3.9 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。7.47.4 焊接焊接7.4.1 焊接控制流程框架如图1所示。图 1 焊接控制流程框架7.4.2 构件输送系统应具有良好的刹车系统，以防构件在生产过程中发生意外移动或转动现象。7.4.3 焊接规范参数的选择应根据工艺要求在数据库中选择调用， 焊接工艺推荐规范参数如附录B所示。7.4.4 系统识别构件参考点后，直至构件所有焊缝焊接完成前，应保持输送系统保持刹车状态，以防构件在生产过程中发生意外移动或转动，造成构件参考点信息的误差。7.4.5 构件焊接顺序中，应先焊横隔板和纵隔板的立角焊缝，再焊横隔板、纵隔板与列板的横角焊缝，同时尽可能由双数数量的焊接机器人从构件中部逐渐向左右、前后对称施焊，以保证构件均匀的收缩，减少构件焊接变形量。7.4.6 焊接过程中，操作人员应注意监控机器人运行状态，有异常情况应按下暂停或者急停按钮，进行排障处理。7.4.7 焊接过程发生故障而中止时， 应将正在焊接的焊缝标记为焊接完成， 并进行下一条焊缝的焊接生产，避免影响构件整体的焊接生产节拍。因中断而未完成焊接的焊缝可采用手工、半自动或机器人示教的焊接方式继续完成焊接。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，对未完成焊接的焊缝进行焊接，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9.19.1 人员安全人员安全9.1.1 进入中组立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。9.1.6 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 中组立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。T/CWAN 0041202059.2.2 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 中组立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 中组立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。9.2.5 中组立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。9.3 环境安全环境安全9.3.1 中组立机器人施工前，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， 不应从中组立机器人上方经过， 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中组立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 004120206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 004120207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 004120208A.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 004120209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中组立机器人焊接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、焊接速度、焊丝伸出长度等，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。中组立机器人常见焊接接头形式如图B.1、B.2所示，中组立机器人焊接工艺推荐规范参数如表B.1、B.2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 中组立机器人常见焊接接头形式（角焊缝）t1面板厚度；t2腹板厚度；b根部间隙；p钝边尺寸；坡口角度。图 B.2 中组立机器人常见焊接接头形式（深熔焊和全焊透）T/CWAN 0041202010表 B.1 焊接工艺推荐规范参数（角焊缝）焊缝类型焊接位置焊丝及规格保护气体及流量焊层或焊道焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）焊丝干伸长度（mm）角焊缝（焊脚 5mm）横角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道200220232630351520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道160180262835401215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道180200202325301520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232630351215角焊缝（焊脚 6mm）横角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道230250252830351520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道190210262835401215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道180200202320251520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232625301215角焊缝（焊脚 7mm）横角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道230250252825301520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道240260283030351215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道180200202315251520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232620251215T/CWAN 0041202011表 B.1 （续）焊缝类型焊接位置焊丝及规格保护气体及流量焊层或焊道焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）焊丝干伸长度（mm）角焊缝（焊脚 8mm）横角ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）两道190210262840451215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道180200202310151520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232615201215角焊缝（焊脚 9mm）横角ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）两道210230262840451215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道180200202310151520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232615201215角焊缝（焊脚10mm）横角ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）两道230250262840451215立角T492TX-XC1A（1.2mm）CO2（20-25L/min）单道18020020235101520ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）单道140160232610151215表 B.2 焊接工艺推荐规范参数（深熔焊和全焊透）焊缝类型焊接位置焊丝及规格保护气体及流量焊层或焊道焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（cm/min）焊丝干伸长度（mm）深熔焊和全焊透横角ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）打底200-220222430401215填充240-260262830401215盖面230-250252730401215立角ER50-6（1.2mm）80Ar+20CO2（20-25L/min）打底160180262820301215填充180200283020301215盖面170190272920301215T/CWAN 0041202012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（3）设备扫描数据偏差（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）车间底漆干膜厚度过大，或车间底漆不具备可焊性能（3）保护气体流量过大或过小（4）保护气体中水分含量超标（1）严格进行焊前清理工作（2）严格控制车间底漆厚度，或焊前清理车间底漆（3）选择合适的气体流量（4）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）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装配的根部间隙断焊（1）未扫描到焊缝（2）设备送丝系统故障（1）对比扫描数据和构件，检验扫描系统（2）焊前检查和维修送丝系统