[發明專利]水下焊接機器人多功能焊接系統

有效

• 申請號: 201310710984.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103706927A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 王振民;馮允樑;馮銳杰;郭文龍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B23K9/16
• 分類號: B23K9/16;B23K9/10;B23K9/133
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁瑩;李衛東

技術領域

本發明涉及焊接工藝及設備技術，更具體地說，涉及一種水下焊接機器人多功能焊接系統。

背景技術

隨著國民經濟的高速發展、能源戰略的迫切需求，海洋工程不斷地向深海推進。水下焊接作為海洋工程領域的重要技術，正受到越來越多的關注。從海上油氣平臺的安裝建造到海底管線的鋪設維修，從海上打撈營救工作到大型船艦的應急修理，隨處可見水下焊接的身影。水下焊接機器人的研究，推動了水下焊接行業的發展，相比較于以前的人工水下焊接，水下焊接機器人的焊接效率更高，焊接工程質量更可靠，焊接成本更低廉，是海底工程發展的基礎。

由于水下環境的復雜性和不確定性，目前還沒有焊接機器人從事完全的水下焊接活動。影響水下焊縫質量的因素很多，但焊接時電弧是否穩定燃燒是基本要求。與通常的焊接電弧相比，水環境下的電弧由于水壓力及其他因素的影響，其燃燒的穩定性很差。從機理上分析，要使水下電弧燃燒穩定，就必須有相應的電源與之匹配，能夠建立穩定的電源-電弧系統。從國內外相關應用及研究報道來看，水下焊接通常直接使用陸上通用型焊接系統，或者在通用型焊接系統的基礎上進行結構微調。也就是說，水下焊接工藝的調整只能依賴于現有通用焊接系統的性能，即只能是工藝去適應電源，還無法做到電源去適應水下焊接工藝。因此，現有的電源-電弧系統很難針對水下電弧的特殊性對工藝做出最有效的調控，用陸上焊接電源進行水下焊接，要電弧燃燒穩定并獲得良好的焊接效果是非常困難的。逆變焊機具有節能、省材、動態性能好等諸多優點，非常有利于實現精密化控制，將它與先進的數字控制技術相結合，能夠從根本上提高焊接系統的性能指標，控制更靈活，擴展性好。在硬件資源得到合理配置的情況下，只需根據不同應用需求，更換相應的控制策略或者修改相應的控制軟件就可獲得預期效果。這為研發適應于水下焊接電弧特性的專用焊接系統奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種水下焊接機器人多功能焊接系統，在焊接過程能夠自動適應水下焊接電弧的特性，建立穩定的焊接電源-水下電弧系統，實現高質量的水下機器人焊接。

為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：一種水下焊接機器人多功能焊接系統，其特征在于：包括弧焊機器人接口、數字化弧焊逆變電源、潛水送絲機、機器人專用焊炬、微型排水罩、壓縮氣體裝置和保護氣體裝置；所述弧焊機器人接口、數字化弧焊逆變電源、潛水送絲機和機器人專用焊炬依次連接；所述弧焊機器人接口還分別與機器人、潛水送絲機、壓縮氣體裝置和保護氣體裝置連接；所述機器人專用焊炬安裝于機器人上，并還與微型排水罩、電弧負載一相連；所述壓縮氣體裝置與微型排水罩連接，保護氣體裝置與潛水送絲機連接。

在上述方案中，本發明焊接系統的機器人專用焊炬安裝在焊接機器人的本體上；而弧焊機器人接口通過CAN總線直接與機器人相連；機器人專用焊炬為焊接機器人的通用型焊炬，微型排水罩直接安裝于機器人專用焊炬的端部；壓縮氣體裝置采用空氣壓縮機系統，直接與微型排水罩相連，為微型排水罩提供壓縮空氣，將焊接電弧區的水排出；機器人專用焊炬直接與潛水送絲機相連，焊絲經過機器人專用焊炬送給到焊接區域；保護氣體裝置為富氬或者純氬氣體供給裝置，直接與潛水送絲機相連，并經機器人專用焊炬送入焊接電弧區域，實現可靠保護。

所述數字化弧焊逆變電源包括主電路一和與主電路一相互連接的控制電路一；所述主電路一由整流濾波電路、逆變橋、中頻變壓器和快速整流濾波電路依次連接組成；所述整流濾波電路與三相交流輸入電源電連接，快速整流濾波電路與電弧負載二連接。

所述主電路一的逆變橋采用工作于硬開關換流模式，或者采用工作于軟開關模式的全橋高頻逆變拓撲結構。

所述控制電路一包括與三相交流輸入電源電連接并用于給控制電路一提供電能的供電模塊、最小系統以及分別與最小系統連接的動作檢測模塊、過熱檢測模塊、過壓欠壓檢測模塊、高頻驅動模塊、峰值電流檢測模塊、電流反饋電路、數字面板、CAN接口電路和繼電器模塊；其中，所述過壓欠壓檢測模塊與三相交流輸入電源電連接。

所述高頻驅動模塊與主電路一的逆變橋連接，峰值電流檢測模塊與主電路一的中頻變壓器連接，電流反饋電路與主電路一的快速整流濾波電路連接；所述控制電路一的最小系統設置有逐脈沖限流保護和直接關斷保護兩種保護模式。