專利名稱：改進的焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及焊接工藝。更具體而言，本發明涉及一種用于改進焊接工藝的機器人
程序化方法。
背景技術：
機器人特別適合不斷重復地執行相同的自動作業。在有些行業中，如維修服務機 構，一次與下一次的工作(或零件)全然不同。因此，就需要對自動程序不斷進行調整。常 規控制程序不容許在自動操作模式中進行這樣的調整，而是需要重寫運動控制代碼的整個 部分。 作為一個實例，在蒸汽渦輪機的應用場合中，因處于高溫和高壓下的蒸汽所造成 的侵蝕和破壞常常使得需要修理旁通閥。旁通閥通常具有積聚至特定厚度的三個或多個表 面。操作人員必須計算各焊接通道(恥ld pass)的厚度，所需的通道數目，以及確定各焊接 通道在閥上的物理位置。即使使用可程序化的焊接方法，該工藝也會導致在各旁通閥上對 超過一百個點進行獨立地編程。該方法的另一個缺點在于各旁通閥具有不同的焊接要求， 因此上述工藝對于每個待修理的閥必須重復進行。這就造成該工藝十分耗時且代價高昂。
作為備選，提出了基于最少材料的狀況修復所有的旁通閥。該工藝必須機加工去 除大部分基體材料，并在隨后進行大量的焊接沉積(weld d印oist)來修復所期望的形狀。 然而，這種行為會顯著增加所執行工作的材料成本及用時。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種用于修理物件的方法，并且該方法包括用以 標識待修理的物件的標識步驟。勾劃(touch off)步驟相對于原始位置將多個空間坐標定 位和標記在物件上。計算步驟進行計算期望的焊接順序，以獲得物件的期望形狀。檢驗步 驟檢驗多個空間坐標的期望位置。焊接步驟使至少第一焊接修理層沉積在物件表面上，并 且通過使至少一部分物件表面積聚成期望的形狀或輪廓來對進物件行修理。
圖1表示可根據本發明的方面進行修理的旁通閥的截面圖； 圖2為示出根據本發明的方面的工藝的流程圖。 零件清單 100旁通閥 110受損區域 120未受損區域 130原有表面 200焊接工藝 210標識步驟
220勾劃步驟 230計算步驟 240檢驗步驟 250焊接步驟
具體實施例方式
圖1表示可根據本發明的方法進行修理的旁通閥的截面圖。這種物件的實例為蒸 汽渦輪機的構件、燃氣渦輪機構件、風力渦輪機構件，以及旁通閥，但也可通過本發明的方 法來修理多種構件。如圖1中所示，旁通閥100通常包括受損區域110，其由閥體下部上的 陰影區域示出。在使用期間，蒸汽及蒸汽內的污染物可進行侵蝕，引起裂痕和裂縫，或對閥 110的下部造成其它破壞。 受損區域110應當除去，并且這一般可通過向下機加工或磨削至未受損層120來 獲得。然后，該閥可通過焊接新材料進行重新積聚以修復原有表面130。焊接修理通常包 括一個或多個焊接修理層，它們都沉積在基體材料的表面上，以形成表面焊接修理。根據 本發明的方面，當修理用于形成蒸汽渦輪機構件類型的CrMoV和CrMo合金時，其中的一個 實例為1. 25Cr-lMo-0. 25V(按重量百分比)，用于焊接修理的適合材料包括CrMo、 CrMoV 及NiCrFe合金。特別適合的鎳鉻鐵合金為NiCrFe-3。還可使用其它合金、填料金屬或焊 接電極，例如但不限于Incone產(Special Metals group companies的注冊商標)合金 82(ERNiCr-3) 、182(ENiCrFe-3) 、625 (ERNiCrMo-3) 、718 (ERNiFeCr-2)、鈷基合金、Stellite (Deloro Stellite Company的注冊商標)6(SFA 5. 21ERCoCr_A) 、 Stellite 21((SF)A 5. 21ERCoCr-E)。 根據本發明的一個方面，一種用于修理旁通閥的方法可包括標記和/或標識零 件。例如，作業號可印在旁通閥的一部分上。然后可檢查開孔尺寸。如果開孔未能通過檢 查，則其可能就需要進行焊接。
然后，可除去閥的表層。例如，可機加工去除所有Stdlite⑧(共同的外層)材料。
可進行檢查，以檢驗該第一通道是否在所有位置都到達母體材料。如果在第一次切割期間
未能完全除去所有的31^1^@材料，則如果需要的話，可繼續對閥進行機加工直至到達本
體材料。 優選的是充分除去所有的3化11讓6@和先前施加的308不銹鋼材料，并且如果對于 剩余的材料存在任何問題，則可將其切除，因為如果任何原有的31^1釷6@剩余的話，則潛在
的焊接能力和開裂問題會造成難以完成修理。 開孔可機加工至最終尺寸(根據所期望的規格)。現在，可進行修復旁通閥的外 表面。使用氣焊工藝(例如，GTAW，SMAW等)，可將塞子附加到開孔中。預熱/回熱是可選 的，并且對于該操作而言并非為必需的。 圖2示出了根據本發明的方面的機器人焊接工藝200的流程圖。下述步驟可示出 用于機器人密封焊接塞子的零件裝配(set up)和外徑的焊接積聚。在步驟210，對零件進 行標識和/或標記。這可包括將印在閥底部上的零件號與記錄在作業計劃文檔中的編號進 行比較。閥的后部應當座置在夾頭中心的孔口上方的板件上，以提供固定的基準點，以及確
4保位置穩定。如果期望的話，可上緊夾頭，以固定零件。檢查電源接通至機器人控制器、焊 接電源、感應電機、感應電機冷卻器、溫度控制器(切換至"機器人"模式)、供給感應線圈升 運器的氣源，以及焊炬清潔站。 在步驟220，執行勾劃程序。可具有大約四個點來進行勾劃，這將確定閥的當前狀 態，并且通過在機器人中的對比軟件，容許其計算根據所期望的規格積聚至最終閥尺寸所 需的焊接順序(例如，從表面120至表面130)。在備選實施例中，也可使用多于或少于四個 的勾劃點。在閥處于水平位置而機器人處于其原始位置的情況下，定位上死點，并對該位置 進行沖壓。所有的勾劃點均可在該X軸位置上產生。使用軸位置屏幕來監測用于剩余勾劃 點的該數值。除去機器人臂上的氣體噴嘴和接觸尖端。取回電極，因此沒有示出。裝緊所 提供的勾劃尖端指形件，確保其完全座置成抵靠焊炬本體，且看不到絲線(thread)。勾劃并 記錄四個點位置。在本發明的附加實施例中，勾劃步驟可利用執行焊接的同一機器人臂來 執行。本發明的另一優點在于，能夠避免使用將會顯著增加系統成本的專用接觸探針或復 雜的測量裝置。 在步驟230，計算焊接順序和對程序進行檢驗。通過程序來檢驗焊炬角度和位置的 程序塊可由控制器解析，并且進行適當地記錄。通過輸入閥零件號，選擇適合的零件號。在 焊接機器人中的軟件將能夠計算將閥積聚至期望規格所需的焊接量。 清潔氣體噴嘴和接觸尖端，根據需要來檢查破損和進行替換。使電極延伸，安裝接
觸尖端和氣體噴嘴，以及修整超過接觸尖端的電極。如果勾劃尖端留在適當的位置上，則其
可在執行程序期間造成對尖端和機器人焊絲(wire)進給機構的損壞。 在步驟240，機器人將回放勾劃點。這應當近距離觀察發現任何誤差，因為如果間
距不正確，則焊接將不會如所期望地布置。閥可形成為使得其軸線在定位器中為垂直的，而
感應線圈可降低。線圈將在保持時間結束時自動升高。塞子將密封焊接在適當位置上，而
機器人將移至焊炬清潔站。 在步驟250，機器人將開始沿塞子從一點至另一點進行焊接。機器人在焊接之間可 移至焊炬清潔站。機器人可在第一點處焊接快速通道，以有助于在后續操作中保持對熔池 的控制。在焊接之間可存在停頓，以達到層間溫度(interpass temperature)。機器人可從 第二點至第三點焊補圓錐形截面，或反之亦然。機器人將從第二點至第一點焊補外徑。閥 可抵靠絲刷旋轉，以敲掉熔渣。在這里，機器人將計算所需的材料，并且使用如先前步驟中 的通道的組合來完成零件。在各層完成時可除去熔渣。如果存在任何誤差，則機器人可亮 起指示器，以及響起警報。 當完成所有層時，閥可返回，且其軸線為垂直的，以及機器人可利用光或其它指示 器發信號通知操作人員零件已完成。感應線圈可降低，以保持零件高于其最小預熱，直到將 其除去。旁通閥可進行目視檢測，以檢查焊接。 盡管本發明已結合當前認作是其中的一個最為實用和優選的實施例進行了描述， 但應當理解，本發明不限于所公開的實施例，而相反是旨在涵蓋包括在所附權利要求的精 神和范圍內的多種修改和同等布置。
權利要求
一種用于修理物件(100)的方法(200)，所述方法包括如下步驟標識(210)待修理的所述物件；勾劃步驟(220)，所述勾劃步驟包括相對于原始位置在所述物件上定位和標記多個空間坐標；計算(230)期望的焊接順序，以獲得所述物件的期望形狀；檢驗(240)所述多個空間坐標的期望位置；在所述物件的表面上焊接(250)至少第一焊接修理層；其中，所述物件(100)通過將所述物件的表面的至少一部分積聚至期望的形狀或輪廓來進行修理。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過保存在存儲器中來記錄關于原始位置的所述多個空間坐標，其中，記錄在所述勾劃步驟之后進行。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將待修理的所述物件(100)安置到相對于所述原始位置的固定位置，其中，所述安置在所述記錄步驟之后進行。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述勾劃步驟之后進行的安置步驟，所述安置步驟包括將待修理的所述物件(100)安置在相對于所述原始位置的固定位置上。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算步驟使用編程輸入到控制器中的工程技術規則來確保焊接步驟成功。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述計算步驟還包括依靠已預先載入所述控制器中的零件數據表來計算數據。
7. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，所述物件(100)選自如下組合，所述組合包括蒸汽渦輪機構件、燃氣渦輪機構件、風力渦輪機構件，以及旁通閥。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使用機器人系統來執行如下步驟中的至少一個所述勾劃步驟(220)、所述計算步驟(230)、所述檢驗步驟(240)，以及所述焊接步驟(250)。
全文摘要
本發明涉及改進的焊接工藝。具體而言，提供了用于修理物件(100)的方法(200)，并且該方法(200)包括用以標識待修理的物件的標識步驟(210)。勾劃步驟(220)相對于原始位置在物件上定位和標記多個空間坐標。計算步驟(230)進行計算所期望的焊接順序，以獲得物件的期望形狀。檢驗步驟(240)檢驗多個空間坐標的期望位置。焊接步驟(250)使至少第一焊接修理層沉積在物件(100)表面上，并且通過使至少一部分物件表面積聚至期望的形狀或輪廓來對物件(100)進行修理。
文檔編號B23K31/02GK101733570SQ200910246419
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者C·S·庫克, J·M·薩薩特利, J·P·庫特勒 申請人:通用電氣公司