焊接工作站——

基于多场耦合数值计算的机器人焊缝规划补偿技术

2023年10月04日9:36:18

2023年10月4日08:47:35焊接机器人在进行焊接的时候，由于局部不均匀加热，焊接区域受热体积因周围冷金属的阻碍，发生弹塑性变形，使得工件发生形变，从而影响弧长、焊接电流和电弧电压等焊接参数。为了避免工件变形影响焊接过程稳定性，在焊接机器人施焊之前，需要根据不同焊缝部位与结构，直接进行误差修正。

为了得到修正量，本文利用ANSYS软件计算焊接过程中工件发生的变形。传统工件变形往往采用“热-电-力”耦合模型进行计算。

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为了提高计算精度，更准确地指导机器人焊接，本文建立了“热-电-力-流”多物理场耦合模型，使用生死单元技术和熔池流体力学等，模拟多层多道焊过程，计算焊接过程中的变形。

本文以圆管焊接为例进行介绍，图6a为建立的有限元模型，为了提高计算效率，建立圆管1/8模型（45°）。机器人焊接模拟分三步：打底、填充、盖面，模拟层数分别为1-2-1层。首先确定焊件外表面的边界条件，而后根据焊接热源的不同，选择合适的热源模型（电弧焊使用高斯面热源模型，激光焊接使用旋转高斯热源模型）。本例中模型共3952个节点，3195个单元，其中焊缝网格划分较细，母材网格较粗。根据多场耦合法，对焊接过程进行模拟计算；计算分为多段，每段先对其温度与变形场进行分析，再进行流场的耦合计算。图6b为打底焊焊缝横截面的温度场分布，其中灰色部分为熔池。图6c为第二道填充焊的温度场分布。图6d显示的是盖面焊缝的温度场与变形的分布。