一种民用航空发动机叶片的堆焊焊接轨迹规划方法与流程

本发明涉及民航发动机叶片焊接技术领域，具体是一种民用航空发动机叶片的堆焊焊接轨迹规划方法。

背景技术：

民航系统发动机叶片作为一种高精度高要求的部件，在使用中有着很高的技术要求，在加工时对其质量要求也很高，为了达到较好的工作效果，叶片均以钛合金为原料制作，这直接导致了成本的剧增。在叶片工作过程中我们希望叶片得工作寿命越长越好，但在工作过程中，叶片不可避免的会发生各种各样的损伤。出于对成本的考虑，不能随意的对叶片进行更换，这就需要对叶片进行修复，但叶片复杂的空间轮廓和对其性能的高要求，平常的焊接修复方法都不能达到理想的效果。这也就迫使我们必须找到新的焊接设备和焊接方法，使得在实际使用中可以提升叶片的使用寿命。

在进行堆焊路径规划时，传统的方法焊接效率较低，并且传统的堆焊方法不能够很好地适应叶片的修复需要，特别是在叶片的前缘和后缘这些薄壁部分不能达到很好的修复效果，同时也不能很好地保护叶面体，容易出现变形和裂纹等多方面的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种民用航空发动机叶片的堆焊焊接轨迹规划方法。在该规划方法下，可以有效的提高焊接轨迹规划的效率，并且有效的提高焊接质量。对不同情况的叶片缺口进行归类规划焊接轨迹，有助于提高焊接设备的自动化水平和焊接质量，为高质量的自动焊接奠定基础。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：一种民用航空发动机叶片的堆焊焊接轨迹规划方法，该焊接轨迹规划方法包括下述步骤：

1)通过视觉采集装置采集待修复的发动机叶片的形状特征，提取发动机叶片的缺口部分侧面结构特征；

2)根据步骤1)所得的发动机叶片的缺口部位侧面结构特征来规划焊接轨迹，具体的包括下面几种情况：

(1)当缺口部位侧面形状是矩形，且缺口部位侧面厚度小于或等于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，得到焊接轨迹；

(2)当缺口部位侧面形状是矩形，且该叶片的厚度大于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻特征点的距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点的位置，进而得到“之”字形焊接轨迹。

(3)当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度小于或等于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹。

(4)当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度大于焊丝直径时，将缺口部位分为三段进行焊接轨迹规划；将最大厚度小于或等于焊丝直径的第一段和第三端按侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹；将最大厚度大于焊丝直径的第二段以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻特征点的距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点的位置，进而得到“之”字形焊接轨迹。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于，本发明焊接轨迹规划方法根据民用航空发动机叶片的磨损残缺情况，结合焊接工具的参数(如焊丝)，对焊接轨迹进行分类规划，规划方法合理，为焊接方式提供了详细的参考；并且，根据本发明规划方法，结合视觉设备和自动化的焊接设备，可以极大的提高焊接的自动化水平和焊接质量，提高效率。

附图说明

图1为本发明焊接轨迹规划方法一种实施例的第(1)种情况的焊接轨迹规划示意图；

图2为本发明焊接轨迹规划方法一种实施例的第(2)种情况的焊接轨迹规划示意图；

图3为本发明焊接轨迹规划方法一种实施例的第(3)种情况的焊接轨迹规划示意图；

图4为本发明焊接轨迹规划方法一种实施例的第(4)种情况的焊接轨迹规划示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及附图详细叙述本发明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。

本发明提供一种民用航空发动机叶片的堆焊焊接轨迹规划方法(简称焊接轨迹规划方法)，该焊接轨迹规划方法包括下述步骤：

1)通过视觉采集装置采集待修复的发动机叶片的形状特征，提取发动机叶片的缺口部分侧面结构特征；

2)根据步骤1)所得的发动机叶片的缺口部位侧面结构特征来规划焊接轨迹，具体的包括下面几种情况：

(1)当缺口部位侧面形状是矩形，且缺口部位侧面厚度小于或等于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，得到焊接轨迹；

(2)当缺口部位侧面形状是矩形，且该叶片的厚度大于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻特征点的距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点(即“之”字形轨迹的顶点)的位置，进而得到“之”字形焊接轨迹。

(3)当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度小于或等于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹。

(4)当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度大于焊丝直径时，将缺口部位分为三段进行焊接轨迹规划；将最大厚度小于或等于焊丝直径的第一段和第三端按侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹；将最大厚度大于焊丝直径的第二段以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻特征点的距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点(即“之”字形轨迹的顶点)的位置，进而得到之”字形焊接轨迹。

所述步骤2)中的第(1)种情况的焊接轨迹规划方法具体如下：

当缺口部位侧面形状为矩形，且缺口部位侧面厚度小于或等于焊丝直径时，此时整个焊接宽度较小，以该侧面形状的中线为焊接轨迹。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点即得到焊接轨迹；设定方式为给定相邻两个特征点间的距离，具体设定方式如下，设选定相邻两个特征点之间距离为d，第一个特征点距离起始侧的竖直边界为m，第i个特征点距离起始侧的竖直边界为li，各特征点位置可确定为：

li＝m+(i-1)d(i＝1,2,3，……)

在设定过程选取第一个特征点距离起始侧的竖直边界的距离为焊丝直径的一半。

所述步骤2)中的第(2)种情况的焊接轨迹规划方法具体如下：

当缺口部位侧面形状是矩形，且该叶片的厚度大于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，且在距离焊接起始侧的竖直边界一半焊接焊丝直径的位置上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻上、下边界上的特征点间水平的距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点(即“之”字形轨迹的顶点)的位置，进而得到“之”字形焊接轨迹。

设m为矩形上边界总长度,第一个特征点距离焊接起始侧的竖直边界距离为一半焊接焊丝直径，第二个特征点距离起始侧的竖直边界的距离为c，第i个特征点距离焊接起始边缘水平距离为mi，相邻最高点与最低点之间的水平距离为a，令当n为整数时：

mi＝c+a(i-2),2≤i≤n+2；

最后一个特征点位于矩形的右边界终点。

当n为非整数时，令n＝[n],即n为n的整数部分，则有：

上式中d1/2为焊丝直径的一半，此时最后一个特征点的位置位于焊接轨迹基准线上，且在距离焊接起始侧的竖直边界m减去一半焊接焊丝直径的位置上。

在此规划中，焊接步长(两个相邻特征点之间的距离)基本不变，这样对焊接稳定性和最后的焊接质量都有很好的保障。

所述步骤2)中的第(3)种情况的焊接轨迹规划方法具体如下：当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度小于或等于焊丝直径时，以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线。根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹，具体焊接轨迹规划方式可参照第(1)种情况。

所述步骤2)中的第(4)种情况的焊接轨迹规划方法具体如下：

当缺口部位侧面形状为流线型，且最大厚度大于焊丝直径时，将缺口部位分为三段进行焊接轨迹规划；将最大厚度小于或等于焊丝直径的第一段和第三端按侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，根据缺口长度在焊接轨迹基准线上设定焊接特征点，即可得到焊接轨迹，具体焊接轨迹规划方式可参照第(1)种情况。将最大厚度大于焊丝直径的第二段以该侧面形状的中线为焊接轨迹基准线，第一个焊接特征点位于该焊接轨迹基准线上，第二个焊接特征点到倒数第二个焊接特征点穿插分布在缺口部位侧面的上、下边界上，焊接轨迹为“之”字形。具体的，预先设置“之”字形焊接轨迹中两个相邻特征点的水平距离，根据缺口长度来确定各焊接特征点(即“之”字形轨迹的顶点)的位置，进而得到“之”字形焊接轨迹，具体焊接轨迹规划方式可参照第(2)种情况。

以上的实施方式仅为一种参考，实际可以根据焊接设备来进行调整，对特征点的位置设置可借助于其它设备来灵活配置，以达到更好的焊接效果。以上所述的为对焊接轨迹的规划，仅为对叶片缺口焊接一道，在叶片焊接修复焊枪走一遍不能完成焊接工作时，会进行多道焊接工序；在焊接完一道之后，在之前的焊接基础上再进行下面一道焊接工作。可以根据叶片的结构特征和缺口部位尺寸，灵活选取合适的焊接轨迹，以提高效率。

进一步的，该焊接轨迹规划方法可以录入焊接设备的参数库里，可以实时进行调用，以使焊枪的自动化焊接程度更高，焊接效果很好。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本专利的保护范围。

本发明未述及之处适用于现有技术。