随着我国城市中心区的高密度开发和人口的高度集中,对于可以改善交通阻塞状况同时提供快速、准时、安全服务的地铁的需求越来越大。而作为暗挖隧道用的盾构机在其中扮演了越来越重要的角色。盾构机目前的生产主要是由人工来完成,生产效率低,焊接质量可靠性差。因此,采用机器人焊接将大大提高盾构机生产效率。但是,盾构机构件复杂多变,采用机器人焊接时通常由于结构限制等问题导致焊接时无法保证理想的干伸长,过长的干伸长通常引起根焊的未熔合问题。与此同时,盾构机构件多为厚板,对其进行填充时需要在保证熔敷效率的同时降低热输入,从而减小残余应力。因此,通过对盾构机构件机器人焊接过程中存在的这些问题进行研究,对于盾构机构件焊接自动化具有重要的实用价值。首先,本文对机器人根焊电弧工艺进行了研究。根焊采用PMC(Pulse Multi Control)脉冲多重控制电弧工艺。PMC电弧工艺通过减小电弧长度实现脉冲滴状过渡和短路过渡共存的混合过渡模式,这种“冷热交替”的焊接效果有效降低了热输入。相比于Pulse脉冲电弧工艺,PMC电弧工艺具有更高的峰值电流,从而实现更大的熔深。通过采用PMC电弧工艺对盾构机构件T型接头进行根焊试验,根焊熔合情况良好。对于单V45°坡口,在干伸长超过27 mm时出现了未熔合现象。其次,针对单V45°坡口在干伸长为27 mm时出现的未熔合现象,本文对PMC电弧工艺的恒熔深控制功能进行了研究。PMC电弧工艺在保持弧长一定的情况下,通过增加恒熔深控制值提高送丝速度,进而增加平均电流,从而实现熔深增加。当干伸长为22 mm时,基本实现恒熔深。在干伸长为27 mm时,达到正常熔深的80%。通过再次对干伸长为27 mm的单V45°坡口进行根焊试验,其有效解决了未熔合问题。然后,本文对填充层机器人电弧工艺进行了研究。填充层对比了LSC(Low Spatter Control)低飞溅电弧工艺和Universal通用电弧工艺。两种电弧工艺通过有效波形控制实现飞溅控制,两者的熔敷效率超过87%。LSC电弧工艺短路过渡频率更高,在相同平均电流下实现了更多的短路过渡,这有效降低了焊接热输入。同时,LSC电弧工艺由于更小的熔深使其在与Universal电弧工艺熔敷面积相同的情况下具有更大的焊缝成形系数。最后,本文采用LSC电弧工艺对盾构机构件坡口进行了机器人多层多道填充焊。通过推导出实际熔敷面积计算公式,根据盾构机车轮架要求焊脚尺寸对T型接头进行参数选择和焊道排布,结果显示实际的焊脚尺寸符合要求。盾构机实际构件撑靴焊接情况良好。通过采用LSC电弧工艺对单V45°坡口进行填充焊,拉伸试样在母材发生断裂,其具有良好的拉伸性能。