中厚板机器人立向焊接工艺设计

蔡云秀

摘 要

中厚板的焊接生产存在着工作量大、生产效率低、焊接生产技术落后等诸多问题。本文针对中厚板焊接中典型的立向对接焊缝，设计了焊接机器人的立向对接焊接工艺试验，分析讨论机器人焊接的工艺参数对焊缝质量的影响，得出焊接机器人立焊对接的最优工艺参数，达到了焊缝质量要求，解决了以往中厚板立位置对接焊缝焊接的诸多问题。

关键词

机器人;立向;焊接工艺

中图分类号： TG409                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.036

0 前言

立焊是指焊接操作的顺序沿接头由上而下或由下而上焊接，焊缝倾角90°（立向上）、270°（立向下）的焊接位置，称为立焊位置，在立焊位置进行板板对接的焊接称为立焊对接。其主要难点在于焊接时熔池金属和熔滴因受重力作用而有下坠趋势，致使熔池和熔滴与焊件分开，所以容易产生焊瘤，对工人操作要求高，成形难以保证[1]。在打底焊接时，如果摆动停留时间过长易造成烧穿，摆动太快或摆幅过小易造成穿丝，导致熄弧及背面成形不好。厚板的立焊更是存在工作量大的问题，工人在进行大工作量的焊接时对手法及心理影响很大。

因此解决中厚板焊接时背面清根的问题，对于实现高效的机器人自动化焊接意义重大[2-3]。

1 焊接性分析

试验选用Q345B作为试验材料，Q345B低合金高强度钢，其化学成分如表1所示。Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5 ，计算Ceq=0.49%，由碳当量大于0.45%可推測，Q345B钢焊接性不是很好，在焊接时需要制定严格的焊接工艺措施。

2 焊接工艺设计

焊接方法采用常用的MAG焊，与二氧化碳气体保护焊相比具有电弧稳定，熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观等优点。立向焊接的熔滴过渡形式适合采用短路过渡，在短路过渡过程中，电流产生的磁力场是主要的影响因素，而重力不是主要因素。电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。短路过渡在采用低电流和较小焊丝直径的条件下产生，适合于直径为1.2mm焊丝的焊接。短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于立焊位置焊接[4-5]。

焊接层道数的选择不仅会影响焊接生产率，同时对焊缝的质量也会产生影响。层数增多有利于提高焊缝的塑形韧性，因为后一道焊缝相对于对前一道焊缝进行了回火处理，而且随着层道数的增加，每道焊缝所用的线能量也必然降低，因此焊后组织比较细，塑韧性比较好。但并不是层道数越多越好，随着焊接层道数的增加，焊接生产率下降，焊接变形也比较大。综合考虑选择5道焊缝，其分别为打底（1）、背面填充（2）、正面填充（3）、背面盖面（4）、正面盖面（5），如图1所示，焊接顺序均采用从下往上焊，层间温度80°-200°。

3 结果分析

对试样进行编号，设置不同的组别，确定反面打底、正面填充焊接焊工艺参数。具体参数设置见表2。

不同送丝速度、焊接速度对接接头打底形貌见图2a），由图2a）可以看出，送丝速度为3.5m/min，焊接速度为0.25m/min，偏转为3mm。焊接过程中用焊帽观察熔池发现焊接过程稳定，飞溅小，熔池均匀，其焊缝正面成形层高为2mm，无咬边，无焊瘤，成形美观，背部全部熔透。不同送丝速度、焊接速度对接接头填充打底形貌见图2b），由图2b）可以看出，送丝速度4.5m/min，焊接速度0.32m/min，偏转为6mm，脉冲焊接焊接过程中用焊帽观察发现熔池稳定均匀，焊接过程飞溅小，过程稳定。焊后抛光观察焊缝成形较好，外观无缺陷，该参数作为填充层的焊接参数合理。不同送丝速度、焊接速度对接接头填充盖面形貌见图2c），由图2c）可以看出，送丝速度为5.0m/min，焊接速度为0.1m/min，焊接过程中用焊帽观察熔池发现熔池已经成形并且较为均匀，焊接过程稳定，飞溅小。焊后观察焊缝发现成形较美观，但是焊缝余高合适。

4 结束语

焊接结构件焊接工作中典型的立焊位置对接焊的焊接工艺试验，通过一系列焊接试验焊接工艺试验，找出合适的焊接工艺参数，焊缝达到要求，检验合格，试验证明利用焊接机器人能有效代替人工施焊，以改善工人的工作环境，提高焊接生产效率，降低生产成本。

参考文献

[1]刘大胜，李庆杰，曲道奎.焊接机器人的发展现状与趋势[J].机械工人.热加工，2001（9）：6-7.

[2]吴九澎主编.焊接机器人实用手册[M].2014.

[3]王宗杰.熔焊方法及设备.北京：机械工程出版社.

[4]李亚江，王娟，刘鹏.低合金钢焊接及工程应用.北京：化学工业出版社，2003.

[5]周振丰.金属熔焊原理及工艺：北京：机械工业出版社，1981.