小型密闭容器组合件焊接机器人焊接工艺探讨

沈文圣 孟飞 侯其兵 陈红红

摘 要：本文针对松下焊接机器人焊接小型密闭容器组合件的编程方法、焊接工艺、焊接规范、等进行论述。根据小型密闭容器组合件的全位置焊接特点提出了相应的编程方法和焊接工艺措施。经过多次的实验证明，该编程方法和焊接工艺是合理的。

关键词：编程方法;焊接工艺;机器人焊接

0 绪论

2016年第北京“嘉克杯”第四届国际焊接技能大赛根据不同焊接方法，设立六个单项的比赛，其中一项是机器人焊接，要求参赛选手操作松下焊接机器人根据小型密闭容器组合件的技术要求和焊接特点进行编程和焊接，由于组合件是密闭容器，除了进行外观检测还增加了水压试验。难度系数较大。这就需要选手既要熟练掌握焊接机器人的编程，又要有一个较好的焊接技能操作水平。对焊接工艺参数进行及时调整和优化，为了能够得到良好的焊接质量，达到大赛规定的评定标准，通过多次的试验练习，选择合理焊接机器人的编程方法，优化焊接工艺，基本能够做到消除缺陷，达到理想的焊接效果。

1 密闭容器组合件的介绍

密闭容器组合件如图1所示，由10块不同形状的板件和管件组焊而成，接头形式多样， 空间位置复杂。

2 焊接工艺

2.1 焊接设备的选择

选用松下TM-1400焊接机器人，此焊接机器人电源体积小、编程语言汉化率高、参数控制精度高、对点精度高等等，易于实现焊接过程的控制，在性能上具有很大的潜在优势。

2.2 焊接材料

Q235板材和管材，其最小屈服强度在235MPa左右，并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。

2.3 填充材料的选择

选用φ1.2，ER50—6焊丝，此种焊丝适用于焊接低碳钢和低合金钢结构的CO2气保焊，如船舶、机车车辆、集装箱、工程机械、压力容器等的焊接。特点是电弧稳定、飞溅较小、熔敷效率高，抗气孔性能好，适用各种位置的焊接。

2.4 保护气体的选择

为了保证操作焊缝的美观和焊接质量，常选用Ar（80%）+CO2（20%）的混合气体，焊接效果比CO2气体好很多，焊缝比CO2焊接颜色白，焊接时比CO2飞溅小，焊缝成形比CO2美观，有助于稳定电弧，减少焊接飞溅。

3 焊前准备及焊接参数选择

3.1 试件的清理组对

试件装配前应将试件接触面两侧（10～20）mm范围内的油污、锈迹及其他污物打磨干净，直至露出金属光泽。试件的组装与定位如图2所示 （点焊方法：钨极氩弧焊TIG 焊）。

3.2 焊接工艺参数见图表

4 编程与焊接

整个组合件由若干个空间运行点和焊接点组成，空间点（MOVEP）、直线焊接点（MOVEL）、圆弧焊接点（MOVEC）以及起弧参数和收弧参数。编程之前首先要对机器人焊枪进行TPC校验，校验完成后机器人才能进行编程和焊接。

4.1 对接焊缝

由于工件的局限性，板材较薄工件较小。所以先焊对接焊缝是为了减少工件的变形量，在对接焊缝的编程过程中由于在焊缝中间增加了拱形障碍块决定从对接的两头起弧焊向中间收弧，这样做的目的是为了降低从中间起弧而引起的未熔合缺陷 。编程时使用工具坐标将焊枪的角度从起弧点80°开始逐渐减小到60°这样是为了方便机器人焊枪从障碍块下方穿过。最后收弧的参数也要减小防止由于焊缝过热而烧穿。

4.2 圆管焊缝

圆弧的焊接相比较手工焊來说机器人确实简单，可是这个工件的圆管是斜的（如图所示）这就要对机器人在空间坐标系内构建圆弧而不是平面坐标系。所以机器人焊枪在焊接位置的圆弧点就必须要精准，如果有误差那么机器人的运动轨迹可能会是椭圆而不是圆。采用密集点编辑功能，减少误差尽量让焊枪的每个焊机点都能够精确，程序编辑时用圆弧命令代替整圆命令，将一个整圆四等分成四个圆弧来焊接这样大大降低了机器人在焊接圆时所产生的焊缝焊偏缺陷。

4.3 盖板焊缝

如图上图所示，此组合件是密闭容器，然而从盖板一周的焊缝来看，此盖板是斜的也就是在盖板的两侧位置焊缝是不在一个平面的，所以此处的焊缝应该看成是上坡焊或是下坡焊。通过反复焊接实验得出上坡焊时推焊的焊缝外观成型不如拉焊焊缝外观成型好，且容易烧穿。为了降低焊接缺陷，在盖板一周焊缝中只留一个起弧点和收弧点，起弧点和收弧点位置重合，并设定过焊量3-5mm。将起弧点的位置放在拐角处，利用机器人焊枪的旋转角度使得焊枪能够绕工件360°焊完，这样的编程方式焊出的焊缝成型美观，焊接接头减少，焊缝质量提高。

4.4 底板焊缝

焊完以上焊缝最后才是对底板进行编程加焊接，主要是因为底板上的障碍较多且焊缝热输入大，焊接变形量较大。底板焊接最主要的就是障碍处的起弧点和收弧点的位置容易引起未熔合焊接缺陷，（因为此组合件是密闭容器，需要进行水压试验）处理办法是起弧点的位置焊枪角度要尽可能大些，并且起弧参数也要相对大些，收弧时收弧点要超过起弧点，过焊量3-5mm，收弧参数应比起弧参数有所增加。底板焊接时还有点需要注意的是在拐角处容易产生咬边缺陷，通过改变机器人焊枪的运动轨迹，将直线拐角改为小圆弧拐角，拐角时焊接参数有所调整，比直线焊接参数略小即可。

4.5 各步骤编程要点

在机器人编程过程中由于工件位置狭小，在编程之前应该先确定工件在工作台上的摆放位置然后再进行夹紧。防止由于位置问题对机器人工作手臂造成的限位，对各个焊接点的定点要准确，编程时空间点（MOVEP）和焊接点（MOVEL）要准确区分，防止由于命令用错而造成的错误。同时注意焊接参数的选择和应用。

5 结论

焊接机器人的广泛应用得到越来越多行业的认可，具有优质、高效、节能，并适用于大电流焊接等特点，采用该技术大大提高了生产率（比手工焊高3-6倍）和焊接质量，降低了成本和工人劳动强度，改善了劳动条件，取得了显著效果，为生产施工发挥了巨大作用。综上所述，此机器人焊接工艺切实可行，在现代焊接技能大赛中，焊接机器人比赛也不断出现在其中，证明了焊接机器人在现代焊接领域中的重要应用。