弧焊機(jī)器人立向焊接工藝

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（沈陽大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧沈陽110044）

0 前言

在工業(yè)上焊接管道是一項(xiàng)非常重要的工作。以前大多采用人工向上立焊，存在焊接生產(chǎn)效率低、焊接速度慢、焊接成本高、且焊接人工消耗強(qiáng)度高等缺點(diǎn)。因此，新型的自動(dòng)化焊接成為未來技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。本研究通過構(gòu)件的立向下焊接來模擬薄壁管道的焊接過程，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出一組適合立向焊接的工藝參數(shù)，為企業(yè)薄壁管道的自動(dòng)化立向焊接提供參考。

1 薄板的焊接性

試件選用Q235B冷軋鋼板，厚度1.5 mm。Q235B鋼板在工業(yè)應(yīng)用中具有代表性，可有效模擬薄壁管材的立向下縱縫焊接。其材料的化學(xué)成分與自檢結(jié)果如表1所示。

表1 Q235B鋼化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of Q235B steel %

2 焊前準(zhǔn)備

選用UniversalRobotsUR5（優(yōu)傲機(jī)器人5號(hào)），采用CO2+Ar混合氣體保護(hù)焊。焊機(jī)選用松下YD-350GS，該焊機(jī)采用獨(dú)特的短路初期控制方式和縮頸檢測(cè)控制方式，大幅降低了飛濺發(fā)生量；可視性和操作性強(qiáng)，送絲性能穩(wěn)定，機(jī)動(dòng)性、堅(jiān)固性、防塵性能提高；熱輸入小，通過壓縮電弧寬度和長度，抑制了高速焊咬邊的發(fā)生。其額定焊接電流為500 A，額定負(fù)載持續(xù)率60%，采用直流反接方式，焊接薄板時(shí)選用直徑1.0 mm的H08Mn2SiA焊絲。焊前選好機(jī)器人焊槍與焊縫位置，觀察機(jī)器人關(guān)節(jié)與夾具是否發(fā)生碰撞，如有發(fā)生及時(shí)調(diào)整施焊位置。

3 焊接工藝

（1）焊接方法

采用CO2+Ar混合氣體MIG焊。焊前先在試件鋼板背面進(jìn)行點(diǎn)固焊，一是方便固定試件得到一條無縫隙的立向焊縫，二是有效預(yù)防焊接過程中的變形。點(diǎn)固好的試件使用焊接夾具剛性固定，也可有效避免焊接過程中的焊接變形。

（2）焊接坡口

采用I型坡口，無間隙形式[3]。

（3）焊接工藝規(guī)范

除了正確設(shè)定調(diào)節(jié)焊機(jī)參數(shù)外，焊槍的施焊位置、焊槍擺動(dòng)、焊接速度均有很大影響。焊前將機(jī)器人焊槍角度調(diào)節(jié)至與水平120°、與豎直約80°[4]，端部露出焊絲與焊縫距離約1 mm，一切準(zhǔn)備就緒后開始實(shí)驗(yàn)。試件與機(jī)器人焊槍位置如圖1所示。

圖1 試件與機(jī)器人焊槍位置Fig.1 Specimen and robot welding torch position

表2 焊接參數(shù)及成形情況Table 2 Welding parameters and forming conditions

圖2 焊接結(jié)果Fig.2 Welding results

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在實(shí)驗(yàn)早期，電流、電壓與焊接速度的匹配無法得到滿意的結(jié)果。焊后發(fā)現(xiàn)焊縫普遍在前部成形良好，考慮是在焊接過程中期易發(fā)生熱變形，焊縫易產(chǎn)生邊緣未熔合、余高大的缺陷。通過不斷實(shí)驗(yàn)，改變電流、電壓和焊接速度中的非定量來獲得理想的成形效果。焊接參數(shù)如表2所示，焊接結(jié)果如圖2所示。

5 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)證明，通過調(diào)接焊接工藝參數(shù)并把握焊接細(xì)節(jié)，弧焊機(jī)器人應(yīng)用于立向焊接是可以獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和良好的表面成形。當(dāng)針對(duì)不同的板厚、焊縫規(guī)格、焊接材料時(shí)，只要其中的某些參數(shù)變化，其他參數(shù)需隨之變化至相應(yīng)數(shù)值，以獲得理想的焊接結(jié)果。

[1]宗小彥，何建萍，王付鑫.薄板焊接的特殊問題的研究現(xiàn)狀[J].焊接技術(shù)，2015，2（44）：1-4.

[2]宋娓娓，汪建利，汪洪峰.薄板焊接變形分析[J].熱加工工藝，2013，42（15）：164-165.

[3]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第3卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]張正兵，李曉娜.機(jī)器人在焊接中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2008，38（6）：44-46.