雷達(dá)大型構(gòu)件機(jī)器人焊接工藝研究

曹國光 梁寧 雷黨剛

1. 概述

雷達(dá)大型構(gòu)件是雷達(dá)中的主要部件，存在于雷達(dá)的天線以及轉(zhuǎn)臺(tái)部位。該構(gòu)件生產(chǎn)復(fù)雜，主要由低合金鋼Q345和高強(qiáng)鋼等焊接而成。國內(nèi)生產(chǎn)雷達(dá)大型構(gòu)件多采用焊條電弧焊、氣焊以及氬弧焊等傳統(tǒng)的焊接手段，而自動(dòng)焊接機(jī)器人也只在汽車制造、空間探索等方面獲得了應(yīng)用。在我國走向國際市場(chǎng)大舞臺(tái)，世界各國都進(jìn)行焊接自動(dòng)化的技術(shù)改變的時(shí)候，我國的雷達(dá)行業(yè)改變過去的生產(chǎn)方式和管理模式已迫在眉睫。為此，本公司采用了一條實(shí)現(xiàn)了機(jī)、電、氣一體化的綜合控制功能的雷達(dá)大型構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，以最終達(dá)到提高柔性化、自動(dòng)化生產(chǎn)的目的。

為保證雷達(dá)大型構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線的焊接質(zhì)量，我們對(duì)機(jī)器人焊接工藝進(jìn)行了認(rèn)真分析，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了機(jī)器人焊接工藝評(píng)定，擬定出焊接工藝規(guī)程，為公司雷達(dá)大型構(gòu)件自動(dòng)化焊接生產(chǎn)積累了寶貴的資料和經(jīng)驗(yàn)。

2. 機(jī)器人焊接系統(tǒng)

雷達(dá)大型構(gòu)件機(jī)器人焊接設(shè)備采用德國KUKA公司的KR16型號(hào)機(jī)器人，配有弧焊軟件包及福尼斯TPS500MIG焊接系統(tǒng)，適用于雷達(dá)大型構(gòu)件的自動(dòng)化焊接。

3. 機(jī)器人焊接工藝評(píng)定

我們依據(jù)設(shè)計(jì)文件JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》及NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，焊前編制了焊接工藝評(píng)定指導(dǎo)書，焊后編制了焊接工藝評(píng)定報(bào)告。

（1）焊接工藝評(píng)定材料 焊接工藝評(píng)定用試板材質(zhì)采用與雷達(dá)大型構(gòu)件相同材質(zhì)的低合金鋼Q345及瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼，化學(xué)成分如表1、表2所示。兩種材料的鋼板規(guī)格為6mm×300mm×125mm。焊絲選用與兩種鋼材匹配的金橋焊絲ER50—6及ESAB高強(qiáng)鋼焊絲OK AristoRod 69，規(guī)格為f1.2mm。

（2）焊接坡口形式 焊接工藝評(píng)定用試板依據(jù)圖樣設(shè)計(jì)，采用了對(duì)接和角接兩種方式，接頭形式如圖1所示。

（3）機(jī)器人工藝評(píng)定 機(jī)器人焊接前，將母材坡口及坡口周圍焊接區(qū)域內(nèi)的油污、鐵銹、水及其他氧化物用丙酮去除，以避免機(jī)器人焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。

在焊接平板上裝配試件，裝配時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮焊接收縮變形量并進(jìn)行預(yù)變形，根據(jù)焊接機(jī)器人的要求試件尺寸間隙≤2mm，裝調(diào)完成后用工裝壓緊。然后對(duì)試件進(jìn)行定位焊，定位焊尺寸≥100mm。

表1 Q345鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) （%)

表2 瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) （%)

圖1 機(jī)器人焊接工藝評(píng)定焊接接頭

定位焊后，操作人員通過機(jī)器人示教盒操作機(jī)器人手臂，使機(jī)器人手臂行走到焊接位置，在相應(yīng)的界面下使用焊縫自動(dòng)尋位功能對(duì)焊縫進(jìn)行起始點(diǎn)的尋找，通過示教功能將要焊接的焊縫記憶，選擇所需要功能并輸入相關(guān)參數(shù)（如電流、電壓、焊接速度等）完成焊接程序的編制。然后，選擇焊接程序啟動(dòng)焊接按鈕向機(jī)器人發(fā)出“工件到位，開始焊接”的指令，機(jī)器人按照預(yù)先編制的焊接程序進(jìn)行焊接。在保證焊縫成形良好的情況下，選用小熱輸入焊接。焊接參數(shù)如表3、表4所示。

4. 工藝評(píng)定結(jié)果

試板焊接后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》及NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢測(cè)》進(jìn)行了如下試驗(yàn)：對(duì)所有的試件進(jìn)行了外觀檢測(cè)；選取試樣進(jìn)行無損檢測(cè)，每種材料選取3件進(jìn)行RT檢測(cè)；彎曲試驗(yàn)，每種材料面彎和背彎各4件，彎曲角度180°；拉伸和沖擊試驗(yàn)，每種材料選取3件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，選取6件進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；宏觀金相檢測(cè)（角焊縫）。

經(jīng)過檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）外觀 焊縫外觀成形美觀、飽滿，均勻連續(xù)，表面未發(fā)現(xiàn)任何焊接缺陷，焊縫外觀檢測(cè)合格，如圖2所示。

（2）無損檢測(cè) 將焊后試件送檢進(jìn)行X射線探傷，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3323—2005判定所有送檢試件均達(dá)到Ⅰ級(jí)要求，說明其熔合質(zhì)量較好，缺陷較少，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（3）彎曲試驗(yàn) 將對(duì)接試件取樣標(biāo)號(hào)，按標(biāo)準(zhǔn)加工后進(jìn)行180°面彎和背彎試驗(yàn)，彎心直徑為24mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢測(cè)》，所有試件未見裂紋，試件符合評(píng)定要求。

（4）拉伸和沖擊試驗(yàn) 將對(duì)接試件取樣標(biāo)號(hào)，按標(biāo)準(zhǔn)加工后進(jìn)行拉伸和沖擊試驗(yàn)，結(jié)果如表5~表8所示。結(jié)果表明，試件沖擊、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率符合評(píng)定要求。

（5）宏觀金相檢測(cè) 采用了斷面檢測(cè)，將角焊縫試件取樣標(biāo)號(hào)，用線切割剖開焊縫，取粗、細(xì)砂紙打磨拋光后，用稀硝酸腐蝕焊縫斷面觀察，結(jié)果顯示：角焊縫飽滿，根部熔透；局部有咬邊；斷面未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，如圖3所示。

表3 瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼焊接參數(shù)

表4 低合金鋼Q345焊接參數(shù)

圖2 機(jī)器人焊接工藝評(píng)定焊接接頭照片

表5 瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表6 低合金鋼Q345拉伸試驗(yàn)結(jié)果

表7 瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼沖擊試驗(yàn)結(jié)果

表8 低合金鋼Q345沖擊試驗(yàn)結(jié)果

通過以上項(xiàng)目檢測(cè)，綜合評(píng)定結(jié)論為合格，符合JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)要求。

5. 產(chǎn)品焊接

根據(jù)評(píng)定合格的焊接工藝，編制了機(jī)器人焊接工藝規(guī)程（WPS），針對(duì)單位的幾種雷達(dá)大型構(gòu)件進(jìn)行了雷達(dá)試件焊接生產(chǎn)，包括雷達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)、天線骨架、背架等，經(jīng)過檢測(cè)均符合圖樣生產(chǎn)要求，然后采用規(guī)定的WPS參數(shù)對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行焊接。

圖3 角接接頭解剖斷面形貌照片

6. 結(jié)語

（1）采用焊接機(jī)器人對(duì)低合金鋼Q345及瑞典DOMEX700MC高強(qiáng)鋼板進(jìn)行焊接，并通過外觀、內(nèi)部檢測(cè)，得出其外觀及內(nèi)部探傷均滿足工藝評(píng)定要求。

（2）焊接機(jī)器人工藝評(píng)定試驗(yàn)表明，焊接機(jī)器人焊接的各項(xiàng)力學(xué)性能均滿足JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》及NB/T47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)，說明制訂的焊接工藝可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

（3）機(jī)器人焊接的幾種雷達(dá)大型構(gòu)件已經(jīng)投入運(yùn)行，沒有發(fā)生任何質(zhì)量問題。