淺談先進與常規結合提高調溫凸塊焊接效率

王景　劉重金

摘要：某產品初容本體中調溫凸塊與筒體采用周邊角焊、中間塞焊方式連接，每個調溫凸塊上設置了4個塞焊孔，焊接需約40min，勞動強度非常大。針對此問題，工廠采用先進的機器人與常規的半自動MIG焊機配合的方式，通過試件試驗，優化焊接參數，并將焊接參數與焊道次數相匹配，保證了Ⅲ級焊縫質量要求，成功解決了調溫凸塊自動焊問題。

關鍵詞：調溫凸塊；焊接效率；塞焊；機器人；半自動MIG焊機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TE973 文章編號：1009-2374（2016）12-0033-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.015

1 概述

調溫凸塊為某產品初容本體直屬零件，每臺12件，上裝并組焊于筒殼上，采取了周邊角焊縫、中間塞焊的方式進行連接，焊縫等級為Ⅲ級。生產過程中，調溫凸塊的焊接每件需約40min，12件需約2個工作日，工人勞動強度非常大，焊接效率低。為了緩解工人的生產壓力，更為了轉變觀念，經努力，工廠將廠內閑置的火焰自動切割機器人協調到車間，經過簡單的改制，并配以半自動MIG焊機，試采用先進機器人與常規的半自動MIG焊機結合的方式，將焊接調溫凸塊的工人從高強度的焊接工作中解脫出來。但對于從未涉及過熔化極惰性氣體保護自動焊（MIG自動焊）的工廠來講難度顯然

存在。

綜合考慮各生產因素，調溫凸塊能否實現MIG自動焊主要有如下三個難題：（1）從未涉及過機器人自動焊的學習及實訓操作，相關環節的不確定性給塞焊孔實現自動焊帶來了一定的困難，例如車間操作人員能否熟練掌握機器人的相關編程操作；（2）從圖1中可以看出，每個初容本體上有多個調溫凸塊，如果要實現自動焊，必須保證變位機具有一定的旋轉角度精確性，避免在自動焊接時出現撞槍；（3）調溫凸塊的厚度達70mm，需采用多層多道焊。首先，需要保證底層焊縫熔透；其次，隨著焊接的進行，工件的溫度會逐漸上升，為保證焊接質量，需合理調節每道焊縫的焊接參數；最后，每道焊縫的焊高要保證一定的一致性。

2 主要工作內容

針對此MIG自動焊改進項目，工廠進行了全面的策劃，包括設備協調、改制實施、先進與常規配套、編程學習、焊接試驗等順利實施，為項目的推進提供了有力的保障。

2.1 設備改制配套，提供硬件基礎

鑒于上述問題，工廠通過資源整合，從廠內協調了一臺閑置的機器人——工業機器人（型號：TA1400），與現有半自動MIG焊機結合使用，即將半自動MIG焊槍與機器人機械手的端關節相對固定，通過機器人帶動焊槍來實現調溫凸塊與筒殼的周邊角焊縫、中間塞焊運動軌跡并進行焊接，來替代工人手工焊接。同時配備了變位機，來實現焊接過程中初容本體（調溫凸塊位置）的自動變位。改進前、后情況對比見表1：

2.2 邀請專家培訓，掌握軟件操作

對于首次進行的機器人焊接操作，機器人的操作、示教、編程即為短板，對于此問題，工廠協調松下公司技術培訓人員到廠，向操作人員講授機器人原理、操作方法、編程方法及注意事項等，讓操作人員從理論到實踐均有了直觀的理解，并通過練習快速掌握了該機器人的操作要領。

2.3 模擬焊接試驗，提升實戰技能

為了驗證機器人與半自動MIG焊機結合方式的可行性，工廠自行通過某產品環框卷形直線段制作了調溫凸塊試件，通過某產品過渡段筒體孔口加工余料制作了筒體模擬件，并將兩試件裝配進行相關試驗。試驗過程中，操作人員結合手工焊接操作經驗，通過反復的示教來摸索確定焊槍的運行軌跡，在試件上獲取了合理的運行軌跡，并結合原手工MIG焊接參數進行優化。

（1）優化焊接參數，圓弧段增加停頓1s的時間，中間直線段采用“Z”字形擺條方式，“Z”字兩段停頓0.2s，保證每道焊縫的平整性以及根部的熔透性；（2）每個塞焊孔由7次焊接完成，同時隨著焊接次數的增加，逐漸降低焊接電流和電壓，加快焊接速率，避免出現焊瘤等缺陷；（3）嚴格控制調溫凸塊上四個塞焊孔的焊接順序，兩側塞焊孔先施焊，中間兩個塞焊孔后焊；同時在焊接過程中，要求操作人員認真觀察焊接過程，避免出現焊接溫度過高，導致產生大量飛濺，甚至有金屬液流出。

為了進一步驗證焊接效果，對其試件焊后表面質量按《地面設備熔焊通用技術條件》（QJ176A-99）中Ⅲ級要求進行檢測判定，同時對試件焊縫進行了剖切檢查。

第一，焊縫表面質量檢測。調溫凸塊與筒殼焊接完成后，對其表面質量按《地面設備熔焊通用技術條件》（QJ176A-99）要求進行了檢測，符合Ⅲ級焊縫要求。

第二，試件剖切。因調溫凸塊上各塞焊孔結構完全相同，焊接方法及參數也完全相同，故在試件上確定了臺階式剖切加工，對塞焊孔不同深度的焊接情況進行確認。剖切位置如圖1所示：

第三，焊縫剖切檢測結果。對調溫凸塊各塞焊孔不同深度位置進行剖切后，對其焊縫剖切面進行了檢查確認，如圖2所示。

通過對試件的剖切面檢測，各剖切位置焊縫質量可滿足標準《地面設備熔焊通用技術條件》（QJ176A-99）中Ⅲ級要求。

2.4 產品應用，變手動為自動

在試驗基礎上，工廠協調采用機器人與半自動MIG焊機配合的方式在產品上進行了應用。首先將初容本體與變位機裝配，運行變位機，將調溫凸塊上端面調整至正上狀態，然后由操作人員運行機器人設定各塞焊孔原點，確定后啟動機器人程序及焊機開始焊接，效果理想，大大降低了工人勞動強度，提高了生產效率。

3 取得的成果及創新點

3.1 取得的成果

該項目的實施使工廠閑置的設備得到二次利用，且取得了調溫凸塊自動焊試驗的成功并應用，操作人員也可從連續焊接的“臟”“熱”環境中解脫出來，大大降低了工人勞動強度，提高了生產效率，為以后機器人MIG自動化焊接在產品上的應用積累了一定的經驗。

3.2 創新點

先進與常規方法結合改變了工廠傳統的管理及技術理念，使先進的焊接方法在繁重的生產任務中開花、結果，一方面降低了生產勞動強度，提高了生產效率；另一方面，焊接操作人員也得到了技能拓展。

4 應用成效

機器人與半自動MIG焊機配合的方法已經成功完成了10余臺初容本體調溫凸塊的塞焊，在保證焊接質量的條件下大大提高了生產效率，降低了工人勞動強度，操作人員對此極為贊賞，同時也受到了用戶及相關領導的好評，為產品焊接生產另辟蹊徑，也充分驗證了創新的重要。

5 結語

（1）調溫凸塊實現MIG自動焊為后續類似產品的生產提供了一定的技術指導。首先，對于MIG多層多道焊，要注意層間溫度與焊接參數的匹配性，這需要相關技術人員和操作人員進行積累；其次，在焊接時，通過焊接順序的優化，可以避免焊縫區域溫度過高，降低焊接飛濺和焊瘤等缺陷的產生。（2）調溫凸塊自動MIG焊接設備的調試成功為工廠后續設備改進提供了一種思路。工廠可以根據各車間的生產現狀，了解設備需求情況，充分利用一些閑置設備，進行一定的改造和組裝，一方面可以提高生產效率，另一方面可以降低設備改進成本，使工廠效益實現最大化。實踐證明，先進與常規相結合，提高了產品調溫凸塊的焊接效率，這也是創新的結果。有創新就會有成效，有成效就會有動力，對產品質量的提升、生產效率的提高都是實質性的推動，也是對工廠鋁合金焊接方法的拓展。

作者簡介：王景（1980-），男，山西長治清華機械廠工程師，研究方向：機械設計制造及自動化。

（責任編輯：蔣建華）