弧焊機器人立向焊接工藝

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（沈陽大學機械工程學院，遼寧沈陽110044）

0 前言

在工業上焊接管道是一項非常重要的工作。以前大多采用人工向上立焊，存在焊接生產效率低、焊接速度慢、焊接成本高、且焊接人工消耗強度高等缺點。因此，新型的自動化焊接成為未來技術發展的必然趨勢[1]。本研究通過構件的立向下焊接來模擬薄壁管道的焊接過程，通過反復實驗得出一組適合立向焊接的工藝參數，為企業薄壁管道的自動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鋼板在工業應用中具有代表性，可有效模擬薄壁管材的立向下縱縫焊接。其材料的化學成分與自檢結果如表1所示。

表1 Q235B鋼化學成分Table 1 Chemical composition of Q235B steel %

2 焊前準備

選用UniversalRobotsUR5（優傲機器人5號），采用CO2+Ar混合氣體保護焊。焊機選用松下YD-350GS，該焊機采用獨特的短路初期控制方式和縮頸檢測控制方式，大幅降低了飛濺發生量；可視性和操作性強，送絲性能穩定，機動性、堅固性、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生。其額定焊接電流為500 A，額定負載持續率60%，采用直流反接方式，焊接薄板時選用直徑1.0 mm的H08Mn2SiA焊絲。焊前選好機器人焊槍與焊縫位置，觀察機器人關節與夾具是否發生碰撞，如有發生及時調整施焊位置。

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行點固焊，一是方便固定試件得到一條無縫隙的立向焊縫，二是有效預防焊接過程中的變形。點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）焊接工藝規范

除了正確設定調節焊機參數外，焊槍的施焊位置、焊槍擺動、焊接速度均有很大影響。焊前將機器人焊槍角度調節至與水平120°、與豎直約80°[4]，端部露出焊絲與焊縫距離約1 mm，一切準備就緒后開始實驗。試件與機器人焊槍位置如圖1所示。

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

表2 焊接參數及成形情況Table 2 Welding parameters and forming conditions

圖2 焊接結果Fig.2 Welding results

4 實驗結果及分析

在實驗早期，電流、電壓與焊接速度的匹配無法得到滿意的結果。焊后發現焊縫普遍在前部成形良好，考慮是在焊接過程中期易發生熱變形，焊縫易產生邊緣未熔合、余高大的缺陷。通過不斷實驗，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。焊接參數如表2所示，焊接結果如圖2所示。

5 結論

實驗證明，通過調接焊接工藝參數并把握焊接細節，弧焊機器人應用于立向焊接是可以獲得穩定的焊接質量和良好的表面成形。當針對不同的板厚、焊縫規格、焊接材料時，只要其中的某些參數變化，其他參數需隨之變化至相應數值，以獲得理想的焊接結果。

[1]宗小彥，何建萍，王付鑫.薄板焊接的特殊問題的研究現狀[J].焊接技術，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]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第3卷）[M].北京：機械工業出版社，2007.

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