中厚板機(jī)器人立向焊接工藝設(shè)計(jì)

蔡云秀

摘 要

中厚板的焊接生產(chǎn)存在著工作量大、生產(chǎn)效率低、焊接生產(chǎn)技術(shù)落后等諸多問(wèn)題。本文針對(duì)中厚板焊接中典型的立向?qū)雍缚p，設(shè)計(jì)了焊接機(jī)器人的立向?qū)雍附庸に囋囼?yàn)，分析討論機(jī)器人焊接的工藝參數(shù)對(duì)焊縫質(zhì)量的影響，得出焊接機(jī)器人立焊對(duì)接的最優(yōu)工藝參數(shù)，達(dá)到了焊縫質(zhì)量要求，解決了以往中厚板立位置對(duì)接焊縫焊接的諸多問(wèn)題。

關(guān)鍵詞

機(jī)器人;立向;焊接工藝

中圖分類號(hào)： TG409 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.05.036

0 前言

立焊是指焊接操作的順序沿接頭由上而下或由下而上焊接，焊縫傾角90°（立向上）、270°（立向下）的焊接位置，稱為立焊位置，在立焊位置進(jìn)行板板對(duì)接的焊接稱為立焊對(duì)接。其主要難點(diǎn)在于焊接時(shí)熔池金屬和熔滴因受重力作用而有下墜趨勢(shì)，致使熔池和熔滴與焊件分開，所以容易產(chǎn)生焊瘤，對(duì)工人操作要求高，成形難以保證[1]。在打底焊接時(shí)，如果擺動(dòng)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易造成燒穿，擺動(dòng)太快或擺幅過(guò)小易造成穿絲，導(dǎo)致熄弧及背面成形不好。厚板的立焊更是存在工作量大的問(wèn)題，工人在進(jìn)行大工作量的焊接時(shí)對(duì)手法及心理影響很大。

因此解決中厚板焊接時(shí)背面清根的問(wèn)題，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效的機(jī)器人自動(dòng)化焊接意義重大[2-3]。

1 焊接性分析

試驗(yàn)選用Q345B作為試驗(yàn)材料，Q345B低合金高強(qiáng)度鋼，其化學(xué)成分如表1所示。Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5 ，計(jì)算Ceq=0.49%，由碳當(dāng)量大于0.45%可推測(cè)，Q345B鋼焊接性不是很好，在焊接時(shí)需要制定嚴(yán)格的焊接工藝措施。

2 焊接工藝設(shè)計(jì)

焊接方法采用常用的MAG焊，與二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊相比具有電弧穩(wěn)定，熔滴過(guò)渡穩(wěn)定，焊接飛濺少，焊縫成形美觀等優(yōu)點(diǎn)。立向焊接的熔滴過(guò)渡形式適合采用短路過(guò)渡，在短路過(guò)渡過(guò)程中，電流產(chǎn)生的磁力場(chǎng)是主要的影響因素，而重力不是主要因素。電極前端的熔融部分逐漸變成球狀并增大形成熔滴，與母材熔池里的熔融金屬相接觸，借助于表面張力向母材過(guò)渡。短路過(guò)渡在采用低電流和較小焊絲直徑的條件下產(chǎn)生，適合于直徑為1.2mm焊絲的焊接。短路過(guò)渡易形成一個(gè)較小的、迅速冷卻的熔池，適合于立焊位置焊接[4-5]。

焊接層道數(shù)的選擇不僅會(huì)影響焊接生產(chǎn)率，同時(shí)對(duì)焊縫的質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生影響。層數(shù)增多有利于提高焊縫的塑形韌性，因?yàn)楹笠坏篮缚p相對(duì)于對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了回火處理，而且隨著層道數(shù)的增加，每道焊縫所用的線能量也必然降低，因此焊后組織比較細(xì)，塑韌性比較好。但并不是層道數(shù)越多越好，隨著焊接層道數(shù)的增加，焊接生產(chǎn)率下降，焊接變形也比較大。綜合考慮選擇5道焊縫，其分別為打底（1）、背面填充（2）、正面填充（3）、背面蓋面（4）、正面蓋面（5），如圖1所示，焊接順序均采用從下往上焊，層間溫度80°-200°。

3 結(jié)果分析

對(duì)試樣進(jìn)行編號(hào)，設(shè)置不同的組別，確定反面打底、正面填充焊接焊工藝參數(shù)。具體參數(shù)設(shè)置見表2。

不同送絲速度、焊接速度對(duì)接接頭打底形貌見圖2a），由圖2a）可以看出，送絲速度為3.5m/min，焊接速度為0.25m/min，偏轉(zhuǎn)為3mm。焊接過(guò)程中用焊帽觀察熔池發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程穩(wěn)定，飛濺小，熔池均勻，其焊縫正面成形層高為2mm，無(wú)咬邊，無(wú)焊瘤，成形美觀，背部全部熔透。不同送絲速度、焊接速度對(duì)接接頭填充打底形貌見圖2b），由圖2b）可以看出，送絲速度4.5m/min，焊接速度0.32m/min，偏轉(zhuǎn)為6mm，脈沖焊接焊接過(guò)程中用焊帽觀察發(fā)現(xiàn)熔池穩(wěn)定均勻，焊接過(guò)程飛濺小，過(guò)程穩(wěn)定。焊后拋光觀察焊縫成形較好，外觀無(wú)缺陷，該參數(shù)作為填充層的焊接參數(shù)合理。不同送絲速度、焊接速度對(duì)接接頭填充蓋面形貌見圖2c），由圖2c）可以看出，送絲速度為5.0m/min，焊接速度為0.1m/min，焊接過(guò)程中用焊帽觀察熔池發(fā)現(xiàn)熔池已經(jīng)成形并且較為均勻，焊接過(guò)程穩(wěn)定，飛濺小。焊后觀察焊縫發(fā)現(xiàn)成形較美觀，但是焊縫余高合適。

4 結(jié)束語(yǔ)

焊接結(jié)構(gòu)件焊接工作中典型的立焊位置對(duì)接焊的焊接工藝試驗(yàn)，通過(guò)一系列焊接試驗(yàn)焊接工藝試驗(yàn)，找出合適的焊接工藝參數(shù)，焊縫達(dá)到要求，檢驗(yàn)合格，試驗(yàn)證明利用焊接機(jī)器人能有效代替人工施焊，以改善工人的工作環(huán)境，提高焊接生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]劉大勝，李慶杰，曲道奎.焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].機(jī)械工人.熱加工，2001（9）：6-7.

[2]吳九澎主編.焊接機(jī)器人實(shí)用手冊(cè)[M].2014.

[3]王宗杰.熔焊方法及設(shè)備.北京：機(jī)械工程出版社.

[4]李亞江，王娟，劉鵬.低合金鋼焊接及工程應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[5]周振豐.金屬熔焊原理及工藝：北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.