小型密閉容器組合件焊接機(jī)器人焊接工藝探討

沈文圣 孟飛 侯其兵 陳紅紅

摘 要：本文針對(duì)松下焊接機(jī)器人焊接小型密閉容器組合件的編程方法、焊接工藝、焊接規(guī)范、等進(jìn)行論述。根據(jù)小型密閉容器組合件的全位置焊接特點(diǎn)提出了相應(yīng)的編程方法和焊接工藝措施。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)證明，該編程方法和焊接工藝是合理的。

關(guān)鍵詞：編程方法;焊接工藝;機(jī)器人焊接

0 緒論

2016年第北京“嘉克杯”第四屆國(guó)際焊接技能大賽根據(jù)不同焊接方法，設(shè)立六個(gè)單項(xiàng)的比賽，其中一項(xiàng)是機(jī)器人焊接，要求參賽選手操作松下焊接機(jī)器人根據(jù)小型密閉容器組合件的技術(shù)要求和焊接特點(diǎn)進(jìn)行編程和焊接，由于組合件是密閉容器，除了進(jìn)行外觀檢測(cè)還增加了水壓試驗(yàn)。難度系數(shù)較大。這就需要選手既要熟練掌握焊接機(jī)器人的編程，又要有一個(gè)較好的焊接技能操作水平。對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化，為了能夠得到良好的焊接質(zhì)量，達(dá)到大賽規(guī)定的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多次的試驗(yàn)練習(xí)，選擇合理焊接機(jī)器人的編程方法，優(yōu)化焊接工藝，基本能夠做到消除缺陷，達(dá)到理想的焊接效果。

1 密閉容器組合件的介紹

密閉容器組合件如圖1所示，由10塊不同形狀的板件和管件組焊而成，接頭形式多樣， 空間位置復(fù)雜。

2 焊接工藝

2.1 焊接設(shè)備的選擇

選用松下TM-1400焊接機(jī)器人，此焊接機(jī)器人電源體積小、編程語(yǔ)言漢化率高、參數(shù)控制精度高、對(duì)點(diǎn)精度高等等，易于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的控制，在性能上具有很大的潛在優(yōu)勢(shì)。

2.2 焊接材料

Q235板材和管材，其最小屈服強(qiáng)度在235MPa左右，并會(huì)隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。

2.3 填充材料的選擇

選用φ1.2，ER50—6焊絲，此種焊絲適用于焊接低碳鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu)的CO2氣保焊，如船舶、機(jī)車車輛、集裝箱、工程機(jī)械、壓力容器等的焊接。特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、飛濺較小、熔敷效率高，抗氣孔性能好，適用各種位置的焊接。

2.4 保護(hù)氣體的選擇

為了保證操作焊縫的美觀和焊接質(zhì)量，常選用Ar（80%）+CO2（20%）的混合氣體，焊接效果比CO2氣體好很多，焊縫比CO2焊接顏色白，焊接時(shí)比CO2飛濺小，焊縫成形比CO2美觀，有助于穩(wěn)定電弧，減少焊接飛濺。

3 焊前準(zhǔn)備及焊接參數(shù)選擇

3.1 試件的清理組對(duì)

試件裝配前應(yīng)將試件接觸面兩側(cè)（10～20）mm范圍內(nèi)的油污、銹跡及其他污物打磨干凈，直至露出金屬光澤。試件的組裝與定位如圖2所示 （點(diǎn)焊方法：鎢極氬弧焊TIG 焊）。

3.2 焊接工藝參數(shù)見(jiàn)圖表

4 編程與焊接

整個(gè)組合件由若干個(gè)空間運(yùn)行點(diǎn)和焊接點(diǎn)組成，空間點(diǎn)（MOVEP）、直線焊接點(diǎn)（MOVEL）、圓弧焊接點(diǎn)（MOVEC）以及起弧參數(shù)和收弧參數(shù)。編程之前首先要對(duì)機(jī)器人焊槍進(jìn)行TPC校驗(yàn)，校驗(yàn)完成后機(jī)器人才能進(jìn)行編程和焊接。

4.1 對(duì)接焊縫

由于工件的局限性，板材較薄工件較小。所以先焊對(duì)接焊縫是為了減少工件的變形量，在對(duì)接焊縫的編程過(guò)程中由于在焊縫中間增加了拱形障礙塊決定從對(duì)接的兩頭起弧焊向中間收弧，這樣做的目的是為了降低從中間起弧而引起的未熔合缺陷 。編程時(shí)使用工具坐標(biāo)將焊槍的角度從起弧點(diǎn)80°開(kāi)始逐漸減小到60°這樣是為了方便機(jī)器人焊槍從障礙塊下方穿過(guò)。最后收弧的參數(shù)也要減小防止由于焊縫過(guò)熱而燒穿。

4.2 圓管焊縫

圓弧的焊接相比較手工焊來(lái)說(shuō)機(jī)器人確實(shí)簡(jiǎn)單，可是這個(gè)工件的圓管是斜的（如圖所示）這就要對(duì)機(jī)器人在空間坐標(biāo)系內(nèi)構(gòu)建圓弧而不是平面坐標(biāo)系。所以機(jī)器人焊槍在焊接位置的圓弧點(diǎn)就必須要精準(zhǔn)，如果有誤差那么機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡可能會(huì)是橢圓而不是圓。采用密集點(diǎn)編輯功能，減少誤差盡量讓焊槍的每個(gè)焊機(jī)點(diǎn)都能夠精確，程序編輯時(shí)用圓弧命令代替整圓命令，將一個(gè)整圓四等分成四個(gè)圓弧來(lái)焊接這樣大大降低了機(jī)器人在焊接圓時(shí)所產(chǎn)生的焊縫焊偏缺陷。

4.3 蓋板焊縫

如圖上圖所示，此組合件是密閉容器，然而從蓋板一周的焊縫來(lái)看，此蓋板是斜的也就是在蓋板的兩側(cè)位置焊縫是不在一個(gè)平面的，所以此處的焊縫應(yīng)該看成是上坡焊或是下坡焊。通過(guò)反復(fù)焊接實(shí)驗(yàn)得出上坡焊時(shí)推焊的焊縫外觀成型不如拉焊焊縫外觀成型好，且容易燒穿。為了降低焊接缺陷，在蓋板一周焊縫中只留一個(gè)起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)，起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)位置重合，并設(shè)定過(guò)焊量3-5mm。將起弧點(diǎn)的位置放在拐角處，利用機(jī)器人焊槍的旋轉(zhuǎn)角度使得焊槍能夠繞工件360°焊完，這樣的編程方式焊出的焊縫成型美觀，焊接接頭減少，焊縫質(zhì)量提高。

4.4 底板焊縫

焊完以上焊縫最后才是對(duì)底板進(jìn)行編程加焊接，主要是因?yàn)榈装迳系恼系K較多且焊縫熱輸入大，焊接變形量較大。底板焊接最主要的就是障礙處的起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)的位置容易引起未熔合焊接缺陷，（因?yàn)榇私M合件是密閉容器，需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)）處理辦法是起弧點(diǎn)的位置焊槍角度要盡可能大些，并且起弧參數(shù)也要相對(duì)大些，收弧時(shí)收弧點(diǎn)要超過(guò)起弧點(diǎn)，過(guò)焊量3-5mm，收弧參數(shù)應(yīng)比起弧參數(shù)有所增加。底板焊接時(shí)還有點(diǎn)需要注意的是在拐角處容易產(chǎn)生咬邊缺陷，通過(guò)改變機(jī)器人焊槍的運(yùn)動(dòng)軌跡，將直線拐角改為小圓弧拐角，拐角時(shí)焊接參數(shù)有所調(diào)整，比直線焊接參數(shù)略小即可。

4.5 各步驟編程要點(diǎn)

在機(jī)器人編程過(guò)程中由于工件位置狹小，在編程之前應(yīng)該先確定工件在工作臺(tái)上的擺放位置然后再進(jìn)行夾緊。防止由于位置問(wèn)題對(duì)機(jī)器人工作手臂造成的限位，對(duì)各個(gè)焊接點(diǎn)的定點(diǎn)要準(zhǔn)確，編程時(shí)空間點(diǎn)（MOVEP）和焊接點(diǎn)（MOVEL）要準(zhǔn)確區(qū)分，防止由于命令用錯(cuò)而造成的錯(cuò)誤。同時(shí)注意焊接參數(shù)的選擇和應(yīng)用。

5 結(jié)論

焊接機(jī)器人的廣泛應(yīng)用得到越來(lái)越多行業(yè)的認(rèn)可，具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能，并適用于大電流焊接等特點(diǎn)，采用該技術(shù)大大提高了生產(chǎn)率（比手工焊高3-6倍）和焊接質(zhì)量，降低了成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了勞動(dòng)條件，取得了顯著效果，為生產(chǎn)施工發(fā)揮了巨大作用。綜上所述，此機(jī)器人焊接工藝切實(shí)可行，在現(xiàn)代焊接技能大賽中，焊接機(jī)器人比賽也不斷出現(xiàn)在其中，證明了焊接機(jī)器人在現(xiàn)代焊接領(lǐng)域中的重要應(yīng)用。