某密閉組合焊接件的自動焊工藝技術

孟飛，徐安兵，何冬，沈文圣

中車南京浦鎮車輛有限公司 江蘇南京 210031

1 序言

焊接機器人是一種高度自動化的焊接設備，用機器人代替手工焊接作業是焊接制造業的發展趨勢，也是提高焊接質量、降低成本、改善工作環境的重要手段。機器人焊接作為現代制造技術發展的重要標志己被國內許多工廠所接受，并且越來越多的企業首選焊接機器人作為技術改造的方案[1，2]。此外，機器人焊接在密閉容器組合件焊接方面仍有較好的發展前景。本文以某組合件自動焊工藝分析為切入點，使用焊接機器人進行編程和焊接，通過對焊接參數的調整和優化，對編程方法的改善和探究，達到密閉組合件自動焊焊接缺陷少、焊縫成形好、容器氣密性優的目的。

2 工藝特性

2.1 組合件結構

該密閉組合件由11個板材及圓管部件組成，厚3mm薄板7塊，厚6mm板材1塊，圓管3根，涉及薄板角接（PB）、對接（PA），管板及管管焊接（水平全位置），采用材質為Q235板材和管材，其屈服強度為235MPa，結構如圖1所示。Q235管板化學成分見表1。

圖1 碳素鋼薄板密閉容器結構

表1 Q235管板化學成分（質量分數） （%）

2.2 焊接工藝

（1）焊接設備 采用上海歡顏機器人（型號HY1006A-144），電源品牌為麥格米特（型號Artsen PLUS550）。該焊接機器人有6個自由度：X、Y、Z、A、B、C；4個坐標系：直角坐標系、工具坐標系、世界坐標系、用戶坐標系[1]。編程時要熟悉機器人的行走軌跡，選擇合理的坐標系，以達到高效率完成編程和焊接的目的。

（2）填充材料 選用的填充材料為AWS ER70-6、φ1.0mm焊絲。此種焊絲適用于CO2氣體保護焊焊接低碳鋼和低合金鋼結構，如船舶、機車車輛、集裝箱、工程機械、壓力容器等，特點是電弧穩定、飛濺較小、熔敷效率高及抗氣孔性能好，并適用于各種位置的焊接。焊絲化學成分見表2。

表2 焊絲化學成分（質量分數） （%）

（3）焊接方法 采用熔化極活性氣體保護焊（MAG），保護氣體選用80%Ar+20%CO2的混合氣體，該混合氣體有助于穩定電弧，減少焊接飛濺，使焊縫成形美觀。

2.3 編程與焊接

（1）編程方法 密閉容器由若干個關節運行點、直線焊接點、圓弧焊接點、直線擺動焊接點及圓弧擺動焊接點組成。編程前先確定機械手程序點1，然后找到合適的焊接位置進行編輯，現以圖2所示焊接工件為例，說明編程的步驟。

圖2 焊接工件

基本程序如下：

1）MOVJ VJ=50.0% PL=5 快速移動到程序點1，待機點（HOME點）。

2）MOVJ VJ=50.0% PL=5 快速移動到程序點2，焊接準備點。

3）MOVL VL=200 MM/S PL=0 移動到程序點3，焊接開始點（ARCSTART#1 調用1號焊接參數，起弧，WEAVESINE #1 調用1號擺動參數）。MOVL VL=50MM/S PL=0 走焊接軌跡。

4）直線移動到程序點4，焊接結束點（WEAVEEND 擺動結束 ARCEND #1 1 號焊接工藝結束）。

5）MOVJ VJ=50.0% PL=3 快速移動到程序點 5，安全點，而后又回到程序點1。

此外，機器人焊接過程中有兩個角度（一個行走角度，一個焊接角度），配合好才能實現全位置焊接。密閉箱體整個焊接過程都是用魚鱗焊焊接方法，與以往的連弧焊有所不同，魚鱗焊方法具有飛濺小、成形美觀、不容易咬邊及參數適用范圍大等特點[1]。記住參數序號，根據組合件焊接順序（先焊接箱體圓管后焊接箱體），按順序調用參數號，從而達到焊接效果。

（2）箱體圓管焊接 箱體圓管是由大圓管、圓墊片、小圓管各一個組成的焊接件，如圖3所示。

圖3 箱體圓管焊接件

焊接順序：焊接中間大圓管與圓墊片→焊接大圓與立板→焊接墊片與小圓管。通過反復調試，得出如下圓管焊接經驗。

1）以水平固定的圓管最高點作為起始點，采用圓弧法程序編輯方法[3]形成一個完整的圓，該圓形焊縫先下坡、后上坡焊接。

2）焊接時需要考慮到焊接順序，在焊接過程中3個圓管之間設置空間公共點，每編輯一個圓后回到公共點，再進行編輯，以免出現限位。

3）焊接小圓管需要物理降溫，用濕布蓋住3個圓管進行快速降溫，或者設置暫停點PAUSE，等待一段時間后再焊接，使3個圓管焊縫魚鱗紋顏色一致，成形美觀。

（3）箱體立焊縫焊接 待圓管焊縫焊完后，將機器人移動到HOME點，并將焊槍向內轉動180°，以最近點的立焊縫開始編輯，圍繞箱體依次編輯6道立向下角焊縫（見圖4）。立焊縫由4個點組成，起始點、過渡點、變槍點（指焊槍在移動到下一點時與前一點發生角度上的變化）及收弧點。這6道立向下角焊縫中5道是角接形式，還有一道是T形接頭[4]，按順序調用面板參數，立焊縫成形如圖5所示。

圖4 箱體立向下角焊縫

圖5 立焊縫成形

（4）編程要點 主要包括以下幾方面。

1）注意程序的完整性，缺一不可，空間點位與焊接點位連接需平滑。

2）機器人大臂和小臂的行動距離要匹配，否則容易影響機器人的TCP（即工具中心點），從而降低焊接精度。

3）編程之前應先確定工件在工作臺上的擺放位置，然后再進行夾緊，且編程空間點（MOVJ）和焊接點（MOVL）要準確區分。

4）注意焊接參數的選擇，并按制定的順序調用程序。

5）由于立板焊接容易出現跳絲現象，造成起弧處缺少填充金屬，所以起始點的焊槍角度最好與焊縫垂直。

6）收弧點作為一段向下立焊的結束點，其焊絲最低點需向坡口外延1～2mm，起到填滿、堆起焊縫的作用，防止底角處金屬液泄漏。

7）焊接銳角時焊槍行走角度較大，用MOVEC圓弧點進行焊接編輯，保持圓弧中間點垂直于焊縫，相互間距3～4mm。

8）上蓋板編輯點位時焊絲指向焊縫根部，由于上蓋板坡口小，需要的填充金屬少，因此選用小的焊接電流、電弧電壓[5]。為了穩定焊接電流、電弧電壓，干伸長小一點，控制為10～12mm。

9）在直線焊接時，焊槍角度約為50°，行走角度約為85°推焊，使焊縫外形美觀。

10）焊接電流、電弧電壓較大時電弧相對穩定，但飛濺較大，因此增加干伸長至12～15mm，可以減少噴嘴里的飛濺，防止堵塞噴嘴而導致送氣不暢，出現氣孔。

通過以上焊接及編程要點的施行，可達到理想的密閉組合件焊縫。采用焊縫檢查尺對焊縫進行尺寸檢查，結果滿足工藝要求，并對組合件焊縫部位進行磁粉檢測，結果表明焊縫質量符合標準。

3 結束語

采用全自動機器人焊接小型密閉容器組合焊接件，通過結合創新的編程技術、適宜的焊接參數和焊接技巧，解決了管板環焊縫成形差、立板焊接送絲易頓挫而填充量不足、自動焊過程焊槍角度和擺動幅度配合難，以及小型密閉箱體焊縫底角處金屬液泄漏等技術難點，最終得到了焊縫成形美觀、飛濺少、焊縫質量優、氣密性好的密閉組合焊接件。此方案可有效適用于焊接類似復雜、全位置焊接的小型密閉容器組合件，并可進一步推動全自動焊接方案在密閉容器組合焊接件上的生產應用。