前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的容器试件机器人焊接工艺设计浅议，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：目前，由于用工环境的恶劣，人工费用的增加，国内开始大量使用机器人来代替人工。我国工业机器人年安装量达到１０万台以上，拥有巨大的市场，但如何使用好机器人焊接来提高产品质量就显得尤为重要，本文主要论述了机器人焊接碳钢板容器试件焊接工艺设计及实现。通过对比不同参数下的焊缝成形，找出最优的焊接工艺参数，设计机器人焊接路径规划，达到焊缝质量要求，解决了以往复杂工件焊接质量、效率不高的问题。
关键词：机器人；焊接工艺；路径规划
０前言
容器试件由于工件复杂，包含不同焊接位置，施焊时，焊缝对于施焊者的相对空间位置，有平焊、横焊、立焊和仰焊等位置。平焊最易保证焊接质量，其次横焊，再次是立焊，仰焊最难保证质量。不同焊接位置、不同接头形式、不同材料及板厚焊接的难易程度是不同的，本文针对立悍、横焊焊接位置机器人焊接工艺设计及路径规划，着重解决机器人实现全位置焊接的难题，对于实现高效的机器人自动化焊接意义重大［１－３］。
１焊接性分析
试验材料选用Ｑ３４５Ｂ低合金高强度钢，其化学成分如表１所示。碳当量Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｎｉ／１５＋Ｃｕ／１５＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／５＋Ｖ／５，计算Ｃｅｑ＝０．４９％，由碳当量稍大于０．４５％可推测，Ｑ３４５Ｂ钢焊接性很好，在焊接时需遵循正确的焊接工艺规范。
２焊接工艺设计
焊接方法采用常用的ＭＡＧ焊，与二氧化碳气体保护焊相比具有电弧稳定，熔滴过渡稳定，焊接飞溅少，焊缝成形美观等优点。立向焊接的熔滴过渡形式适合采用短路过渡，在短路过渡过程中，电流产生的磁力场是主要的影响因素。电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。短路过渡在采用低电流和较小焊丝直径的条件下产生，适合于直径为１．２ｍｍ焊丝的焊接。短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于立焊位置焊接［４－５］。
３结果分析
３．１机器人对接立悍焊接工艺设计
对试样进行编号，设置不同的组别，确定不同位置焊接焊工艺参数。具体参数设置见表２。图２是在焊接速度为０．２５ｍ／ｍｉｎ、０．３ｍ／ｍｉｎ、０．３５ｍ／ｍｉｎ，送丝速度为４ｍ／ｍｉｎ、４．５ｍ／ｍｉｎ、５ｍ／ｍｉｎ时所得焊缝成形宏观形貌。由图２ａ）我们可以看出（焊接速度０．２５ｍ／ｍｉｎ、送丝速度４．５ｍ／ｍｉｎ），焊缝基本成型，但成型一般，中间铁水没有铺开，余高过大。由图２ｂ）－ｄ）为焊接速度０．３ｍ／ｍｉｎ，送丝速度分别为４ｍ／ｍｉｎ、４．５ｍ／ｍｉｎ、５ｍ／ｍｉｎ时所得焊缝成形宏观形貌，由图我们可以看出。２号试样焊缝成形尚可，起弧收弧段成形一般。３号焊缝成形美观，鱼鳞纹也较为明显，但由于送丝速度增大后，余高偏大。４号焊缝由于送丝速度增大到５ｍ／ｍｉｎ后，熔融金属量增大，焊缝宽度变大，并有下淌趋势，左右边熔合情况不好。由图２ｅ）－ｇ）为焊接速度０．３５ｍ／ｍｉｎ，送丝速度分别为４ｍ／ｍｉｎ、４．５ｍ／ｍｉｎ、５ｍ／ｍｉｎ时所得焊缝成形宏观形貌，在图２ａ）－ｄ）基础上，增加了摆动焊接及左右延迟时间，由图我们可以看出。５号焊缝由于摆幅太小，熔融金属没有完全铺开，成形不好，熔宽不均匀。６号焊缝由于焊接速度增加，偏转大，焊缝没有鱼鳞纹且宽窄不均，７号焊缝成形好，左右延迟时间得当，两边熔合情况优。由图２可以看出，在焊接速度为０．３５ｍ／ｍｉｎ时，调节送丝速度焊缝成形较好。由图２ｂ）－ｄ）可以看出，随着送丝速度的增加，即焊接电流的加大，焊缝的熔深和宽度也在增加。原因是焊接电流增加，焊丝熔化量也在增加，焊接线能量也在增加。反之，送丝速度越小，熔深越小，焊缝也越窄。在送丝速度不变的情况下，改变焊接速度来分析其对焊缝成形的影响。由图２ａ）、ｃ）、ｅ）可以看出，随着焊接速度的增加，相对于送丝速度，焊缝的宽度减小速度更快。因为焊丝的熔化速度基本相同的情况下，焊接速度越快，单位面积的焊丝熔化量越小。焊接速度越小，鱼鳞纹越细密而且美观，但是铁水不容易淌开，当焊接速度增大到一定范围时，鱼鳞纹更美观，而且焊缝比较饱满，焊缝成形更好。由试验可知，立悍工艺设计时尽量避免熔合不够现象的出现，未熔合现象是指在焊缝金属和母材之间或焊道金属之间未完全熔化和结合的部分。造成未熔合的原因有：焊接电流过小、速度太快造成热输入不够；焊枪角度不合理或焊枪没有充分摆动；层间温度太低；工件太厚；坡口形状不合理、有死角；工件坡口及附近、层道间有氧化膜、油污；焊接时流入熔渣妨碍了金属间的熔合；或存在磁偏吹等。未熔合使焊缝承载面积减小，不能承受较高的静载荷，引起的应力集中大，在一定条件下可能成为脆性断裂的裂纹源，其危害性仅次于裂纹；为避免出现未熔合，需选择合适的焊接参数和焊枪角度；层间温度合理；厚板进行预热；坡口尺寸设计合理、避免死角；坡口及附近、层道间的污物和氧化膜清理彻底，并避免出现沟槽；减少磁偏吹［７］。
３．２机器人角接横悍焊接工艺设计
机器人角接横悍焊接工艺设计试验，将工件装夹至工作台上，焊枪位置调整至与焊缝成４５°角位置。用机器人操控面板编写焊接程序并使用预定的参数进行试验。具体的编程如下：气体流量为１４Ｌ／ｍｉｎ，焊丝干伸长度为１２ｍｍ，焊枪倾角为４５°，焊缝厚度为５ｍｍ，直接进行盖面焊接，表３为机器人角接横悍焊接工艺参数表，图３为机器人角接横悍焊接成型宏观形貌。如图３可知，１号使用参数为送丝速度５ｍ／ｍｉｎ，焊接速度为０．３ｍ／ｍｉｎ，偏转为４、摆长为３，两边没有加延时时间进行试验，结果发现，焊缝上部有很深的咬边。２号使用的参数为送丝速度５ｍ／ｍｉｎ，焊接速度为０．３ｍ／ｍｉｎ，偏转为４、摆长为２，增加两边加延时时间，两边延时各为０．１ｓ进行试验，结果发现，焊缝成形美观，焊缝饱满，鱼鳞纹比较明显，也解决了１号的咬边问题。但是，焊缝厚度太大，说明摆动幅度太大，熔融金属太多。３号试样增加焊接速度，减少摆动幅度，焊接工艺参数为送丝速度５ｍ／ｍｉｎ，焊接速度为０．３５ｍ／ｍｉｎ，偏转为３、摆长为２，两边各停留０．１ｓ进行试验，结果发现，解决了前面所有的问题而且焊缝成形美观。经过试验与分析可得，送丝速度太小，焊接速度太快的情况下，由于焊丝熔化量跟不上焊接速度，导致角焊缝会出现咬边的情况，为解决角焊缝在摆动焊接下出现两边咬边问题，一方面需要在两边加入延时时间，另一方面需要匹配好送丝速度与焊接速度之间的关系；送丝速度太大导致焊缝成形不好，中间铁水量太多导致焊缝下垂，解决焊缝厚度问题，加快焊接速度，减少摆动幅度均可以降低焊缝厚度。在焊接速度在０．３ｍ／ｍｉｎ，送丝速度在５ｍ／ｍｉｎ，偏转为４、摆长为２，两边延时各为０．１的时候，均满足上述条件，焊接效果最好，焊缝饱满度很好，焊缝成形也最好。所以，在焊接角焊缝时，应该在这个参数范围内进行调节，得到最佳工艺参数。由试验可知，咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽，是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。咬边是由于电弧热量太高（如电流过大、速度太慢等）；电弧过长；焊枪角度不合理、摆动不合理；焊接顺序不合理等都会造成咬边；直流焊时电弧的磁偏吹也会造成咬边；某些焊接位置（立、横、仰）会加剧咬边。咬边减小了母材的有效截面，降低结构承载能力；引起应力集中，产生疲劳裂纹；当这些缺陷与结构中的高残余拉应力区或热影响区中粗大脆化晶粒区相重叠时，常会引发脆性不稳定扩展裂纹，故在重要的或承受动载荷的结构中，一般不允许咬边存在，或咬边值有限制。选择合适的焊接热输入、电弧长度、正确的焊枪角度和摆动；合理的焊接顺序；减小或避免磁偏吹；尽量采用平焊等措施都可以防止咬边［７］。
４机器人焊接路径规划
对于机器人焊接而言，焊接工艺是核心，路径规划是关键［６－７］，容器类试件需要进行路径轨迹规划，减少空走行程，让焊接过程更加连续，提高焊接效率，首先对容器试件进行机器人示教编程和焊接，其示教轨迹如图４所示，主要由编号①～20的二十个示教点组成。１）原点为19（ＨＯＭＥ）点，其处于与工件、夹具不干涉的位置，焊枪姿态为逆时针旋转１８０°（相对于Ｘ轴）；２）①②④⑥⑦19点为过渡点（前进或退避），也要处于与工件、夹具不干涉的位置，①号焊枪角度为６０°，２号为９０°，④号为３０°，⑥号为３０°，⑦号为３０°，19号为１８０°；３）③⑤⑧点为立焊与弧面焊的引弧点和熄弧点，焊枪角度与工件夹角为４５°并与焊缝待焊方向垂直；⑨14点为角焊缝的引弧点，焊枪角度与工件的夹角为４５°，枪头距工件两侧距离为２．５ｍｍ；４）⑩1121315161718角焊缝焊接过程，焊枪姿态应与工件角度为４５°且枪头距工件两侧距离为２．５ｍｍ；
５结束语
机器人焊接质量首先取决于人的焊接质量意识，其次是机器人自身精度，弧焊包的功能，原材料质量，下料精度，组对精度，工装夹具的合理设计，焊接工艺与机器人焊接路径、姿态的匹配。焊接工艺与机器人焊接路径、姿态是得到优质焊缝、焊接生产效率高、生产成本低产品的关键。
作者:耿祥 杨芳 单位:云南云内动力集团恒和环保科技有限公司
