浅谈先进与常规结合提高调温凸块焊接效率

王景　刘重金

摘要：某产品初容本体中调温凸块与筒体采用周边角焊、中间塞焊方式连接，每个调温凸块上设置了4个塞焊孔，焊接需约40min，劳动强度非常大。针对此问题，工厂采用先进的机器人与常规的半自动MIG焊机配合的方式，通过试件试验，优化焊接参数，并将焊接参数与焊道次数相匹配，保证了Ⅲ级焊缝质量要求，成功解决了调温凸块自动焊问题。

关键词：调温凸块；焊接效率；塞焊；机器人；半自动MIG焊机 文献标识码：A

中图分类号：TE973 文章编号：1009-2374（2016）12-0033-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.015

1 概述

调温凸块为某产品初容本体直属零件，每台12件，上装并组焊于筒壳上，采取了周边角焊缝、中间塞焊的方式进行连接，焊缝等级为Ⅲ级。生产过程中，调温凸块的焊接每件需约40min，12件需约2个工作日，工人劳动强度非常大，焊接效率低。为了缓解工人的生产压力，更为了转变观念，经努力，工厂将厂内闲置的火焰自动切割机器人协调到车间，经过简单的改制，并配以半自动MIG焊机，试采用先进机器人与常规的半自动MIG焊机结合的方式，将焊接调温凸块的工人从高强度的焊接工作中解脱出来。但对于从未涉及过熔化极惰性气体保护自动焊（MIG自动焊）的工厂来讲难度显然

存在。

综合考虑各生产因素，调温凸块能否实现MIG自动焊主要有如下三个难题：（1）从未涉及过机器人自动焊的学习及实训操作，相关环节的不确定性给塞焊孔实现自动焊带来了一定的困难，例如车间操作人员能否熟练掌握机器人的相关编程操作；（2）从图1中可以看出，每个初容本体上有多个调温凸块，如果要实现自动焊，必须保证变位机具有一定的旋转角度精确性，避免在自动焊接时出现撞枪；（3）调温凸块的厚度达70mm，需采用多层多道焊。首先，需要保证底层焊缝熔透；其次，随着焊接的进行，工件的温度会逐渐上升，为保证焊接质量，需合理调节每道焊缝的焊接参数；最后，每道焊缝的焊高要保证一定的一致性。

2 主要工作内容

针对此MIG自动焊改进项目，工厂进行了全面的策划，包括设备协调、改制实施、先进与常规配套、编程学习、焊接试验等顺利实施，为项目的推进提供了有力的保障。

2.1 设备改制配套，提供硬件基础

鉴于上述问题，工厂通过资源整合，从厂内协调了一台闲置的机器人——工业机器人（型号：TA1400），与现有半自动MIG焊机结合使用，即将半自动MIG焊枪与机器人机械手的端关节相对固定，通过机器人带动焊枪来实现调温凸块与筒壳的周边角焊缝、中间塞焊运动轨迹并进行焊接，来替代工人手工焊接。同时配备了变位机，来实现焊接过程中初容本体（调温凸块位置）的自动变位。改进前、后情况对比见表1：

2.2 邀请专家培训，掌握软件操作

对于首次进行的机器人焊接操作，机器人的操作、示教、编程即为短板，对于此问题，工厂协调松下公司技术培训人员到厂，向操作人员讲授机器人原理、操作方法、编程方法及注意事项等，让操作人员从理论到实践均有了直观的理解，并通过练习快速掌握了该机器人的操作要领。

2.3 模拟焊接试验，提升实战技能

为了验证机器人与半自动MIG焊机结合方式的可行性，工厂自行通过某产品环框卷形直线段制作了调温凸块试件，通过某产品过渡段筒体孔口加工余料制作了筒体模拟件，并将两试件装配进行相关试验。试验过程中，操作人员结合手工焊接操作经验，通过反复的示教来摸索确定焊枪的运行轨迹，在试件上获取了合理的运行轨迹，并结合原手工MIG焊接参数进行优化。

（1）优化焊接参数，圆弧段增加停顿1s的时间，中间直线段采用“Z”字形摆条方式，“Z”字两段停顿0.2s，保证每道焊缝的平整性以及根部的熔透性；（2）每个塞焊孔由7次焊接完成，同时随着焊接次数的增加，逐渐降低焊接电流和电压，加快焊接速率，避免出现焊瘤等缺陷；（3）严格控制调温凸块上四个塞焊孔的焊接顺序，两侧塞焊孔先施焊，中间两个塞焊孔后焊；同时在焊接过程中，要求操作人员认真观察焊接过程，避免出现焊接温度过高，导致产生大量飞溅，甚至有金属液流出。

为了进一步验证焊接效果，对其试件焊后表面质量按《地面设备熔焊通用技术条件》（QJ176A-99）中Ⅲ级要求进行检测判定，同时对试件焊缝进行了剖切检查。

第一，焊缝表面质量检测。调温凸块与筒壳焊接完成后，对其表面质量按《地面设备熔焊通用技术条件》（QJ176A-99）要求进行了检测，符合Ⅲ级焊缝要求。

第二，试件剖切。因调温凸块上各塞焊孔结构完全相同，焊接方法及参数也完全相同，故在试件上确定了台阶式剖切加工，对塞焊孔不同深度的焊接情况进行确认。剖切位置如图1所示：

第三，焊缝剖切检测结果。对调温凸块各塞焊孔不同深度位置进行剖切后，对其焊缝剖切面进行了检查确认，如图2所示。

通过对试件的剖切面检测，各剖切位置焊缝质量可满足标准《地面设备熔焊通用技术条件》（QJ176A-99）中Ⅲ级要求。

2.4 产品应用，变手动为自动

在试验基础上，工厂协调采用机器人与半自动MIG焊机配合的方式在产品上进行了应用。首先将初容本体与变位机装配，运行变位机，将调温凸块上端面调整至正上状态，然后由操作人员运行机器人设定各塞焊孔原点，确定后启动机器人程序及焊机开始焊接，效果理想，大大降低了工人劳动强度，提高了生产效率。

3 取得的成果及创新点

3.1 取得的成果

该项目的实施使工厂闲置的设备得到二次利用，且取得了调温凸块自动焊试验的成功并应用，操作人员也可从连续焊接的“脏”“热”环境中解脱出来，大大降低了工人劳动强度，提高了生产效率，为以后机器人MIG自动化焊接在产品上的应用积累了一定的经验。

3.2 创新点

先进与常规方法结合改变了工厂传统的管理及技术理念，使先进的焊接方法在繁重的生产任务中开花、结果，一方面降低了生產劳动强度，提高了生产效率；另一方面，焊接操作人员也得到了技能拓展。

4 应用成效

机器人与半自动MIG焊机配合的方法已经成功完成了10余台初容本体调温凸块的塞焊，在保证焊接质量的条件下大大提高了生产效率，降低了工人劳动强度，操作人员对此极为赞赏，同时也受到了用户及相关领导的好评，为产品焊接生产另辟蹊径，也充分验证了创新的重要。

5 结语

（1）调温凸块实现MIG自动焊为后续类似产品的生产提供了一定的技术指导。首先，对于MIG多层多道焊，要注意层间温度与焊接参数的匹配性，这需要相关技术人员和操作人员进行积累；其次，在焊接时，通过焊接顺序的优化，可以避免焊缝区域温度过高，降低焊接飞溅和焊瘤等缺陷的产生。（2）调温凸块自动MIG焊接设备的调试成功为工厂后续设备改进提供了一种思路。工厂可以根据各车间的生产现状，了解设备需求情况，充分利用一些闲置设备，进行一定的改造和组装，一方面可以提高生产效率，另一方面可以降低设备改进成本，使工厂效益实现最大化。实践证明，先进与常规相结合，提高了产品调温凸块的焊接效率，这也是创新的结果。有创新就会有成效，有成效就会有动力，对产品质量的提升、生产效率的提高都是实质性的推动，也是对工厂铝合金焊接方法的拓展。

作者简介：王景（1980-），男，山西长治清华机械厂工程师，研究方向：机械设计制造及自动化。

（责任编辑：蒋建华）