弧焊机器人立向焊接工艺

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（沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳110044）

0 前言

在工业上焊接管道是一项非常重要的工作。以前大多采用人工向上立焊，存在焊接生产效率低、焊接速度慢、焊接成本高、且焊接人工消耗强度高等缺点。因此，新型的自动化焊接成为未来技术发展的必然趋势[1]。本研究通过构件的立向下焊接来模拟薄壁管道的焊接过程，通过反复实验得出一组适合立向焊接的工艺参数，为企业薄壁管道的自动化立向焊接提供参考。

1 薄板的焊接性

试件选用Q235B冷轧钢板，厚度1.5 mm。Q235B钢板在工业应用中具有代表性，可有效模拟薄壁管材的立向下纵缝焊接。其材料的化学成分与自检结果如表1所示。

表1 Q235B钢化学成分Table 1 Chemical composition of Q235B steel %

2 焊前准备

选用UniversalRobotsUR5（优傲机器人5号），采用CO2+Ar混合气体保护焊。焊机选用松下YD-350GS，该焊机采用独特的短路初期控制方式和缩颈检测控制方式，大幅降低了飞溅发生量；可视性和操作性强，送丝性能稳定，机动性、坚固性、防尘性能提高；热输入小，通过压缩电弧宽度和长度，抑制了高速焊咬边的发生。其额定焊接电流为500 A，额定负载持续率60%，采用直流反接方式，焊接薄板时选用直径1.0 mm的H08Mn2SiA焊丝。焊前选好机器人焊枪与焊缝位置，观察机器人关节与夹具是否发生碰撞，如有发生及时调整施焊位置。

3 焊接工艺

（1）焊接方法

采用CO2+Ar混合气体MIG焊。焊前先在试件钢板背面进行点固焊，一是方便固定试件得到一条无缝隙的立向焊缝，二是有效预防焊接过程中的变形。点固好的试件使用焊接夹具刚性固定，也可有效避免焊接过程中的焊接变形。

（2）焊接坡口

采用I型坡口，无间隙形式[3]。

（3）焊接工艺规范

除了正确设定调节焊机参数外，焊枪的施焊位置、焊枪摆动、焊接速度均有很大影响。焊前将机器人焊枪角度调节至与水平120°、与竖直约80°[4]，端部露出焊丝与焊缝距离约1 mm，一切准备就绪后开始实验。试件与机器人焊枪位置如图1所示。

图1 试件与机器人焊枪位置Fig.1 Specimen and robot welding torch position

表2 焊接参数及成形情况Table 2 Welding parameters and forming conditions

图2 焊接结果Fig.2 Welding results

4 实验结果及分析

在实验早期，电流、电压与焊接速度的匹配无法得到满意的结果。焊后发现焊缝普遍在前部成形良好，考虑是在焊接过程中期易发生热变形，焊缝易产生边缘未熔合、余高大的缺陷。通过不断实验，改变电流、电压和焊接速度中的非定量来获得理想的成形效果。焊接参数如表2所示，焊接结果如图2所示。

5 结论

实验证明，通过调接焊接工艺参数并把握焊接细节，弧焊机器人应用于立向焊接是可以获得稳定的焊接质量和良好的表面成形。当针对不同的板厚、焊缝规格、焊接材料时，只要其中的某些参数变化，其他参数需随之变化至相应数值，以获得理想的焊接结果。

[1]宗小彦，何建萍，王付鑫.薄板焊接的特殊问题的研究现状[J].焊接技术，2015，2（44）：1-4.

[2]宋娓娓，汪建利，汪洪峰.薄板焊接变形分析[J].热加工工艺，2013，42（15）：164-165.

[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第3卷）[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]张正兵，李晓娜.机器人在焊接中的应用[J].电焊机，2008，38（6）：44-46.