中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺研究

韩宪

摘 要：传统中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺在实际焊接过程中，成本较高，焊接工序较多，自动化程度也相对较低，严重影响了整体焊接效率。因此，本文针对中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺进行研究，在简单了解影响这一焊接工艺的具体因素后，有针对性的提出全新的焊接工艺，以供参考。

关键词：中厚板;立向角;焊缝机器人;深熔焊接工艺

中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺是一种非常常见的工艺技术，但在实际焊接过程中也非常容易出现凸起、咬边、脱节等缺陷。想要有效解决这些问题，就要进行机器人深熔焊接工艺试验，明确摆动方式对立向角焊缝深熔焊接工艺带来的影响，从而合理选择摆动方式，正确设计焊接工艺流程，提高焊接质量。

1 焊接工艺试验准备

本文选择的中厚板分别为：300mm×150mm×8mm以及300mm×100mm×8mm两种，采取点焊定位的方式完成。从过往经验来看，影响中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺的因素中最为关键的就是摆动方式。常见的摆动方式包括：锯齿形摆动、三角形摆动、梯形摆动以及蝶形摆动，考虑到本文研究重点在于中厚板且不开坡口，因此，主要对锯齿形摆动和三角形摆动这两种摆动方式进行研究，深入探讨摆动方式对立向角焊缝深熔焊接工艺带来的影响。在实验过程中为了形成对比，每种摆动方式各安排了两组不同的焊接参数，以此形成对比，需要设计焊接电流、焊接电压、焊接速度、侧边停留时间。

2 焊接工艺试验分析

为了更好的验证中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺，从四个方面展开了试验分析，分别为：焊接热输入特点、电弧热特点、焊接温度场模拟以及有限元模拟。

2.1 焊接热输入特点

不同摆动方式下，焊接热输入特点也存在一定的区别，在分析这一元素的过程中，先要明确摆动焊接的具体路径，然后集合具体的公式进行计算，通过实际的计算结果来看，两种摆动方式下，焊接热输入有效利用率各不相同，存在较大差异，虽然锯齿形摆动方式的焊接热输入较高，但接头溶深却相对较低，可以说各具优缺，还需要结合实际情况进行一步的判断分析。

2.2 电弧热特点

在其他条件不变的情况下，想要进一步探讨分析电弧热特点，就要明确不同摆动方式传递的有效热量，根据弧柱区、阴极区、阳极区等方面的情况来看，锯齿形摆动方式，对流损失非常严重，弧柱热量辐射也大量损失，而三角形摆动方式则恰恰相反。这是因为在后者这种摆动方式下，焊缝根部溶深较大，因此热量的有效输入程度较高，热量辐射、对流等方面的损失也就相对较少。

2.3 焊接温度场模拟

通过这一模拟，可以具体判断焊缝溶深情况，以此选择最为科学的摆动方式，根据实际调查情况来看，锯齿形摆动方式下，侧壁温度最高温度为2204℃、焊缝根部最高温度为1537℃，三角形摆动方式下，侧壁温度最高温度为2027℃、焊缝根部最高温度为1947℃。由此可知，三角形摆动方式下，焊缝溶深更强，而且非常容易出现多峰想象，能够有效提高焊接质量。

2.4 有限元模拟

除了上述几个方面之外，还要利用有限元模拟来具体判断，在不同输入摆动方式下，接头的几何特点和溶深特点。从有限元模拟中得到的焊缝横断面情况来看，三角形摆动的焊缝表面成形只出现了细微凹陷，而锯齿形摆动方式下，凹陷的非常明显，因此可证，前者更适合多层多道的焊接工艺。

根据上述试验结果来看，三角形摆动方式焊接工艺可以显著提高立向角焊缝的熔深。通过其和传统中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺的对比分析结果来看，三角形摆动方式焊接工艺中，将接头根部熔深提高了3-5倍，侧壁熔深提高了25%-50%，焊脚尺寸增加了三分之一。从整体上看，工序得到了有效简化，从根本上降低了焊接效率，实现了自动化焊接[1]。

3 焊接工艺试验结果

通过上述试验内容，对中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺形成了全新的认识，由此可以看出，摆动方式是影响这一焊接工艺最为主要的因素。通过实际的试验过程可以发现，不同摆动方式下，焊接热输入也会发生一定的变化，且热输入有效利用率也存在一定的不同。由上可知，常见的摆动方式有两种，分别为：锯齿形摆动、三角形摆动，相比较而言，前者的焊接热输入要高于后者，但焊缝根部与侧壁熔深却相对较低。摆动方式还会对电弧热产生一定的影响，从当前情况来看，中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺过程中，如果采用锯齿形摆动方式，那么所留下的弧柱区较长，热量散失较严重，电弧的热输入有效利用率和焊縫熔深相对要小。相比较而言，三角形摆动方式下，弧柱区较短，热量散失较少，电弧的热输入有效利用率和焊缝熔深相对大。在实际发展过程中，还应用有限元模拟软件对摆动过程中的温度场进行分析，从事结果来看，三角形摆动方式下，焊缝熔深得到显著增强，尤其是在经过最高点温度及热输入多次循环作用后，焊接效果有效增强，因此，在进行中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺过程中，应该采用三角形摆动方式。

综上所述，在中厚板立向角焊缝机器人深熔焊接工艺开展过程中，想要有效提高焊接效率，降低经济成本，简化工艺程序，实现自动化焊接，就要采取科学的摆动方式。通过本文分析，不同的摆动方式下，机器人深熔焊接工艺会出现不同的变化，最为合理的摆动方式为三角形摆动，能够切实提高焊接效率和质量。

参考文献：

[1]杨启杰，黄斌，肖勇.中厚板角接头机器人焊接成形工艺研究[J].热加工工艺，2018（9）.