中厚板T 形接头机器人焊接工艺研究与应用

2019-11-22冶维财

冶金与材料 2019年5期

关键词：熔深中厚板电弧

冶维财

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃嘉峪关 735100）

1 焊接工艺研究

1.1 焊接工艺设备

本次研究内容所使用到的主要设备：FANUC M-10iA 型号机器人：在焊接行业中，主要应用在搬运、码垛、弧焊、点焊等方面，最大负重7～12 kg，最大动作范围1.42 m，具有较高的生产能力，可在高密度、狭窄的空间内进行生产活动。

POWER WAVE 455M 型号焊机：其适用焊接方法有MAG 焊、TIG 焊、MIG 焊、脉冲电弧焊、STT 焊等等，最大的优势在于通过波形控制技术选择最合适的波形，焊接波形模式数量超过60 种以上，所以在应用范围上比较广，满足各种焊接作业的要求。

1.2 中厚板T 形接头试件

试件为尺寸为250*100*20 mm 的Q235 钢板两块，焊前对底板表面和立板端面20 mm 范围内进行打磨清理，清除铁锈、油污等，直至露出金属光泽；装配时立板和底板之间必须要实现无间隙，定位焊时采用与正式焊缝相同的焊接方法先在试件两端点固，然后在焊缝背面位置进行加固焊接，长度不超过15 mm。焊接完成后焊缝必须要满足焊脚尺寸为10 mm，表面无裂纹、未融合、无咬边、无气孔，且表面平整光滑［2］。

1.3 焊接工艺参数

为了保证根部焊接质量，达到熔深要求，采用两层两道自下而上焊。

1.4 焊接过程及注意事项

焊接时首先在工作平台上将准备好的试件进行装夹固定；其次打开机器人控制柜及焊机，检查设备是否能够正常运转［3］。为保证作业人员及设备安全，选择安全模式进行示教编程，同时在示教前规划好机器人的运动轨迹，在示教安全点可以适当加大运动速度，在示教焊接点时务必减小运动速度，在小速度下，精确示教焊接起弧点、中间过渡点及熄弧点使焊丝刚好接触试件。编程完成后进行设定工艺参数，在正式焊接前先试运行焊接程序，检查焊接轨迹及摆动参数是否合理，检查无误后为提高焊接效率，选择自动模式进行焊接。

2 机器人焊接在中厚板T 形接头中的应用

机器人焊接在中厚板T 形接头中的应用主要体现在工程机械、矿山机械、造船、航空航天、桥梁、铁路车辆、煤炭机械、建筑钢结构、风电等领域。比如在工程机械领域中装载机的动臂、动臂横梁、前后车架、铲斗；挖掘机的主平台、邮箱、动臂、斗杆、履带梁、挖斗；推土机的后桥箱、平衡梁、台车架；泵车的臂架、料斗、回转台、支撑台；汽车起重机的回转台等都涉及到中厚板的T型接头焊接。

3 焊接摆动停留时间与摆动频率对焊缝质量的影响

焊接机器人在焊接过程中，焊接机器人的摆动参数直接影响着焊接质量。在中厚板T 形焊接过程中，由于摆动频率、摆幅、左右停留时间以及熔滴自重直接影响到焊缝的形成［5］。根据液体流动和热量传输的原理，通过研究不同的振幅点的停留时间和频率发现适当减少振幅点的停留时间或者加快频率，可以有效减少铁液的量，促使焊缝更加圆滑，解决了焊缝凸起的问题，大大提高了焊缝的质量。

表1

4 焊接机器人焊接电流、电压、速度对焊缝质量的影响

焊接电流、焊接速度是决定焊缝尺寸的主要能量参数，参数的大小对焊接质量和焊接生产率的影响很大。焊接电流主要影响焊缝熔深，电流过小，电弧不稳定，熔深小，易造成未焊透和夹渣等缺陷，而且生产率低；电流过大，则焊缝容易产生咬边和烧穿等缺陷，同时引起飞溅。因此，焊接电流必须选得适当。为保证焊接效率，一般情况下，在保证焊接质量的前提下尽可能采用较大焊接电流。电弧电压主要影响熔宽。在一般情况下，电弧电压增加，熔宽增大，熔深和余高减小，焊趾处容易出现咬边；同时使弧长变长，造成焊枪喷嘴到试件的距离增加，气体保护效果变差，易产生气孔。电弧电压减小，则电弧太短，焊丝容易伸入熔池，使电弧不稳定，焊缝易造成熔合不良。在电流电压不变的情况下，焊接速度增加，焊缝熔深、熔宽、余高都会相应的减小，焊道易成为凸形，甚至为驼峰焊道，在焊趾处易产生咬边，焊接速度减小，易产生焊瘤等缺陷。因此在保证质量的前提下，为了获得最大的焊接速度，采用较大的焊丝直径和焊接电流。