張民 吳月 王彩鳳

1. 概述

焊接機(jī)器人是從事焊接的工業(yè)機(jī)器人，是一種多用途的、可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)。使用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定和提高焊接質(zhì)量；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；改善了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了對(duì)工人操作技術(shù)的要求；縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期。后橋箱為推土機(jī)上的一個(gè)大型結(jié)構(gòu)件，后橋箱上連接小腿與殼體的兩條焊縫就采用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，在機(jī)器人焊接時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)熔池流淌的現(xiàn)象，引起焊瘤的產(chǎn)生（見(jiàn)圖1），人工焊補(bǔ)工作量大，同時(shí)產(chǎn)生大量的修磨工作量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如何簡(jiǎn)單有效的避免焊瘤的產(chǎn)生成為該工序的一個(gè)困擾。

2. 原因調(diào)查

后橋箱小腿的組對(duì)焊接工藝流程：將待組對(duì)后橋箱采用工裝進(jìn)行組對(duì)→調(diào)節(jié)尺寸→點(diǎn)固→打底焊→機(jī)器人焊接→人工焊補(bǔ)→修磨。如圖2所示，該處焊縫連接后橋箱小腿與內(nèi)殼體，坡口較大，機(jī)器人在焊接時(shí)為防止熔池流淌，通常僅焊接中間的一小段，留下兩側(cè)較長(zhǎng)部分由人工進(jìn)行焊補(bǔ)，機(jī)器人焊接后的焊縫如圖3所示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2014年1～3月SD16小腿焊縫焊接時(shí)焊瘤發(fā)生數(shù)量及修磨前的合格率如附表所示。經(jīng)計(jì)算，前3個(gè)月的合格率均值僅為57.7%，與工廠(chǎng)設(shè)定的合格率目標(biāo)87%相距甚遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響了該處焊縫質(zhì)量。

由于焊縫直通，在機(jī)器人焊接和人工焊補(bǔ)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因熔池流淌而形成焊瘤；由于焊縫寬，人工補(bǔ)焊困難，所以既浪費(fèi)焊絲，也為后續(xù)的修磨工序增加了工作量。經(jīng)分析，焊縫通透無(wú)擋邊，焊接機(jī)器人及人工焊補(bǔ)困難，容易導(dǎo)致流淌產(chǎn)生焊瘤。

3. 試驗(yàn)

（1）方案一 對(duì)該處焊縫采用外加輔助陶瓷擋塊的方法，對(duì)焊縫兩頭遮擋可避免熔池流淌。

圖1 后橋箱上產(chǎn)生焊瘤的焊縫

圖2 焊縫結(jié)構(gòu)

圖3 機(jī)器人焊接后焊縫

焊縫修磨前合格率統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)述：首先采用強(qiáng)力膠刷于擋塊的一側(cè)，焊接前粘于該處焊縫的一側(cè)（見(jiàn)圖4），機(jī)器人焊接時(shí)將起始端移至焊縫兩頭焊接（見(jiàn)圖5），焊接完成后去除擋塊，效果如圖6所示。

效果驗(yàn)證：通過(guò)本次試驗(yàn)，焊縫焊接的有效長(zhǎng)度得到了延長(zhǎng)，由于擋塊的遮擋，避免了熔池流淌導(dǎo)致焊瘤的產(chǎn)生。雖然利用擋塊在避免焊瘤方面取得了一定成效，但是焊接陶瓷塊采用膠粘貼，在焊接過(guò)程中由于受熱等原因出現(xiàn)了脫落，且每個(gè)陶瓷擋塊只能使用一次，會(huì)產(chǎn)生較多的新增成本，綜合考慮，采用不易脫落及成本較低的方法較適宜。

（2）方案二 該處焊縫為半V形，一側(cè)為內(nèi)殼體，另一側(cè)為小腿下蓋板（平板）所開(kāi)的坡口（見(jiàn)圖7），兩者對(duì)接而成。內(nèi)殼體為鑄件，不方便改動(dòng)，下蓋板為板材，坡口由坡口機(jī)器人切割而成，因此可以從下蓋板的坡口形式進(jìn)行改善。

我們?cè)O(shè)想小腿蓋板開(kāi)坡口時(shí)在兩側(cè)各留一個(gè)5mm側(cè)邊（見(jiàn)圖8），這樣在機(jī)器人焊接可以焊接至兩端，避免熔池中鐵液流淌導(dǎo)致焊瘤產(chǎn)生。若采用本方案，下蓋板坡口只需改變形式，不會(huì)產(chǎn)生新增加費(fèi)用。另外，由于組對(duì)尺寸并不發(fā)生變化，工裝無(wú)需調(diào)整，所以不會(huì)產(chǎn)生新增工裝費(fèi)用，因此總體費(fèi)用不會(huì)增加。針對(duì)該處坡口形式改進(jìn)的建議，進(jìn)行聯(lián)合討論后，認(rèn)為該方案可行，對(duì)小腿蓋板進(jìn)行了切換（見(jiàn)圖9），并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

試驗(yàn)過(guò)程如下：

將切換后的小腿蓋板采用工裝進(jìn)行組對(duì)，經(jīng)驗(yàn)證組對(duì)效果良好，工裝無(wú)需調(diào)整。機(jī)器人焊接過(guò)程中，可以把焊接起點(diǎn)（見(jiàn)圖10）及終點(diǎn)定在坡口兩端的擋板位置，這樣可增加機(jī)器人的可焊接長(zhǎng)度，如圖11所示。

改進(jìn)后的坡口有效地避免了焊接熔池中鐵液的流淌，杜絕了焊瘤的產(chǎn)生，節(jié)省了修磨工序工作量；每條焊縫機(jī)器人的可焊長(zhǎng)度從80mm增加到150mm，降低了人工焊補(bǔ)的工作量和焊接難度；同時(shí)焊縫外觀(guān)和內(nèi)部質(zhì)量都得到了提高。

4. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用本方法使該處焊縫的焊接機(jī)器人的可焊長(zhǎng)度大大延長(zhǎng)，同時(shí)由于避免了熔池中鐵液流淌，杜絕了焊瘤的產(chǎn)生。經(jīng)2014年4～5月份統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)后該處后橋箱小腿下蓋板焊縫焊接時(shí)焊瘤發(fā)生數(shù)量為0，合格率達(dá)到了100%，同時(shí)該處焊縫的外觀(guān)和內(nèi)部質(zhì)量都得到了大大的提高。實(shí)踐證明，該經(jīng)驗(yàn)可推廣到類(lèi)似焊縫的機(jī)器人焊接中。

圖4 粘貼陶瓷擋塊

圖5 焊接

圖6 去除擋塊

圖7 小腿下蓋板坡口形式

圖8 坡口改變形式

圖9 切換后的小腿蓋板坡口

圖10 機(jī)器人焊接起始點(diǎn)

圖11 機(jī)器人焊接效果