朱獻(xiàn)

1. 概述

在焊接領(lǐng)域，現(xiàn)大多大中型企業(yè)已逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化焊接，這給產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)能力帶來了進(jìn)一步的保障與提升。但是，機(jī)器人焊接全面使用的步伐仍然需要更成熟的技術(shù)要求及工藝水平才能得以前進(jìn)。小工件機(jī)器人焊接當(dāng)然也需要操作人員對(duì)焊接工藝有一個(gè)很好的認(rèn)識(shí)，才能在出現(xiàn)問題時(shí)能夠通過分析去解決問題。本文將通過焊接復(fù)雜工件逐步解析機(jī)器人焊接存在的問題及其解決措施。

2. 拐角位置難點(diǎn)分析

（1）拐角位置主要缺陷 咬邊、焊縫單邊、焊腳尺寸不足、焊縫成形不良等，如圖1、圖2所示。

（2）主要影響原因 焊接參數(shù)、焊槍角度、焊絲對(duì)準(zhǔn)位置、焊絲干伸長(zhǎng)和示教編程等。

（3）難點(diǎn)分析 選擇合適的焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，外四周及內(nèi)四周平角焊可以滿足評(píng)判要求。而在焊接焊縫拐角位置時(shí)，要求焊縫達(dá)到圓滑過渡，并保證機(jī)器人手臂不會(huì)碰到工件，編程時(shí)一般需建立三個(gè)步點(diǎn)（一般作為圓弧點(diǎn)）。如果編程的步點(diǎn)增加，機(jī)器人手臂擺動(dòng)的動(dòng)作就會(huì)增加，這樣焊接停頓時(shí)間變長(zhǎng)，將導(dǎo)致拐角處溫度相對(duì)集中，母材燒損情況變得嚴(yán)重，特別是拐角位置Ⅳ，故采用平角處的焊接參數(shù)將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重咬邊缺陷。因此，在焊接速度不變的情況下，電流過大，拐角處焊縫將出現(xiàn)焊腳過大，立板處咬邊、焊縫成形不良等缺陷；反之，電流過小，拐角處焊縫將出現(xiàn)焊腳過小、成形不良等缺陷。

（4）拐角位置咬邊缺陷產(chǎn)生原因及解決措施 第一，拐角位置咬邊缺陷產(chǎn)生原因：①焊絲過于指向立側(cè)板。②電弧長(zhǎng)度過長(zhǎng)（電壓過高）。③母材燒損嚴(yán)重。④在電流電壓等其他參數(shù)未變化時(shí)，焊接速度太慢。⑤編程過程中步點(diǎn)過多。

第二，拐角位置咬邊缺陷解決措施：編程時(shí)焊槍角度保持在45°~55°，且焊絲對(duì)準(zhǔn)底板，距離立板位置3~4mm處；焊絲干伸長(zhǎng)始終保持在10~12mm；選擇合理的焊接參數(shù)；在進(jìn)行拐角位置編程時(shí)盡量要求步點(diǎn)越少越好。

圖 1

圖 2

3. 機(jī)器人焊接產(chǎn)生的其他缺陷及解決措施

（1）焊縫單邊 以焊縫偏向底板為例（見圖3）。①焊槍角度（焊槍與立板間角度）太小。②焊絲指向立板側(cè)。③電流過大。④電壓過低。⑤焊絲指向過于朝向底板。⑥焊接速度過快。

解決措施：調(diào)整合適的焊槍角度，保持在45°~50°；焊絲應(yīng)指向焊縫處稍接近底板，距離立板3~4mm；減小焊接電流，加大電壓；電流電壓值不變的情況下，適當(dāng)降低焊接速度。

（2）焊腳尺寸不足 ①焊接速度過快。②焊接電流、電壓過小。③電弧長(zhǎng)度過短。④機(jī)器人手臂動(dòng)作不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致焊縫不圓滑過渡，如圖4所示。

解決措施：匹配適當(dāng)?shù)暮附铀俣?；適當(dāng)加大焊接電流及電弧長(zhǎng)度；編程過程中焊絲指向位置需一致。

（3）焊后產(chǎn)生變形 ①裝配點(diǎn)焊時(shí)，點(diǎn)焊未牢固。②使用焊接參數(shù)過大。如使用的焊接電流偏大。③焊接順序不規(guī)范。

解決措施：裝配工件時(shí)，點(diǎn)焊必須得牢固；選擇合適的焊接參數(shù)；采用合理的焊接順序。

4. 影響焊縫主要因素

除焊接參數(shù)影響焊縫以外，編程過程中的焊槍角度及焊絲干伸長(zhǎng)對(duì)焊縫的影響也是非常大的。前面提到焊接過程中焊槍角度需保持在45°~50°，焊絲干伸長(zhǎng)要求10~12mm，那么，以下將通過分析說明焊槍角度及焊絲干伸長(zhǎng)對(duì)焊縫的影響。

（1）焊槍角度對(duì)焊縫的影響（見圖5） ①當(dāng)焊槍的角度＞50°時(shí)，保護(hù)氣體將熔池吹向立板，導(dǎo)致立板熔池吸附的比底板多得多，使焊縫偏向立板，致使底板焊腳尺寸偏?。划?dāng)焊接電流偏大時(shí)，立板處也容易產(chǎn)生咬邊。②當(dāng)焊槍角度＜45°時(shí)，且焊絲對(duì)準(zhǔn)位置不變，焊接過程熔池集中流向底板，導(dǎo)致焊縫偏向底板，且焊縫成形較差，中間焊縫凸起，從而導(dǎo)致立板焊腳尺寸偏小。

（2）焊絲干伸長(zhǎng)對(duì)焊縫的影響 焊絲干伸長(zhǎng)是指從導(dǎo)電嘴部到工件的距離，當(dāng)干伸長(zhǎng)過長(zhǎng)時(shí)，氣體保護(hù)效果不佳，易產(chǎn)生氣孔，引弧性能差，電弧不穩(wěn)，飛濺加大，熔深變淺且焊縫成形變差；當(dāng)干伸長(zhǎng)過短時(shí)，噴嘴易被飛濺物堵塞，飛濺大，熔深變深，焊絲易于導(dǎo)電嘴粘連。當(dāng)焊接電流一定時(shí)，干伸長(zhǎng)增加，會(huì)使焊絲熔化速度增加，但電弧電壓下降，造成電流降低，電弧熱量減少，故焊絲干伸長(zhǎng)對(duì)焊縫的影響也是較大的。因此焊接時(shí)一般要求焊絲的干伸長(zhǎng)為

10~12mm。

5. 復(fù)雜工件焊接技術(shù)要求

（1）保護(hù)氣體 采用98% Ar +2%CO2混合氣體。

（2）焊材 焊絲F1.2mm，ER50－6(AWS ER70S－6)。

（3）試件 材質(zhì)Q235B，底板250mm×250 mm×12mm，立板1塊200mm×50mm× 12mm，3塊150mm×50mm ×12mm。

（4）機(jī)器人選擇 選用唐山松下TA1400—1+350 GL3/350GS4。（5）焊接位置 外四周全部平角焊；內(nèi)四周全部平角滿焊，要求焊腳K=6.5mm。

（6）外觀 評(píng)判要求如表1所示。

圖 3

圖 4

圖 5

圖 6

6. 復(fù)雜工件焊接工藝

（1）焊前準(zhǔn)備及打磨 焊前打磨機(jī)對(duì)試件焊接面進(jìn)行打磨，去除試件表面鐵銹及油污，將立板垂直邊打磨平整。

（2）試件裝配定位焊（見圖6） ①以底板為基礎(chǔ)畫中心十字線。以中心線為基礎(chǔ)，東西方向75mm畫對(duì)稱直線。南北方向86mm畫對(duì)稱直線。按I、II、III、Ⅳ順序依次將各試板裝配在直線以內(nèi)且試板外延在直線內(nèi)。②定位焊。按圖進(jìn)行定位，要求定位焊不宜過大，定位后鏟除四周飛濺。③依圖夾緊在焊接平臺(tái)夾具上，要求底板各角位置需夾緊。

（3）編程 掌握正確的編程方法及步驟是高效、精確完成編程工作的關(guān)鍵。對(duì)于簡(jiǎn)單的直線或圓弧焊接；只需選擇焊縫固定的幾個(gè)步點(diǎn)進(jìn)行編程，就可以完成焊接，而對(duì)于復(fù)雜工件焊接，需連續(xù)由直線及圓?。ü战翘幉捎脠A弧進(jìn)出編程）步點(diǎn)組成，需設(shè)置幾十個(gè)步點(diǎn)，且要求從頭到尾360o一次性進(jìn)行焊接，并進(jìn)行直線擺動(dòng)和圓弧擺動(dòng)。故在編程過程中需細(xì)致認(rèn)真，熟悉各個(gè)步點(diǎn)的轉(zhuǎn)換。

可參照以下的步驟進(jìn)行編程：①實(shí)踐中很難做到走一遍就得到完美的示教程序，初步示教后再進(jìn)行修改和微調(diào)。②正確選擇坐標(biāo)系：基本移動(dòng)采用直角坐標(biāo)系，接近或角度移動(dòng)采用工具（或絕對(duì)）坐標(biāo)系。③不做多余的空走點(diǎn)，如多余的待機(jī)點(diǎn)、接近點(diǎn)、焊接開始及結(jié)束點(diǎn)。④生成焊接點(diǎn)之后，焊槍后退設(shè)置接近點(diǎn)，為防止和夾具發(fā)生碰撞，應(yīng)精確地靠近工件。⑤熟悉使用點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作，掌握微動(dòng)調(diào)整。⑥固定焊絲干伸長(zhǎng)，及時(shí)觀察焊槍角度變化，增加編程準(zhǔn)確度。⑦示教編程完成后，進(jìn)行整個(gè)焊縫的預(yù)焊接。預(yù)焊接的過程中觀察各個(gè)步點(diǎn)的焊接參數(shù)是否進(jìn)行正確調(diào)整，并仔細(xì)觀察焊槍角度的變化。

（4）焊接 ①焊接前檢查試件周邊是否有阻礙物。②檢查氣體流量，焊絲是否滿足整個(gè)焊接，以及焊機(jī)設(shè)備各變量是否準(zhǔn)確。③擰緊導(dǎo)電嘴，先焊接外四角滿焊，待完成后，清理導(dǎo)電嘴焊渣，再進(jìn)行內(nèi)四角滿焊。焊接完成后，刷黑灰，鏟除飛濺。④焊接順序如圖7所示。

為節(jié)省編程時(shí)間，在編完外四周焊縫程序后，以外四周收弧點(diǎn)作為內(nèi)四周起弧點(diǎn)。外四周編程方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，則內(nèi)四周編程方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。

7. 焊接參數(shù)

各個(gè)工藝參數(shù)是相互影響的，也是相互匹配的，在適合的焊接參數(shù)內(nèi)變動(dòng)任何一個(gè)參數(shù)，將會(huì)影響整個(gè)焊縫的焊接，也會(huì)產(chǎn)生或多或少的缺陷，比如說合適的焊接電流、電壓及焊接速度可以焊接出符合標(biāo)準(zhǔn)的焊縫，如果改變了焊接角度或電弧長(zhǎng)度，將造成焊接電流、電壓值的改變。因此，在確定焊接角度及焊絲干伸長(zhǎng)的同時(shí)，再進(jìn)行焊接電流、電弧電壓及焊接速度等值的適當(dāng)調(diào)節(jié)。為達(dá)到此復(fù)雜工件焊腳K值為6.5mm，避免焊接缺陷的產(chǎn)生，通過試驗(yàn)，才能得出合適的焊接參數(shù)，具體參數(shù)如表2所示。

圖 7

表1 外觀評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

表2 焊接參數(shù)

8. 結(jié)語

通過分析機(jī)器人焊接產(chǎn)生的缺陷及其解決措施，采取合理的焊接參數(shù)，使拐角位置的缺陷問題得以解決，整個(gè)焊縫外觀能達(dá)到要求。整個(gè)復(fù)雜工件的焊接從編程到焊接結(jié)束，規(guī)定時(shí)間40min。2012年參加了北京“嘉克杯”國(guó)際焊接大賽中，進(jìn)行了機(jī)器人碳鋼工件及不銹鋼工件的焊接，賽前經(jīng)過不斷的練習(xí)及總結(jié)，最終榮獲機(jī)器人組第一名的成績(jī)。