孟飛，徐安兵，何冬，沈文圣

中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇南京 210031

1 序言

焊接機(jī)器人是一種高度自動(dòng)化的焊接設(shè)備，用機(jī)器人代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是提高焊接質(zhì)量、降低成本、改善工作環(huán)境的重要手段。機(jī)器人焊接作為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志己被國(guó)內(nèi)許多工廠所接受，并且越來(lái)越多的企業(yè)首選焊接機(jī)器人作為技術(shù)改造的方案[1，2]。此外，機(jī)器人焊接在密閉容器組合件焊接方面仍有較好的發(fā)展前景。本文以某組合件自動(dòng)焊工藝分析為切入點(diǎn)，使用焊接機(jī)器人進(jìn)行編程和焊接，通過(guò)對(duì)焊接參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，對(duì)編程方法的改善和探究，達(dá)到密閉組合件自動(dòng)焊焊接缺陷少、焊縫成形好、容器氣密性優(yōu)的目的。

2 工藝特性

2.1 組合件結(jié)構(gòu)

該密閉組合件由11個(gè)板材及圓管部件組成，厚3mm薄板7塊，厚6mm板材1塊，圓管3根，涉及薄板角接（PB）、對(duì)接（PA），管板及管管焊接（水平全位置），采用材質(zhì)為Q235板材和管材，其屈服強(qiáng)度為235MPa，結(jié)構(gòu)如圖1所示。Q235管板化學(xué)成分見(jiàn)表1。

圖1 碳素鋼薄板密閉容器結(jié)構(gòu)

表1 Q235管板化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.2 焊接工藝

（1）焊接設(shè)備 采用上海歡顏機(jī)器人（型號(hào)HY1006A-144），電源品牌為麥格米特（型號(hào)Artsen PLUS550）。該焊接機(jī)器人有6個(gè)自由度：X、Y、Z、A、B、C；4個(gè)坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系、用戶坐標(biāo)系[1]。編程時(shí)要熟悉機(jī)器人的行走軌跡，選擇合理的坐標(biāo)系，以達(dá)到高效率完成編程和焊接的目的。

（2）填充材料 選用的填充材料為AWS ER70-6、φ1.0mm焊絲。此種焊絲適用于CO2氣體保護(hù)焊焊接低碳鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu)，如船舶、機(jī)車車輛、集裝箱、工程機(jī)械、壓力容器等，特點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、飛濺較小、熔敷效率高及抗氣孔性能好，并適用于各種位置的焊接。焊絲化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（3）焊接方法 采用熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG），保護(hù)氣體選用80%Ar+20%CO2的混合氣體，該混合氣體有助于穩(wěn)定電弧，減少焊接飛濺，使焊縫成形美觀。

2.3 編程與焊接

（1）編程方法 密閉容器由若干個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)行點(diǎn)、直線焊接點(diǎn)、圓弧焊接點(diǎn)、直線擺動(dòng)焊接點(diǎn)及圓弧擺動(dòng)焊接點(diǎn)組成。編程前先確定機(jī)械手程序點(diǎn)1，然后找到合適的焊接位置進(jìn)行編輯，現(xiàn)以圖2所示焊接工件為例，說(shuō)明編程的步驟。

圖2 焊接工件

基本程序如下：

1）MOVJ VJ=50.0% PL=5 快速移動(dòng)到程序點(diǎn)1，待機(jī)點(diǎn)（HOME點(diǎn)）。

2）MOVJ VJ=50.0% PL=5 快速移動(dòng)到程序點(diǎn)2，焊接準(zhǔn)備點(diǎn)。

3）MOVL VL=200 MM/S PL=0 移動(dòng)到程序點(diǎn)3，焊接開(kāi)始點(diǎn)（ARCSTART#1 調(diào)用1號(hào)焊接參數(shù)，起弧，WEAVESINE #1 調(diào)用1號(hào)擺動(dòng)參數(shù)）。MOVL VL=50MM/S PL=0 走焊接軌跡。

4）直線移動(dòng)到程序點(diǎn)4，焊接結(jié)束點(diǎn)（WEAVEEND 擺動(dòng)結(jié)束 ARCEND #1 1 號(hào)焊接工藝結(jié)束）。

5）MOVJ VJ=50.0% PL=3 快速移動(dòng)到程序點(diǎn) 5，安全點(diǎn)，而后又回到程序點(diǎn)1。

此外，機(jī)器人焊接過(guò)程中有兩個(gè)角度（一個(gè)行走角度，一個(gè)焊接角度），配合好才能實(shí)現(xiàn)全位置焊接。密閉箱體整個(gè)焊接過(guò)程都是用魚鱗焊焊接方法，與以往的連弧焊有所不同，魚鱗焊方法具有飛濺小、成形美觀、不容易咬邊及參數(shù)適用范圍大等特點(diǎn)[1]。記住參數(shù)序號(hào)，根據(jù)組合件焊接順序（先焊接箱體圓管后焊接箱體），按順序調(diào)用參數(shù)號(hào)，從而達(dá)到焊接效果。

（2）箱體圓管焊接 箱體圓管是由大圓管、圓墊片、小圓管各一個(gè)組成的焊接件，如圖3所示。

圖3 箱體圓管焊接件

焊接順序：焊接中間大圓管與圓墊片→焊接大圓與立板→焊接墊片與小圓管。通過(guò)反復(fù)調(diào)試，得出如下圓管焊接經(jīng)驗(yàn)。

1）以水平固定的圓管最高點(diǎn)作為起始點(diǎn)，采用圓弧法程序編輯方法[3]形成一個(gè)完整的圓，該圓形焊縫先下坡、后上坡焊接。

2）焊接時(shí)需要考慮到焊接順序，在焊接過(guò)程中3個(gè)圓管之間設(shè)置空間公共點(diǎn)，每編輯一個(gè)圓后回到公共點(diǎn)，再進(jìn)行編輯，以免出現(xiàn)限位。

3）焊接小圓管需要物理降溫，用濕布蓋住3個(gè)圓管進(jìn)行快速降溫，或者設(shè)置暫停點(diǎn)PAUSE，等待一段時(shí)間后再焊接，使3個(gè)圓管焊縫魚鱗紋顏色一致，成形美觀。

（3）箱體立焊縫焊接 待圓管焊縫焊完后，將機(jī)器人移動(dòng)到HOME點(diǎn)，并將焊槍向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)180°，以最近點(diǎn)的立焊縫開(kāi)始編輯，圍繞箱體依次編輯6道立向下角焊縫（見(jiàn)圖4）。立焊縫由4個(gè)點(diǎn)組成，起始點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)、變槍點(diǎn)（指焊槍在移動(dòng)到下一點(diǎn)時(shí)與前一點(diǎn)發(fā)生角度上的變化）及收弧點(diǎn)。這6道立向下角焊縫中5道是角接形式，還有一道是T形接頭[4]，按順序調(diào)用面板參數(shù)，立焊縫成形如圖5所示。

圖4 箱體立向下角焊縫

圖5 立焊縫成形

（4）編程要點(diǎn) 主要包括以下幾方面。

1）注意程序的完整性，缺一不可，空間點(diǎn)位與焊接點(diǎn)位連接需平滑。

2）機(jī)器人大臂和小臂的行動(dòng)距離要匹配，否則容易影響機(jī)器人的TCP（即工具中心點(diǎn)），從而降低焊接精度。

3）編程之前應(yīng)先確定工件在工作臺(tái)上的擺放位置，然后再進(jìn)行夾緊，且編程空間點(diǎn)（MOVJ）和焊接點(diǎn)（MOVL）要準(zhǔn)確區(qū)分。

4）注意焊接參數(shù)的選擇，并按制定的順序調(diào)用程序。

5）由于立板焊接容易出現(xiàn)跳絲現(xiàn)象，造成起弧處缺少填充金屬，所以起始點(diǎn)的焊槍角度最好與焊縫垂直。

6）收弧點(diǎn)作為一段向下立焊的結(jié)束點(diǎn)，其焊絲最低點(diǎn)需向坡口外延1～2mm，起到填滿、堆起焊縫的作用，防止底角處金屬液泄漏。

7）焊接銳角時(shí)焊槍行走角度較大，用MOVEC圓弧點(diǎn)進(jìn)行焊接編輯，保持圓弧中間點(diǎn)垂直于焊縫，相互間距3～4mm。

8）上蓋板編輯點(diǎn)位時(shí)焊絲指向焊縫根部，由于上蓋板坡口小，需要的填充金屬少，因此選用小的焊接電流、電弧電壓[5]。為了穩(wěn)定焊接電流、電弧電壓，干伸長(zhǎng)小一點(diǎn)，控制為10～12mm。

9）在直線焊接時(shí)，焊槍角度約為50°，行走角度約為85°推焊，使焊縫外形美觀。

10）焊接電流、電弧電壓較大時(shí)電弧相對(duì)穩(wěn)定，但飛濺較大，因此增加干伸長(zhǎng)至12～15mm，可以減少噴嘴里的飛濺，防止堵塞噴嘴而導(dǎo)致送氣不暢，出現(xiàn)氣孔。

通過(guò)以上焊接及編程要點(diǎn)的施行，可達(dá)到理想的密閉組合件焊縫。采用焊縫檢查尺對(duì)焊縫進(jìn)行尺寸檢查，結(jié)果滿足工藝要求，并對(duì)組合件焊縫部位進(jìn)行磁粉檢測(cè)，結(jié)果表明焊縫質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用全自動(dòng)機(jī)器人焊接小型密閉容器組合焊接件，通過(guò)結(jié)合創(chuàng)新的編程技術(shù)、適宜的焊接參數(shù)和焊接技巧，解決了管板環(huán)焊縫成形差、立板焊接送絲易頓挫而填充量不足、自動(dòng)焊過(guò)程焊槍角度和擺動(dòng)幅度配合難，以及小型密閉箱體焊縫底角處金屬液泄漏等技術(shù)難點(diǎn)，最終得到了焊縫成形美觀、飛濺少、焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)、氣密性好的密閉組合焊接件。此方案可有效適用于焊接類似復(fù)雜、全位置焊接的小型密閉容器組合件，并可進(jìn)一步推動(dòng)全自動(dòng)焊接方案在密閉容器組合焊接件上的生產(chǎn)應(yīng)用。