简介：摘 要：在焊接生产过程中经常会遇到变坡口角度焊接的问题，从而造成焊后变形过于复杂。本文提出利用弧焊机器人的方式，对变坡口角度进行焊接的一种方案，并且结合具体试验，对变坡口角度机器人焊接现状进行总结，对变坡口机器人焊接的保护气体、焊丝、坡口形状进行研究，并且对打底焊参数对成型的影响进行探讨，以期对于焊接变坡口角度焊接问题起到一定的指导性作用。 关键词：机器人；变坡口角度；焊接工艺；气体 1.变坡口角度机器人焊接现状 在制造行业中经常会遇到各种输油管道和其他管道之间进行焊接，其中有可能存在坡口角度变化的问题。这样的焊缝焊接如果是使用常规方式的难度较大，甚至是无法完成。当前大多为机械结构控制为基础的自动焊机，此焊机是通过机械凸轮仿形完成自动控制，但是其自动化程度不高，而且焊接的效果有待提高；具有选择机床靠模的仿型进行加工，缺点是设备灵活性有限；利用机器臂进行焊接，优点在于焊接灵活，缺点是工装配套使用过于复杂，实际焊接不便利。使用标准工业 6轴机器人，在对管道焊接进行处理时，通过机器人独特的示教技术及焊接专家系统的运用，结合机器人灵活的安装方式，可以高效、高质量的完成管管焊接时的特殊需求，变坡口的自动焊接问题。 2.变坡口机器人焊接 2.1选择焊接用保护气体 气体保护焊就是利用外加气体，其作用在于充当电弧介质，对电弧、融化金属进行保护。保护气体的作用有两点：一方面电弧介质，另外就是保护。电弧介质需要对电离、稳定电弧以及功率变换等进行综合考虑。保护功能是基于对空气与水分进行屏蔽的基础上，实现对焊缝和近焊缝区域进行保护，避免其收到侵蚀而出现冶金作用，提升接头的性能。 气体保护焊常使用的气体分为两种，包括单一气体和多元混合气体。前者包括氩、氦、二氧化碳、氧气以及氢气，同时辅助气体包括二氧化碳、氧气、氢气等。按照工业生产的具体需求，一些情况下有可能采用混合气体，通过高纯气体对混合气体进行配置，一般按照氩气 85%和二氧化碳 15%的配比原则，以保证气体纯度需求。对保护气体进行选择时综合考虑母材材质、焊件厚度、焊接方法。其中，母材金属处于电弧高温环境中，会和保护气体出现各种冶金反应；焊件厚度对于电弧功率的要求也不尽相同；焊接方法对于保护气体的选择在于以下方面，比如 TIG焊时不大适合采用氧化性气体，避免钨极遭受烧损，一般是选择惰性气体。以上均是对保护气体进行选择时采取的依据，此外还需对焊接质量、焊接生产率以及经济成本等因素进行综合考虑。 2.2选择焊丝 实芯焊丝是比较常见的焊丝类型，其是通过热轧线材进行拉拔加工形成。避免生锈，要采取焊丝表面处理方法，现阶段一般是选择镀铜的方法。焊接方法决定了焊丝直径。在埋弧焊过程中，因为电流比较大，一般是选择粗焊丝，焊丝的直径处于 2.4～ 6.4mm范围内；二氧化碳气体保护焊过程中为追求更佳的保护效果，一般是选择直径相对较细的焊丝，直径为 0.8～ 1.6mm范围内。 2.3选择坡口形状 对接焊缝的坡口形状多种多样，包括 U形、 V形、 K形以及 X形等。其中，坡口加工尺寸按照国标，或者是视具体情况而定。对接焊缝开坡口的最终目的是保证接头质量，并且符合经济性特点。坡口形式进行选择时主要考虑板材厚度、焊接方法以及相关工艺。也要对以下几个方面进行综合考虑。首先，焊接材料消耗量，如果焊接接头厚度一致，那么选择 X形坡口和 V形坡口相比较来说，焊接材料更省，而且电能消耗和工时消耗也较少；可焊到性实际上可以理解为构件能不能翻转，以及翻转的难度有多大难，针对无法直接翻转，以及内径不大的容器及轴类的对接焊缝，因为内侧施焊的难度较大，选择 V形或者是、 U形坡口。再次，坡口加工来说， V形和 X形坡口可以选择气割、等离子切割以及机械切削加工。然而， U形、双 U形坡口可以选择刨边机加工的方式。焊接变形选择不适当的坡口型式势必出现较大的焊接变形，坡口型式适宜，工艺科学合理，能够有效降低焊接变形量。 2.4打底焊参数对成型的影响 机器人打底焊单面焊双面成型的原理和手工打底焊比较类似。在实际焊接过程中比较容易产生未焊透或者是烧穿的现象。熔池将利用熔池中液体金属和熔池壁之间的产生的表面张力 Fa、熔池金属的重力 Gm以及电弧总吹力 P，和焊缝平面方面保持平衡，也就是（ 2L+B） σ=RLB H+Psinθ。针对焊接机器人焊接打底来说，对打底成型效果的工艺因素进行分析，包括焊接电流、焊速、装配间隙以及钝边等。 焊接电流产生的影响：如果焊接电流突然增大，则电弧的静态与动态电磁压力提升，造成电弧熔池总压力每日剧增；此外，电弧电功率也随之增加，电弧输入给到焊缝热功率也不高，熔池温度升高，因为熔池温度的提升，使得表面张力系数降低，熔池中液体金属和熔池壁面之间的表面张力 Fa下降。电弧率的提升，造成焊条熔化速度增加，使得单位时间内过渡到熔池的熔滴数量增加，熔池体积变大，背面焊缝成形甚至会出现焊瘤。如果焊接特别电流，会产生背面焊缝出现低于母材或未焊透的线下。 焊接速度会出现一定的影响：焊接速度是在单位时间之内实现完的缝长度。焊接速度太快，熔池温度较低，容易导致未焊透，有缺陷的地方便于观察。向熔池填充的液体金属增加，随着熔池体积的增大，重量也随之增加。熔池体积的增大，势必需要更长的燃弧时间，以及更多的熔池热输入量，这种情况下背面焊缝出现过低、产生未焊透的情况。 随着焊丝伸出长度增加，焊丝电阻会相应得增大，反之焊丝上将出现较大压降，焊接电源会利用降低电流进行补偿，造成焊丝熔化速率降低，而且电弧长度变短，从而使得焊缝变窄、变高，使得焊丝伸出指向性产生偏差，造成焊缝成形较差。 3.总结 为了促进焊接效率、改善工人工作环境的提升，自动化焊接已逐步占有市场，本文探讨的焊机器人变坡口角度焊接的方法，与原有手工焊接工艺相比，提高了焊接质量，焊缝成型美观，提高了劳动生产，同时具有极大的社会和经济效益。 参考文献： [1] 胥国祥 ,杜宝帅 ,董再胜 ,朱静 .厚板多层多道焊温度场的有限元分析 [J].焊接 学报 .2013(05). [2] 王天琪 ,李亮玉 ,岳建锋 ,何俊杰 .石油平台 T型导管架焊接机器人多层多道焊 路径规划 [J].上海交通大学学报 .2010(S1) . 个人简介：张洪超（ 1989-）男，黑龙江黑河人，龙工（上海）挖掘机制造有限公司工程师，主要从事挖掘机研发工作。

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