中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝研究

韓憲

摘 要：傳統(tǒng)中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝在實(shí)際焊接過(guò)程中，成本較高，焊接工序較多，自動(dòng)化程度也相對(duì)較低，嚴(yán)重影響了整體焊接效率。因此，本文針對(duì)中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝進(jìn)行研究，在簡(jiǎn)單了解影響這一焊接工藝的具體因素后，有針對(duì)性的提出全新的焊接工藝，以供參考。

關(guān)鍵詞：中厚板;立向角;焊縫機(jī)器人;深熔焊接工藝

中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝是一種非常常見(jiàn)的工藝技術(shù)，但在實(shí)際焊接過(guò)程中也非常容易出現(xiàn)凸起、咬邊、脫節(jié)等缺陷。想要有效解決這些問(wèn)題，就要進(jìn)行機(jī)器人深熔焊接工藝試驗(yàn)，明確擺動(dòng)方式對(duì)立向角焊縫深熔焊接工藝帶來(lái)的影響，從而合理選擇擺動(dòng)方式，正確設(shè)計(jì)焊接工藝流程，提高焊接質(zhì)量。

1 焊接工藝試驗(yàn)準(zhǔn)備

本文選擇的中厚板分別為：300mm×150mm×8mm以及300mm×100mm×8mm兩種，采取點(diǎn)焊定位的方式完成。從過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，影響中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝的因素中最為關(guān)鍵的就是擺動(dòng)方式。常見(jiàn)的擺動(dòng)方式包括：鋸齒形擺動(dòng)、三角形擺動(dòng)、梯形擺動(dòng)以及蝶形擺動(dòng)，考慮到本文研究重點(diǎn)在于中厚板且不開(kāi)坡口，因此，主要對(duì)鋸齒形擺動(dòng)和三角形擺動(dòng)這兩種擺動(dòng)方式進(jìn)行研究，深入探討擺動(dòng)方式對(duì)立向角焊縫深熔焊接工藝帶來(lái)的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了形成對(duì)比，每種擺動(dòng)方式各安排了兩組不同的焊接參數(shù)，以此形成對(duì)比，需要設(shè)計(jì)焊接電流、焊接電壓、焊接速度、側(cè)邊停留時(shí)間。

2 焊接工藝試驗(yàn)分析

為了更好的驗(yàn)證中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝，從四個(gè)方面展開(kāi)了試驗(yàn)分析，分別為：焊接熱輸入特點(diǎn)、電弧熱特點(diǎn)、焊接溫度場(chǎng)模擬以及有限元模擬。

2.1 焊接熱輸入特點(diǎn)

不同擺動(dòng)方式下，焊接熱輸入特點(diǎn)也存在一定的區(qū)別，在分析這一元素的過(guò)程中，先要明確擺動(dòng)焊接的具體路徑，然后集合具體的公式進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)實(shí)際的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，兩種擺動(dòng)方式下，焊接熱輸入有效利用率各不相同，存在較大差異，雖然鋸齒形擺動(dòng)方式的焊接熱輸入較高，但接頭溶深卻相對(duì)較低，可以說(shuō)各具優(yōu)缺，還需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行一步的判斷分析。

2.2 電弧熱特點(diǎn)

在其他條件不變的情況下，想要進(jìn)一步探討分析電弧熱特點(diǎn)，就要明確不同擺動(dòng)方式傳遞的有效熱量，根據(jù)弧柱區(qū)、陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)等方面的情況來(lái)看，鋸齒形擺動(dòng)方式，對(duì)流損失非常嚴(yán)重，弧柱熱量輻射也大量損失，而三角形擺動(dòng)方式則恰恰相反。這是因?yàn)樵诤笳哌@種擺動(dòng)方式下，焊縫根部溶深較大，因此熱量的有效輸入程度較高，熱量輻射、對(duì)流等方面的損失也就相對(duì)較少。

2.3 焊接溫度場(chǎng)模擬

通過(guò)這一模擬，可以具體判斷焊縫溶深情況，以此選擇最為科學(xué)的擺動(dòng)方式，根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況來(lái)看，鋸齒形擺動(dòng)方式下，側(cè)壁溫度最高溫度為2204℃、焊縫根部最高溫度為1537℃，三角形擺動(dòng)方式下，側(cè)壁溫度最高溫度為2027℃、焊縫根部最高溫度為1947℃。由此可知，三角形擺動(dòng)方式下，焊縫溶深更強(qiáng)，而且非常容易出現(xiàn)多峰想象，能夠有效提高焊接質(zhì)量。

2.4 有限元模擬

除了上述幾個(gè)方面之外，還要利用有限元模擬來(lái)具體判斷，在不同輸入擺動(dòng)方式下，接頭的幾何特點(diǎn)和溶深特點(diǎn)。從有限元模擬中得到的焊縫橫斷面情況來(lái)看，三角形擺動(dòng)的焊縫表面成形只出現(xiàn)了細(xì)微凹陷，而鋸齒形擺動(dòng)方式下，凹陷的非常明顯，因此可證，前者更適合多層多道的焊接工藝。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，三角形擺動(dòng)方式焊接工藝可以顯著提高立向角焊縫的熔深。通過(guò)其和傳統(tǒng)中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝的對(duì)比分析結(jié)果來(lái)看，三角形擺動(dòng)方式焊接工藝中，將接頭根部熔深提高了3-5倍，側(cè)壁熔深提高了25%-50%，焊腳尺寸增加了三分之一。從整體上看，工序得到了有效簡(jiǎn)化，從根本上降低了焊接效率，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接[1]。

3 焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述試驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝形成了全新的認(rèn)識(shí)，由此可以看出，擺動(dòng)方式是影響這一焊接工藝最為主要的因素。通過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，不同擺動(dòng)方式下，焊接熱輸入也會(huì)發(fā)生一定的變化，且熱輸入有效利用率也存在一定的不同。由上可知，常見(jiàn)的擺動(dòng)方式有兩種，分別為：鋸齒形擺動(dòng)、三角形擺動(dòng)，相比較而言，前者的焊接熱輸入要高于后者，但焊縫根部與側(cè)壁熔深卻相對(duì)較低。擺動(dòng)方式還會(huì)對(duì)電弧熱產(chǎn)生一定的影響，從當(dāng)前情況來(lái)看，中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝過(guò)程中，如果采用鋸齒形擺動(dòng)方式，那么所留下的弧柱區(qū)較長(zhǎng)，熱量散失較嚴(yán)重，電弧的熱輸入有效利用率和焊縫熔深相對(duì)要小。相比較而言，三角形擺動(dòng)方式下，弧柱區(qū)較短，熱量散失較少，電弧的熱輸入有效利用率和焊縫熔深相對(duì)大。在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，還應(yīng)用有限元模擬軟件對(duì)擺動(dòng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，從事結(jié)果來(lái)看，三角形擺動(dòng)方式下，焊縫熔深得到顯著增強(qiáng)，尤其是在經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)溫度及熱輸入多次循環(huán)作用后，焊接效果有效增強(qiáng)，因此，在進(jìn)行中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝過(guò)程中，應(yīng)該采用三角形擺動(dòng)方式。

綜上所述，在中厚板立向角焊縫機(jī)器人深熔焊接工藝開(kāi)展過(guò)程中，想要有效提高焊接效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，簡(jiǎn)化工藝程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，就要采取科學(xué)的擺動(dòng)方式。通過(guò)本文分析，不同的擺動(dòng)方式下，機(jī)器人深熔焊接工藝會(huì)出現(xiàn)不同的變化，最為合理的擺動(dòng)方式為三角形擺動(dòng)，能夠切實(shí)提高焊接效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊啟杰，黃斌，肖勇.中厚板角接頭機(jī)器人焊接成形工藝研究[J].熱加工工藝，2018（9）.