小型密閉容器組合件焊接機器人焊接工藝探討

沈文圣 孟飛 侯其兵 陳紅紅

摘 要：本文針對松下焊接機器人焊接小型密閉容器組合件的編程方法、焊接工藝、焊接規(guī)范、等進行論述。根據(jù)小型密閉容器組合件的全位置焊接特點提出了相應的編程方法和焊接工藝措施。經過多次的實驗證明，該編程方法和焊接工藝是合理的。

關鍵詞：編程方法;焊接工藝;機器人焊接

0 緒論

2016年第北京“嘉克杯”第四屆國際焊接技能大賽根據(jù)不同焊接方法，設立六個單項的比賽，其中一項是機器人焊接，要求參賽選手操作松下焊接機器人根據(jù)小型密閉容器組合件的技術要求和焊接特點進行編程和焊接，由于組合件是密閉容器，除了進行外觀檢測還增加了水壓試驗。難度系數(shù)較大。這就需要選手既要熟練掌握焊接機器人的編程，又要有一個較好的焊接技能操作水平。對焊接工藝參數(shù)進行及時調整和優(yōu)化，為了能夠得到良好的焊接質量，達到大賽規(guī)定的評定標準，通過多次的試驗練習，選擇合理焊接機器人的編程方法，優(yōu)化焊接工藝，基本能夠做到消除缺陷，達到理想的焊接效果。

1 密閉容器組合件的介紹

密閉容器組合件如圖1所示，由10塊不同形狀的板件和管件組焊而成，接頭形式多樣， 空間位置復雜。

2 焊接工藝

2.1 焊接設備的選擇

選用松下TM-1400焊接機器人，此焊接機器人電源體積小、編程語言漢化率高、參數(shù)控制精度高、對點精度高等等，易于實現(xiàn)焊接過程的控制，在性能上具有很大的潛在優(yōu)勢。

2.2 焊接材料

Q235板材和管材，其最小屈服強度在235MPa左右，并會隨著材質的厚度的增加而使其屈服值減小。由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。

2.3 填充材料的選擇

選用φ1.2，ER50—6焊絲，此種焊絲適用于焊接低碳鋼和低合金鋼結構的CO2氣保焊，如船舶、機車車輛、集裝箱、工程機械、壓力容器等的焊接。特點是電弧穩(wěn)定、飛濺較小、熔敷效率高，抗氣孔性能好，適用各種位置的焊接。

2.4 保護氣體的選擇

為了保證操作焊縫的美觀和焊接質量，常選用Ar（80%）+CO2（20%）的混合氣體，焊接效果比CO2氣體好很多，焊縫比CO2焊接顏色白，焊接時比CO2飛濺小，焊縫成形比CO2美觀，有助于穩(wěn)定電弧，減少焊接飛濺。

3 焊前準備及焊接參數(shù)選擇

3.1 試件的清理組對

試件裝配前應將試件接觸面兩側（10～20）mm范圍內的油污、銹跡及其他污物打磨干凈，直至露出金屬光澤。試件的組裝與定位如圖2所示 （點焊方法：鎢極氬弧焊TIG 焊）。

3.2 焊接工藝參數(shù)見圖表

4 編程與焊接

整個組合件由若干個空間運行點和焊接點組成，空間點（MOVEP）、直線焊接點（MOVEL）、圓弧焊接點（MOVEC）以及起弧參數(shù)和收弧參數(shù)。編程之前首先要對機器人焊槍進行TPC校驗，校驗完成后機器人才能進行編程和焊接。

4.1 對接焊縫

由于工件的局限性，板材較薄工件較小。所以先焊對接焊縫是為了減少工件的變形量，在對接焊縫的編程過程中由于在焊縫中間增加了拱形障礙塊決定從對接的兩頭起弧焊向中間收弧，這樣做的目的是為了降低從中間起弧而引起的未熔合缺陷 。編程時使用工具坐標將焊槍的角度從起弧點80°開始逐漸減小到60°這樣是為了方便機器人焊槍從障礙塊下方穿過。最后收弧的參數(shù)也要減小防止由于焊縫過熱而燒穿。

4.2 圓管焊縫

圓弧的焊接相比較手工焊來說機器人確實簡單，可是這個工件的圓管是斜的（如圖所示）這就要對機器人在空間坐標系內構建圓弧而不是平面坐標系。所以機器人焊槍在焊接位置的圓弧點就必須要精準，如果有誤差那么機器人的運動軌跡可能會是橢圓而不是圓。采用密集點編輯功能，減少誤差盡量讓焊槍的每個焊機點都能夠精確，程序編輯時用圓弧命令代替整圓命令，將一個整圓四等分成四個圓弧來焊接這樣大大降低了機器人在焊接圓時所產生的焊縫焊偏缺陷。

4.3 蓋板焊縫

如圖上圖所示，此組合件是密閉容器，然而從蓋板一周的焊縫來看，此蓋板是斜的也就是在蓋板的兩側位置焊縫是不在一個平面的，所以此處的焊縫應該看成是上坡焊或是下坡焊。通過反復焊接實驗得出上坡焊時推焊的焊縫外觀成型不如拉焊焊縫外觀成型好，且容易燒穿。為了降低焊接缺陷，在蓋板一周焊縫中只留一個起弧點和收弧點，起弧點和收弧點位置重合，并設定過焊量3-5mm。將起弧點的位置放在拐角處，利用機器人焊槍的旋轉角度使得焊槍能夠繞工件360°焊完，這樣的編程方式焊出的焊縫成型美觀，焊接接頭減少，焊縫質量提高。

4.4 底板焊縫

焊完以上焊縫最后才是對底板進行編程加焊接，主要是因為底板上的障礙較多且焊縫熱輸入大，焊接變形量較大。底板焊接最主要的就是障礙處的起弧點和收弧點的位置容易引起未熔合焊接缺陷，（因為此組合件是密閉容器，需要進行水壓試驗）處理辦法是起弧點的位置焊槍角度要盡可能大些，并且起弧參數(shù)也要相對大些，收弧時收弧點要超過起弧點，過焊量3-5mm，收弧參數(shù)應比起弧參數(shù)有所增加。底板焊接時還有點需要注意的是在拐角處容易產生咬邊缺陷，通過改變機器人焊槍的運動軌跡，將直線拐角改為小圓弧拐角，拐角時焊接參數(shù)有所調整，比直線焊接參數(shù)略小即可。

4.5 各步驟編程要點

在機器人編程過程中由于工件位置狹小，在編程之前應該先確定工件在工作臺上的擺放位置然后再進行夾緊。防止由于位置問題對機器人工作手臂造成的限位，對各個焊接點的定點要準確，編程時空間點（MOVEP）和焊接點（MOVEL）要準確區(qū)分，防止由于命令用錯而造成的錯誤。同時注意焊接參數(shù)的選擇和應用。

5 結論

焊接機器人的廣泛應用得到越來越多行業(yè)的認可，具有優(yōu)質、高效、節(jié)能，并適用于大電流焊接等特點，采用該技術大大提高了生產率（比手工焊高3-6倍）和焊接質量，降低了成本和工人勞動強度，改善了勞動條件，取得了顯著效果，為生產施工發(fā)揮了巨大作用。綜上所述，此機器人焊接工藝切實可行，在現(xiàn)代焊接技能大賽中，焊接機器人比賽也不斷出現(xiàn)在其中，證明了焊接機器人在現(xiàn)代焊接領域中的重要應用。