雷達大型構件機器人焊接工藝研究

曹國光 梁寧 雷黨剛

1. 概述

雷達大型構件是雷達中的主要部件，存在于雷達的天線以及轉臺部位。該構件生產復雜，主要由低合金鋼Q345和高強鋼等焊接而成。國內生產雷達大型構件多采用焊條電弧焊、氣焊以及氬弧焊等傳統的焊接手段，而自動焊接機器人也只在汽車制造、空間探索等方面獲得了應用。在我國走向國際市場大舞臺，世界各國都進行焊接自動化的技術改變的時候，我國的雷達行業改變過去的生產方式和管理模式已迫在眉睫。為此，本公司采用了一條實現了機、電、氣一體化的綜合控制功能的雷達大型構件自動化焊接生產線，以最終達到提高柔性化、自動化生產的目的。

為保證雷達大型構件自動化焊接生產線的焊接質量，我們對機器人焊接工藝進行了認真分析，并根據相關規范進行了機器人焊接工藝評定，擬定出焊接工藝規程，為公司雷達大型構件自動化焊接生產積累了寶貴的資料和經驗。

2. 機器人焊接系統

雷達大型構件機器人焊接設備采用德國KUKA公司的KR16型號機器人，配有弧焊軟件包及福尼斯TPS500MIG焊接系統，適用于雷達大型構件的自動化焊接。

3. 機器人焊接工藝評定

我們依據設計文件JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及NB/T47016—2011《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢測》標準對焊縫進行了焊接工藝評定，焊前編制了焊接工藝評定指導書，焊后編制了焊接工藝評定報告。

（1）焊接工藝評定材料 焊接工藝評定用試板材質采用與雷達大型構件相同材質的低合金鋼Q345及瑞典DOMEX700MC高強鋼，化學成分如表1、表2所示。兩種材料的鋼板規格為6mm×300mm×125mm。焊絲選用與兩種鋼材匹配的金橋焊絲ER50—6及ESAB高強鋼焊絲OK AristoRod 69，規格為f1.2mm。

（2）焊接坡口形式 焊接工藝評定用試板依據圖樣設計，采用了對接和角接兩種方式，接頭形式如圖1所示。

（3）機器人工藝評定 機器人焊接前，將母材坡口及坡口周圍焊接區域內的油污、鐵銹、水及其他氧化物用丙酮去除，以避免機器人焊接時產生氣孔、夾渣等缺陷。

在焊接平板上裝配試件，裝配時應同時考慮焊接收縮變形量并進行預變形，根據焊接機器人的要求試件尺寸間隙≤2mm，裝調完成后用工裝壓緊。然后對試件進行定位焊，定位焊尺寸≥100mm。

表1 Q345鋼的化學成分(質量分數) （%)

表2 瑞典DOMEX700MC高強鋼的化學成分 (質量分數) （%)

圖1 機器人焊接工藝評定焊接接頭

定位焊后，操作人員通過機器人示教盒操作機器人手臂，使機器人手臂行走到焊接位置，在相應的界面下使用焊縫自動尋位功能對焊縫進行起始點的尋找，通過示教功能將要焊接的焊縫記憶，選擇所需要功能并輸入相關參數（如電流、電壓、焊接速度等）完成焊接程序的編制。然后，選擇焊接程序啟動焊接按鈕向機器人發出“工件到位，開始焊接”的指令，機器人按照預先編制的焊接程序進行焊接。在保證焊縫成形良好的情況下，選用小熱輸入焊接。焊接參數如表3、表4所示。

4. 工藝評定結果

試板焊接后，根據標準JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及NB/T47016—2011《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢測》進行了如下試驗：對所有的試件進行了外觀檢測；選取試樣進行無損檢測，每種材料選取3件進行RT檢測；彎曲試驗，每種材料面彎和背彎各4件，彎曲角度180°；拉伸和沖擊試驗，每種材料選取3件進行拉伸試驗，選取6件進行沖擊試驗；宏觀金相檢測（角焊縫）。

經過檢測，試驗結果如下：

（1）外觀 焊縫外觀成形美觀、飽滿，均勻連續，表面未發現任何焊接缺陷，焊縫外觀檢測合格，如圖2所示。

（2）無損檢測 將焊后試件送檢進行X射線探傷，根據標準GB/T3323—2005判定所有送檢試件均達到Ⅰ級要求，說明其熔合質量較好，缺陷較少，符合標準規定。

（3）彎曲試驗 將對接試件取樣標號，按標準加工后進行180°面彎和背彎試驗，彎心直徑為24mm，根據標準NB/T47016—2011《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢測》，所有試件未見裂紋，試件符合評定要求。

（4）拉伸和沖擊試驗 將對接試件取樣標號，按標準加工后進行拉伸和沖擊試驗，結果如表5~表8所示。結果表明，試件沖擊、拉伸強度和伸長率符合評定要求。

（5）宏觀金相檢測 采用了斷面檢測，將角焊縫試件取樣標號，用線切割剖開焊縫，取粗、細砂紙打磨拋光后，用稀硝酸腐蝕焊縫斷面觀察，結果顯示：角焊縫飽滿，根部熔透；局部有咬邊；斷面未發現氣孔、夾渣等缺陷，如圖3所示。

表3 瑞典DOMEX700MC高強鋼焊接參數

表4 低合金鋼Q345焊接參數

圖2 機器人焊接工藝評定焊接接頭照片

表5 瑞典DOMEX700MC高強鋼拉伸試驗結果

表6 低合金鋼Q345拉伸試驗結果

表7 瑞典DOMEX700MC高強鋼沖擊試驗結果

表8 低合金鋼Q345沖擊試驗結果

通過以上項目檢測，綜合評定結論為合格，符合JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》標準要求。

5. 產品焊接

根據評定合格的焊接工藝，編制了機器人焊接工藝規程（WPS），針對單位的幾種雷達大型構件進行了雷達試件焊接生產，包括雷達轉臺、天線骨架、背架等，經過檢測均符合圖樣生產要求，然后采用規定的WPS參數對雷達產品進行焊接。

圖3 角接接頭解剖斷面形貌照片

6. 結語

（1）采用焊接機器人對低合金鋼Q345及瑞典DOMEX700MC高強鋼板進行焊接，并通過外觀、內部檢測，得出其外觀及內部探傷均滿足工藝評定要求。

（2）焊接機器人工藝評定試驗表明，焊接機器人焊接的各項力學性能均滿足JB4708—2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及NB/T47016—2011《承壓設備產品焊接試件的力學性能檢測》標準，說明制訂的焊接工藝可以用于指導生產。

（3）機器人焊接的幾種雷達大型構件已經投入運行，沒有發生任何質量問題。