CO2氣體保護(hù)焊在鋼模板焊接中的應(yīng)用

張小利 周靜 張利子

摘要：針對(duì)工程鋼模板焊接制造中工件焊接變形及焊縫質(zhì)量難以穩(wěn)定控制，產(chǎn)能低下等問(wèn)題，搭建了機(jī)器人CO2氣體保護(hù)焊焊接模板平臺(tái)，采用平焊和立焊方式在不同板厚的碳鋼板上進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)焊接過(guò)程和焊縫成形的影響因素對(duì)比分析，確定了焊接參數(shù)范圍，獲得了良好的焊縫成形，為采用機(jī)器人批量保質(zhì)保量焊接生產(chǎn)鋼模板奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CO2氣體保護(hù)焊;機(jī)器人焊接;鋼模板;焊接工藝

1.序言

隨著現(xiàn)代高科技產(chǎn)品的發(fā)展和對(duì)焊接產(chǎn)品質(zhì)量、數(shù)量的需求不斷提高，以焊接機(jī)器人為核心的焊接自動(dòng)化技術(shù)已有了長(zhǎng)足的發(fā)展。焊接機(jī)器人是焊接自動(dòng)化的革命性進(jìn)步，它突破了焊接剛性自動(dòng)化的傳統(tǒng)方式，開(kāi)拓了一種柔性自動(dòng)化生產(chǎn)方式[1，2]。剛性自動(dòng)化設(shè)備通常都是專(zhuān)用的，只適用于中大批量產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，而建筑模板的生產(chǎn)特點(diǎn)是規(guī)格品種多而生產(chǎn)批量較少，如我國(guó)鋼模板標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，模板體系的規(guī)格達(dá)125種，因此傳統(tǒng)自動(dòng)化專(zhuān)機(jī)技術(shù)很難在建筑模板制造行業(yè)推廣應(yīng)用，因而在模板的焊接生產(chǎn)中，手工焊仍是主要的焊接方法。而現(xiàn)代焊接機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使小批量產(chǎn)品自動(dòng)化焊接生產(chǎn)成為可能。由于機(jī)器人具有示教再現(xiàn)功能，完成一項(xiàng)焊接任務(wù)只需要人給它做一次示教，隨后其即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作[3，4]。如果機(jī)器人去做另一項(xiàng)工作，無(wú)需改變?nèi)魏斡布灰獙?duì)它在做一次示教即可。因此，在一條焊接機(jī)器人生產(chǎn)線上，可同時(shí)自動(dòng)生產(chǎn)若干種焊件，十分適合建筑模板多規(guī)格品種和小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。

對(duì)建筑模板制造行業(yè)而言，國(guó)內(nèi)對(duì)焊接機(jī)器人成套裝備的研究還是一個(gè)空白，而且我國(guó)的建筑模板體系于國(guó)外有很大的不同，因此國(guó)外的建筑模板焊接機(jī)器人成套裝備除了價(jià)格昂貴以外，其技術(shù)體系也不能很好的適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情。

CO2氣體保護(hù)焊因其高效、低耗、易操作、生產(chǎn)量大、焊接變形小等優(yōu)點(diǎn)，在汽車(chē)制造的弧焊加工自動(dòng)化中廣泛采用，特別是汽車(chē)車(chē)身薄板覆蓋件及車(chē)橋、車(chē)廂、車(chē)架的焊接，CO2焊因其適用性廣，自動(dòng)化程度高，成本低，占有90%以上的比例[5]，因此，本文對(duì)建筑模板的機(jī)器人焊接過(guò)程及工藝參數(shù)進(jìn)行研究，為提高建筑模板生產(chǎn)的整體制造水平和自動(dòng)化程度，穩(wěn)定產(chǎn)品焊接質(zhì)量，改善工人勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)能，使建筑模板生產(chǎn)過(guò)程中的備料、拼裝、焊接中關(guān)鍵工序的生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化奠定一定的基礎(chǔ)。

2.鋼模板焊接實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

母材由低碳鋼板組成，焊絲選用LHQ50-6型CO2氣體保護(hù)焊絲，其直徑為1.2mm。具體試驗(yàn)方案如下：

（1）4mm鋼板與4mm鋼板的90°角焊縫，分平焊和立焊;

（2）4mm鋼板與2mm鋼板的90°角焊縫，分平焊和立焊。

由于試驗(yàn)中均為角焊縫焊接，故需在焊接前對(duì)模板進(jìn)行點(diǎn)焊固定及定位。

3.模板機(jī)器人焊接試驗(yàn)

CO2氣體保護(hù)焊接工藝參數(shù)的正確選擇是獲得高生產(chǎn)率和高質(zhì)量焊縫的先決條件，各種焊接工藝參數(shù)的選擇是以焊接生產(chǎn)率要求、被焊工件材料、焊縫的位置和形狀，以及焊接設(shè)備情況為基礎(chǔ)的。CO2氣體保護(hù)焊接通常采用短路過(guò)渡及細(xì)顆粒過(guò)渡工藝，工藝參數(shù)主要包括：焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、送絲速度、焊絲伸出長(zhǎng)度、氣體流量、電源極性、焊槍角度及焊接方向[8-11]。

焊接過(guò)程中：焊槍角度均為70°～80°，氣體流量均為15～20L/min，焊絲伸出長(zhǎng)度均為2cm左右，焊絲直徑為1.2mm，焊接方向平焊均是從右向左，立焊均是從上向下，平焊均加2mm擺動(dòng)，立焊均不加擺動(dòng)。

3.1??4mm鋼板與4mm鋼板角焊縫焊接

立焊時(shí)，采用自上向下焊接，可得到較好的焊縫成形與質(zhì)量，這是由于在此焊接過(guò)程中保護(hù)氣和電弧吹力方向均向上，對(duì)熔化金屬產(chǎn)生向上的拖持力，阻礙其向下流動(dòng);而采用自下向上焊接時(shí)，保護(hù)氣和電弧吹力促進(jìn)了熔化金屬的向下流動(dòng)，導(dǎo)致焊縫成形及質(zhì)量較差，。所以，在模板生產(chǎn)過(guò)程中立焊均采用從上向下焊接。

采用相同焊接方式（立焊）、送絲速度和電弧電壓時(shí)，焊接速度的變化對(duì)焊縫成形有很大的影響，這主要是因?yàn)榇蠛杆傧拢附z熔滴與母材熔融金屬不能很好地融合，造成駝峰焊道缺陷，因此，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接時(shí)，要獲得成形美觀的焊縫，不僅要有合適的匹配電弧電壓，而且要采用與送絲速度相匹配的焊接速度是關(guān)鍵，而這一參數(shù)范圍的確定必須建立在大量實(shí)驗(yàn)工藝研究的基礎(chǔ)之上。

3.2??4mm鋼板與2mm鋼板角焊縫焊接

送絲速度太快會(huì)使得焊接電流過(guò)大導(dǎo)致母材燒穿而焊穿了鋼板。為此，我們減小送絲速度，讓焊接電流降低，解決里這樣一問(wèn)題，得到了焊接質(zhì)量上佳的焊縫。

送絲速度較小使得焊接電流比較小而導(dǎo)致熔寬較窄，焊縫成形不是太好。當(dāng)增大送絲速度后，熔寬明顯增加。只有焊接電流即送絲速度合適，與母材厚度匹配時(shí)，焊縫成形才會(huì)較好，從而得到符合要求的焊縫，送絲速度太大或太小都是不行的。

綜上所述，合適的焊接參數(shù)可以形成質(zhì)量較好的焊縫，但如果參數(shù)不合適，就會(huì)形成焊接缺陷。因此，在焊接過(guò)程中，必須選取合適的焊接參數(shù)。

4.結(jié)論

通過(guò)不同板厚平、立焊工藝實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)立焊時(shí)，采用自上向下焊接，可得到較好的焊縫成形與質(zhì)量，這是由于在此焊接過(guò)程中保護(hù)氣和電弧吹力方向均向上，對(duì)熔化金屬產(chǎn)生向上的拖持力，阻礙其向下流動(dòng);而采用自下向上焊接時(shí)，保護(hù)氣和電弧吹力促進(jìn)了熔化金屬的向下流動(dòng)，導(dǎo)致焊縫成形及質(zhì)量較差。所以，在模板生產(chǎn)過(guò)程中立焊均采用從上向下焊接。平焊時(shí)，送絲速度太快焊接電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致母材燒穿而焊穿鋼板。通過(guò)減小送絲速度，讓降低焊接電流，獲得焊接質(zhì)量上佳的焊縫。送絲速度較小焊接電流比較小而會(huì)導(dǎo)致熔寬較窄，焊縫成形不是太好。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彬.中國(guó)焊接生產(chǎn)機(jī)械化自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展回顧[J].焊接技術(shù)，2000，（3）：38-41

[2]薛龍，李明利，蔣力培等.焊接機(jī)器人高度隨動(dòng)跟蹤器的設(shè)計(jì)[J].焊接技術(shù)，2002，?（2）：36-39

[3]李濤.國(guó)產(chǎn)機(jī)器人走向?qū)嵱没痆J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，1999，（11）：8-9

[4]焦向東，潘際鑾，張驊.交流MAG焊接電弧穩(wěn)定性及其控制[J].焊接學(xué)報(bào)，1998.19