中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝研究

韓憲

摘 要：傳統中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝在實際焊接過程中，成本較高，焊接工序較多，自動化程度也相對較低，嚴重影響了整體焊接效率。因此，本文針對中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝進行研究，在簡單了解影響這一焊接工藝的具體因素后，有針對性的提出全新的焊接工藝，以供參考。

關鍵詞：中厚板;立向角;焊縫機器人;深熔焊接工藝

中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝是一種非常常見的工藝技術，但在實際焊接過程中也非常容易出現凸起、咬邊、脫節等缺陷。想要有效解決這些問題，就要進行機器人深熔焊接工藝試驗，明確擺動方式對立向角焊縫深熔焊接工藝帶來的影響，從而合理選擇擺動方式，正確設計焊接工藝流程，提高焊接質量。

1 焊接工藝試驗準備

本文選擇的中厚板分別為：300mm×150mm×8mm以及300mm×100mm×8mm兩種，采取點焊定位的方式完成。從過往經驗來看，影響中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝的因素中最為關鍵的就是擺動方式。常見的擺動方式包括：鋸齒形擺動、三角形擺動、梯形擺動以及蝶形擺動，考慮到本文研究重點在于中厚板且不開坡口，因此，主要對鋸齒形擺動和三角形擺動這兩種擺動方式進行研究，深入探討擺動方式對立向角焊縫深熔焊接工藝帶來的影響。在實驗過程中為了形成對比，每種擺動方式各安排了兩組不同的焊接參數，以此形成對比，需要設計焊接電流、焊接電壓、焊接速度、側邊停留時間。

2 焊接工藝試驗分析

為了更好的驗證中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝，從四個方面展開了試驗分析，分別為：焊接熱輸入特點、電弧熱特點、焊接溫度場模擬以及有限元模擬。

2.1 焊接熱輸入特點

不同擺動方式下，焊接熱輸入特點也存在一定的區別，在分析這一元素的過程中，先要明確擺動焊接的具體路徑，然后集合具體的公式進行計算，通過實際的計算結果來看，兩種擺動方式下，焊接熱輸入有效利用率各不相同，存在較大差異，雖然鋸齒形擺動方式的焊接熱輸入較高，但接頭溶深卻相對較低，可以說各具優缺，還需要結合實際情況進行一步的判斷分析。

2.2 電弧熱特點

在其他條件不變的情況下，想要進一步探討分析電弧熱特點，就要明確不同擺動方式傳遞的有效熱量，根據弧柱區、陰極區、陽極區等方面的情況來看，鋸齒形擺動方式，對流損失非常嚴重，弧柱熱量輻射也大量損失，而三角形擺動方式則恰恰相反。這是因為在后者這種擺動方式下，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、對流等方面的損失也就相對較少。

2.3 焊接溫度場模擬

通過這一模擬，可以具體判斷焊縫溶深情況，以此選擇最為科學的擺動方式，根據實際調查情況來看，鋸齒形擺動方式下，側壁溫度最高溫度為2204℃、焊縫根部最高溫度為1537℃，三角形擺動方式下，側壁溫度最高溫度為2027℃、焊縫根部最高溫度為1947℃。由此可知，三角形擺動方式下，焊縫溶深更強，而且非常容易出現多峰想象，能夠有效提高焊接質量。

2.4 有限元模擬

除了上述幾個方面之外，還要利用有限元模擬來具體判斷，在不同輸入擺動方式下，接頭的幾何特點和溶深特點。從有限元模擬中得到的焊縫橫斷面情況來看，三角形擺動的焊縫表面成形只出現了細微凹陷，而鋸齒形擺動方式下，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。

根據上述試驗結果來看，三角形擺動方式焊接工藝可以顯著提高立向角焊縫的熔深。通過其和傳統中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝的對比分析結果來看，三角形擺動方式焊接工藝中，將接頭根部熔深提高了3-5倍，側壁熔深提高了25%-50%，焊腳尺寸增加了三分之一。從整體上看，工序得到了有效簡化，從根本上降低了焊接效率，實現了自動化焊接[1]。

3 焊接工藝試驗結果

通過上述試驗內容，對中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝形成了全新的認識，由此可以看出，擺動方式是影響這一焊接工藝最為主要的因素。通過實際的試驗過程可以發現，不同擺動方式下，焊接熱輸入也會發生一定的變化，且熱輸入有效利用率也存在一定的不同。由上可知，常見的擺動方式有兩種，分別為：鋸齒形擺動、三角形擺動，相比較而言，前者的焊接熱輸入要高于后者，但焊縫根部與側壁熔深卻相對較低。擺動方式還會對電弧熱產生一定的影響，從當前情況來看，中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝過程中，如果采用鋸齒形擺動方式，那么所留下的弧柱區較長，熱量散失較嚴重，電弧的熱輸入有效利用率和焊縫熔深相對要小。相比較而言，三角形擺動方式下，弧柱區較短，熱量散失較少，電弧的熱輸入有效利用率和焊縫熔深相對大。在實際發展過程中，還應用有限元模擬軟件對擺動過程中的溫度場進行分析，從事結果來看，三角形擺動方式下，焊縫熔深得到顯著增強，尤其是在經過最高點溫度及熱輸入多次循環作用后，焊接效果有效增強，因此，在進行中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝過程中，應該采用三角形擺動方式。

綜上所述，在中厚板立向角焊縫機器人深熔焊接工藝開展過程中，想要有效提高焊接效率，降低經濟成本，簡化工藝程序，實現自動化焊接，就要采取科學的擺動方式。通過本文分析，不同的擺動方式下，機器人深熔焊接工藝會出現不同的變化，最為合理的擺動方式為三角形擺動，能夠切實提高焊接效率和質量。

參考文獻：

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