焊接機器人在鋼結構全熔透焊縫中的應用

楊軍

摘 ?要：目前工業機器人已廣泛應用于汽車及零部件制造業，機械加工業，鋼結構加工等行業。工業焊接機器人在制造業生產中扮演著非常重要的角色。考慮實際生產應用，提高生產效率和降低焊接成本。工程技術人員根據現狀創新優化原有的焊接機器人焊接工藝，取得較好的效果。

關鍵詞：工藝創新;生產效率;降低成本

序言

安徽鴻路鋼結構（集團）股份有限公司是一家生產鋼結構產品的上市 公司主要生產結構廠房。其中裝配式住宅貫穿式結構和高層建筑箱型柱結 構焊接工作量非常大，大多都是碳鋼中厚板連接，焊縫質量要求高。過去 采用人工焊接生產效率低，隨著市場競爭日益加劇，企業必須擴大產量， ?降低成本，提高生產效率和產品質量才能在市場占有競爭力。結構件的焊 接技術如何優化是公司技術工作目標之一。

1 立項目的及理論與實踐意義

本工藝涉及多種結構中厚板全熔透焊接方法，改變傳統工業焊接機器 人焊接采用混合氣（ Ar+co2 ）脈沖焊接方法。屬于焊接工藝領域。目前，中 厚板焊接箱型柱坡口焊縫時，要達到一， ?二級全熔透焊縫要求，用機器人傳 統脈沖焊接工藝達不到全熔透效果。只能采取全靠人工打底，填充焊接方 式，此方法人工成本量大，同時焊接高低不平造成蓋面成型差，煙霧、粉塵 污染、噪音污染和弧光輻射，同時操作不當會給焊縫增碳，影響焊縫質量。 ?2 項目技術原理及技術方案

（ 1 ）本工藝目的是提供一種工業焊接機器人CO2氣體直流焊接成型的 方法，它可以使焊接效率得到提高，焊接變形得到控制，厚板坡口焊縫達 到全熔透要求，降低人工用量和氣體成本，降低污染。同時改善了焊接環 境與條件。（ 2 ）實現本工藝目的技術方案是：工業焊接機器人采用CO2直 流焊接成型的方法，工藝步驟如下：裝配時留適當坡口墊板間隙。焊接時 一人可以看多臺焊接機器人，同時焊接時熱量集中，與母材充分熔合，實 現全熔透焊縫要求。焊接過程中，采用同向焊接熔池，焊接速度相等。

3 本工藝方法的焊接結構操作及效果

下圖為采用本工藝方法的焊接結構操作圖、效果圖，見圖1，圖2。

圖1 ?焊接結構操作圖

圖2 ?焊接結構效果圖

4 項目預期成果及效果（描述項目達成后對生產經營的有利因素，形成知 識產權或共性技術等）

（1）焊接熔透性能得到有效保證、降低人工成本、降低氣體成本。同 時改善了焊接環境與條件。（2）提高坡口切割質量、和切割生產效率。 ?（3）同時勉去了操作不當可能會給焊縫帶來增碳，影響焊縫質量。（4）提 高了焊接效率（注：因1人可以看多臺機器人、使得焊接時間大大縮短）。

5 項目實施計劃安排（對項目過程分階段敘述）

（ 1） 工業焊接機器人傳統采用混合氣體（ 80%Ar+20%CO2） 脈沖焊接 方式，因過度方式不一樣易形成末熔透，夾渣等缺陷，焊縫很難達到全熔透 要求。一般多適用于角焊縫焊接。

（ 2 ）為了使本工藝的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例

并結合附圖，對本工藝作進一步詳細的說明。

（ 3 ）如上圖所示，工業焊接機器人采用CO2直流焊接成型的方法，工 藝步驟如下：裝配時，鋼板1和鋼板2留適當坡口寸墊間隙。焊接時， ? 2臺 焊接機器人同一端向另一端同時同方向對稱施焊，焊接過程中由于顆粒過 度是一種自由過度的形式，電流大，熔敷速度高，不易出現未熔合，夾渣 等缺陷，且焊接速度相等。

6 本工藝工作原理如下

焊接時，控制電流電壓參數和焊接速度，第一層采用短路過度方式。第 二層焊接利用大電流，電壓較高時的情況下，熔滴仍為大滴狀排斥過度。但 是當電壓降低時，電弧將一下潛到熔池中，也就是焊絲端頭的熔滴潛入到熔 池凹坑中，由于電弧氣氛中又充滿了金屬蒸氣，從而改變電弧形態和熔滴受 力特點， ?使熔滴過度又呈現潛弧射過度的特點。讓焊縫中的氣體溢出焊縫， ?夾渣浮于焊縫表面，不存在根部未熔合，夾渣等缺陷問題，同時兩側打底焊 縫外觀成型美觀，焊縫表面無凹坑、氣孔等缺陷， ?保證了成型質量。同時焊 接時，熱量集中，與母材充分熔合，實現全熔透焊縫要求。

7 技術要求及工藝難點

7.1 ?技術要求

中厚板箱型柱結構全熔透焊縫長，焊接量大。改變傳統工業焊接機器 人混合氣（ 80%Ar+20%CO2 ?）脈沖焊接工藝模式，采用純CO2氣體直流焊 接工藝。達到降低人工成本用量和氣體成本（混合氣價格高），又能滿足 全熔透焊縫要求。

7.2 ?工藝難點

（ 1 ）由于是CO2氣體直流焊接工藝，長時間焊接時焊槍噴嘴容易被飛 濺堵住。（ 2） CO2氣體直流焊接工藝熔深深，第一道打底焊容易焊穿坡口 下方扁鐵寸墊。（ 3 ）對箱型柱坡口，寸墊間隙及裝配工藝要求。

8 解決方案及工藝方法

（ 1 ）由于是CO2氣體直流焊接工藝，長時間焊接時焊槍噴嘴容易被飛 濺堵住。解決方法：在焊縫結束程序中直接插入加清槍程序。（ 2） CO2氣 體直流焊接工藝熔深深，第一道打底焊接容易焊穿坡口下方扁鐵寸墊。 解決方法：在焊接第一道打底焊采用細顆粒過度方式電流（ 210左右）， ?即能有效的達到熔合比和不擊穿坡口寸墊的要求。（ 3 ）對箱型柱坡口， ?寸墊間隙及裝配工藝要求。解決方法：根據鋼板厚度制定其相應的坡口角 度，鋼板下料預留焊接收縮量，制定預留坡口寸墊間隙。裝配時用專用靠 卡尺來保證其截面直度。

9 結論

（1）實現本工藝目的技術方案是：改變傳統工業焊接機器人混合氣 （Ar+CO2）脈沖焊接工藝模式，采用純（CO2）氣體直流焊接成型工藝方 法。屬于焊接工藝領域。工藝步驟如下：裝配時留適當坡口寸墊間隙，焊 接時一人可看多臺焊接機器人，同時焊接時熱量集中與母材充分熔合，實 現全熔透焊縫焊接要求。焊接過程中采用同向焊接熔池，焊接速度相等。

（2）通過對焊接性能尤其是焊接生產過程中易出現問題的分析，制 定了相應的工藝措施后，保證了焊接質量與效果。完善了焊接工藝，改善 了焊接環境與條件。在中厚板箱型柱結構的生產中，采用上述工藝技術方

案，均得到了良好的經濟效益和社會效益。

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