淺談焊接機器人使用MAG 焊接不同工藝參數對焊縫熔深的影響

呂忙忙，紀曉琦

（科樂收農業機械（山東）有限責任公司，山東 高密 261500）

1 實驗過程

選用的焊絲信息如下：牌號：ESAB OK 69；型號：AWS A5.28M/ASME SFA-5.28:ER100S-GEN ISO 16834-A G Mn3Ni1CrMo；焊絲化學成分詳見表1；焊絲機械性能詳見表2；母材S700MC（EN10149）化學成分詳見表3；保護氣體：80%Ar+20% CO2，保護氣體流量：25L/min；機器人使用：Motoman NX100，Motoman 焊接機器人是世界先進的焊接機器人，本實驗使用的型號為：NX100，圖1 為Motoman 焊接機器人待機時的整體圖片，圖2 是Motoman 焊機機器人的銘牌，詳細說明了工作時的參數；電源使用：TransPlus Synergic 5000。

圖1 Motoman 焊接機器人整體圖

圖2 Motoman 焊接機器人參數銘牌圖

表1 焊絲化學成分表

表2 焊絲機械性能表

表3 S700MC 化學成分表

本實驗選用的焊材為ESAB 品牌的焊絲，其化學成分如表1 所示，符合EN ISO 16834-A 標準要求，其機械性能如表2 所示。實驗母材為上海寶鋼的S700MC，符合標準EN10149，其化學成分如表3 所示。

實驗步驟簡單概括如下，按照下表設定焊接機器人的工藝參數，將實驗用鋼板固定在夾具中，進行焊接機器人的施焊過程。主要步驟為：開啟電源以及保護氣體（80%Ar+20% CO2混合氣體）→焊接初始化→參數設定及焊接機器人的編程→施焊。重復這一實驗過程，完成所有實驗鋼板的施焊工作。測量焊縫熔深可以使用鋸床在焊縫橫切面切割出截面，取合適的焊縫截面。打磨拋光焊縫橫截面，在拋光后的表面首先使用酒精溶液進行清洗，后使用4.0% 濃度的硝酸溶液進行侵蝕，在顯微鏡下觀察宏觀金相，可以清楚地看到宏觀金相和焊縫侵蝕形貌，測量焊縫熔深，利用放大鏡準確測量其如圖3 所示的焊縫熔深，分析焊接電流、電壓和焊槍角度對焊縫熔深的影響。

2 數學建模及分析

按照表4 的實驗參數共需進行54 組實驗，實驗后排除不良的實驗結果，可以得到下列宏觀金相照片。測量其焊縫熔深后，根據多組金相照片可以得出較為直觀的數學模型。

表4 實驗參數表

按圖4 所示的實驗圖片測量底板和立板的焊縫熔深，取較小的一個作為此焊縫的熔深記錄，根據實驗得到的數據建立數學模型。根據這些的數學模型可以很好地發現規律和預測中間數值的焊縫熔深情況。

通過圖5、圖6 和圖7 三組折線圖和實際焊接實驗時的具體情況可以看出，焊接電流和焊接電壓的按照U=I/10+2 的比例是比較合適的選擇。電流和電壓不匹配焊接時造成飛濺較大等問題，按照U=I/10+2 的比例電流和電壓進行多次試驗，經過篩選得到熔深數據。

圖5 焊接角度45°時焊縫熔深圖

圖6 焊接角度50°時焊縫熔深圖

圖7 焊接角度55°時焊縫熔深圖

通過數據可以看出，焊縫熔深隨著電流與電壓的增加而增加。焊接電壓增加對焊縫熔深的影響要小于電流。根據熱輸入的計算公式，在焊接速度保持不變的情況下，焊接電流和焊接電壓的增加都會使焊接熱輸入增加，從而增大焊縫的熔深。但是，電流的增加對于熱輸入的影響更大，主要原因是焊接電壓需要匹配合適的焊接電流，而焊接電流的增加幅度是較大的。在實際生產活動中，當焊接母材確定、母材厚度確定時，我們所能選擇的焊接電流及電壓的范圍也基本確定，如果選擇這個范圍內最大的焊接電流及電壓依然無法滿足我們對熔深的要求，就需要通過其他的方式來增加焊縫熔深。

焊接角度也是對焊縫熔深的影響較大的因素之一，實驗表明，焊槍角度偏向于立板時焊縫熔深更好，但是不宜偏得過大，實驗中使用50°角時焊縫熔深最佳。焊絲朝向那個方向會使這個方向的焊縫熔池推力增加，從而增加這個方向的焊縫熔深。在生產過程中，焊絲角度還會影響焊縫的焊腳尺寸以及焊縫表面形狀。

3 實驗結論

本實驗研究了MAG 焊接過程中焊接參數對焊縫熔深的影響。實驗表明，焊接電流、焊接電壓、焊槍角度對焊縫熔深都有較大的影響。隨著熱輸入的增加焊縫熔深隨之增加，但是熱輸入過高會引起焊縫晶體粗大等問題，焊縫的力學性能受到影響，因而需要選用合適的焊接參數，保證適當的熱輸入。以實驗使用的S700MC 鋼板厚度8mm 為例，選用240A、26V 和焊接角度50°是比較合適的。從本實驗觀察，數據中總結出的實驗模型可以有效地指導調整焊接過程中的參數，從而得到較好的焊縫熔深以及焊縫質量。