焊接机器人在钢结构全熔透焊缝中的应用

杨军

摘  要：目前工业机器人已广泛应用于汽车及零部件制造业，机械加工业，钢结构加工等行业。工业焊接机器人在制造业生产中扮演着非常重要的角色。考虑实际生产应用，提高生产效率和降低焊接成本。工程技术人员根据现状创新优化原有的焊接机器人焊接工艺，取得较好的效果。

关键词：工艺创新;生产效率;降低成本

序言

安徽鸿路钢结构（集团）股份有限公司是一家生产钢结构产品的上市 公司主要生产结构厂房。其中装配式住宅贯穿式结构和高层建筑箱型柱结 构焊接工作量非常大，大多都是碳钢中厚板连接，焊缝质量要求高。过去 采用人工焊接生产效率低，随着市场竞争日益加剧，企业必须扩大产量，  降低成本，提高生产效率和产品质量才能在市场占有竞争力。结构件的焊 接技术如何优化是公司技术工作目标之一。

1 立项目的及理论与实践意义

本工艺涉及多种结构中厚板全熔透焊接方法，改变传统工业焊接机器 人焊接采用混合气（ Ar+co2 ）脉冲焊接方法。属于焊接工艺领域。目前，中 厚板焊接箱型柱坡口焊缝时，要达到一，  二级全熔透焊缝要求，用机器人传 统脉冲焊接工艺达不到全熔透效果。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盖面成型差，烟雾、粉尘 污染、噪音污染和弧光辐射，同时操作不当会给焊缝增碳，影响焊缝质量。  2 项目技术原理及技术方案

（ 1 ）本工艺目的是提供一种工业焊接机器人CO2气体直流焊接成型的 方法，它可以使焊接效率得到提高，焊接变形得到控制，厚板坡口焊缝达 到全熔透要求，降低人工用量和气体成本，降低污染。同时改善了焊接环 境与条件。（ 2 ）实现本工艺目的技术方案是：工业焊接机器人采用CO2直 流焊接成型的方法，工艺步骤如下：装配时留适当坡口垫板间隙。焊接时 一人可以看多台焊接机器人，同时焊接时热量集中，与母材充分熔合，实 现全熔透焊缝要求。焊接过程中，采用同向焊接熔池，焊接速度相等。

3 本工艺方法的焊接结构操作及效果

下图为采用本工艺方法的焊接结构操作图、效果图，见图1，图2。

图1  焊接结构操作图

图2  焊接结构效果图

4 项目预期成果及效果（描述项目达成后对生产经营的有利因素，形成知 识产权或共性技术等）

（1）焊接熔透性能得到有效保证、降低人工成本、降低气体成本。同 时改善了焊接环境与条件。（2）提高坡口切割质量、和切割生产效率。  （3）同时勉去了操作不当可能会给焊缝带来增碳，影响焊缝质量。（4）提 高了焊接效率（注：因1人可以看多台机器人、使得焊接时间大大缩短）。

5 项目实施计划安排（对项目过程分阶段叙述）

（ 1） 工业焊接机器人传统采用混合气体（ 80%Ar+20%CO2） 脉冲焊接 方式，因过度方式不一样易形成末熔透，夹渣等缺陷，焊缝很难达到全熔透 要求。一般多适用于角焊缝焊接。

（ 2 ）为了使本工艺的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例

并结合附图，对本工艺作进一步详细的说明。

（ 3 ）如上图所示，工业焊接机器人采用CO2直流焊接成型的方法，工 艺步骤如下：装配时，钢板1和钢板2留适当坡口寸垫间隙。焊接时，   2台 焊接机器人同一端向另一端同时同方向对称施焊，焊接过程中由于颗粒过 度是一种自由过度的形式，电流大，熔敷速度高，不易出现未熔合，夹渣 等缺陷，且焊接速度相等。

6 本工艺工作原理如下

焊接时，控制电流电压参数和焊接速度，第一层采用短路过度方式。第 二层焊接利用大电流，电压较高时的情况下，熔滴仍为大滴状排斥过度。但 是当电压降低时，电弧将一下潜到熔池中，也就是焊丝端头的熔滴潜入到熔 池凹坑中，由于电弧气氛中又充满了金属蒸气，从而改变电弧形态和熔滴受 力特点，  使熔滴过度又呈现潜弧射过度的特点。让焊缝中的气体溢出焊缝，  夹渣浮于焊缝表面，不存在根部未熔合，夹渣等缺陷问题，同时两侧打底焊 缝外观成型美观，焊缝表面无凹坑、气孔等缺陷，  保证了成型质量。同时焊 接时，热量集中，与母材充分熔合，实现全熔透焊缝要求。

7 技术要求及工艺难点

7.1  技术要求

中厚板箱型柱结构全熔透焊缝长，焊接量大。改变传统工业焊接机器 人混合气（ 80%Ar+20%CO2  ）脉冲焊接工艺模式，采用纯CO2气体直流焊 接工艺。达到降低人工成本用量和气体成本（混合气价格高），又能满足 全熔透焊缝要求。

7.2  工艺难点

（ 1 ）由于是CO2气体直流焊接工艺，长时间焊接时焊枪喷嘴容易被飞 溅堵住。（ 2） CO2气体直流焊接工艺熔深深，第一道打底焊容易焊穿坡口 下方扁铁寸垫。（ 3 ）对箱型柱坡口，寸垫间隙及装配工艺要求。

8 解决方案及工艺方法

（ 1 ）由于是CO2气体直流焊接工艺，长时间焊接时焊枪喷嘴容易被飞 溅堵住。解决方法：在焊缝结束程序中直接插入加清枪程序。（ 2） CO2气 体直流焊接工艺熔深深，第一道打底焊接容易焊穿坡口下方扁铁寸垫。 解决方法：在焊接第一道打底焊采用细颗粒过度方式电流（ 210左右），  即能有效的达到熔合比和不击穿坡口寸垫的要求。（ 3 ）对箱型柱坡口，  寸垫间隙及装配工艺要求。解决方法：根据钢板厚度制定其相应的坡口角 度，钢板下料预留焊接收缩量，制定预留坡口寸垫间隙。装配时用专用靠 卡尺来保证其截面直度。

9 结论

（1）实现本工艺目的技术方案是：改变传统工业焊接机器人混合气 （Ar+CO2）脉冲焊接工艺模式，采用纯（CO2）气体直流焊接成型工艺方 法。属于焊接工艺领域。工艺步骤如下：装配时留适当坡口寸垫间隙，焊 接时一人可看多台焊接机器人，同时焊接时热量集中与母材充分熔合，实 现全熔透焊缝焊接要求。焊接过程中采用同向焊接熔池，焊接速度相等。

（2）通过对焊接性能尤其是焊接生产过程中易出现问题的分析，制 定了相应的工艺措施后，保证了焊接质量与效果。完善了焊接工艺，改善 了焊接环境与条件。在中厚板箱型柱结构的生产中，采用上述工艺技术方

案，均得到了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]严正凯.低合金高强钢的焊接工艺研究[J].工程机械与自动化，2007，（1）：171-172.

[2]田松亚，李婧，龙火军.CO2气体保护焊飞溅问题的研究[J].电焊机（研究与设计）2005，（10）：30-33.

[3]关月华，廖辉江，王喜亮.CO2气保焊机与焊接参数的配比[J].电焊机（生产与应用），2005，（9）：62-63.

[4]吴林，陈善本，智能化焊接技术[M].国防工业出版社（第一版），2000，27-52.