车家兴
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摘要：焊接机器人是焊接技术向自动化方向发展的重要装备之一，通过对焊接过程的自动控制，可以提高生产效率，减少焊接缺陷，避免因劳动力短缺对企业生产造成的损失，因此，焊接机器人在工程实践中得到了广泛的应用。在焊接过程中，焊接工艺参数的选取对焊接质量有很大影响，操作人员一般根据经验数据进行参数的设计设置，但是，经验数据往往存在一定的取值范围，并不一定是焊接机器人所能达到的最优效果。由于产品的自动化焊接生产批量较大，焊接工艺参数的精确设置不仅可以确保焊接结构的强度，同时也可以保证品质的一致性。
关键词：二氧化碳；焊接机器人；焊接特性
二氧化碳气体保护焊接机器人是一种常见的弧焊机器人。文中主要通过对不同参数下的Q235钢板焊缝表面形貌进行检测评价，为Q235钢板焊接参数选取提供依据。
1 试验材料及方法
1.1 试验材料及设备
试验用材料是Q235低碳钢，由于其碳含量适中，焊接后接头塑性和冲击韧性良好，被广泛应用于钢结构焊接中。试验用材料尺寸200 mm×90 mm×3 mm，采用激光切割的方式完成，用砂纸去除材料表面的铁锈。
试验设备为OTC六轴焊接机器人(图1)，属于DAIHEN弧焊机器人Almega系列，配备CO2气体保护，试验选用直径1.2 mm的焊丝。
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图1 OTC焊接机器人
1.2 试验方法
焊接时板材采用压板定位，2个坡口呈Ⅰ形对接状态，焊枪垂直于工件表面，焊丝伸出长为10mm左右，通过直线插补轨迹编程完成自动焊接试验。试验过程中电弧电压使用一元调节方法由焊机自动调整，焊接电流、焊接速度各取4个数值共分16组进行比较(表1)。采用游标卡尺完成焊缝表面尺寸的检测。
表1 焊接试验选用的工艺参数
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2 焊缝形貌评价方法
(1)焊缝尺寸计算
在试验中，主要对焊缝的外形尺寸焊缝宽度w和焊缝高度h进行测量，如图2所示。
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(2)焊缝形貌观察
焊缝表面形貌检查，一般采用肉眼或者低倍放大镜观察，主要检查焊缝外观缺陷和形状缺陷。其中外观缺陷主要包括气孔、裂纹、夹渣等，形状缺陷包括焊缝成形差、漏焊等。
3 试验结果分析
3.1 不同焊接工艺参数对焊缝外形尺寸的影响
图3为不同焊接条件下焊缝形状参数变化情况，由图3可以看出，在相同的电流条件下，随着焊接速度的提高，焊缝高度h与焊缝宽度w均呈下降趋势。这主要是机器人焊接速度提高导致单位长度方向填充金属量减少所致。与此同时，在相同的焊接速度条件下，焊缝宽度w随电流的增大而减小，但是焊缝高度h随电流增大而增加，这主要是电流增大，电压升高，导致电弧热量增加，焊缝熔池区域变深，焊丝熔化速度加快，导致电弧区域变长变窄所致。依据Ⅰ形焊缝宽度的经验公式，试验中3 mm低碳钢的焊缝宽度w应当控制在5 mm左右，焊缝高度h控制在3 mm以内。结合图2的焊缝几何尺寸可以看出，焊缝高度h基本处于经验值范围内，在焊缝宽度w方面，当焊接速度在40 cmmin及以上时均存在与经验值较为接近的焊缝。
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图3 不同焊接条件下焊缝形状参数变化
3.2 不同焊接工艺参数对焊缝外观的影响
由图4可以看出，在焊接电流120 A时，无论焊接速度如何变化，焊缝表面均光洁平整，焊缝饱满美观。当焊接电流为130,140 A时，只有速度为30 cmmin时可以取得较为平整的焊缝表面，其余表面有气孔、夹渣缺陷。这主要是焊接电流变大，电弧电压偏高，送丝速度加快，弧长变短，影响气体保护的效果，从而出现气孔缺陷。
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图4 不同焊接条件下焊缝外观形貌
4 结论
对于3 mm厚度的低碳钢板材对接焊缝的焊接试验结果表明，焊接电流和焊接速度的变化均会影响焊缝质量。其中，焊接速度的变化对焊缝宽度和高度的影响较大，焊接电流变化对其影响较小，但是焊接电流的增大导致气孔和夹渣缺陷严重。所以在本试验中，当焊接电流为120 A时，焊缝效果较好，在考虑生产效率的前提下，焊接速度宜选用60 cmmin。
参考文献
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