武钢中冶工业技术服务有限公司 430081
摘要：运用焊接机器人全自动完成轧机牌坊中弯辊缸安装面堆焊。通过反复试验，确定了不同堆焊厚度相关起弧、收弧、焊接中的相关参数，通过编程实现了焊接等腰梯形面积、避开螺孔等要求，较手工堆焊效率提升300%，堆焊质量显著提高。
关键词：焊接机器人；编程；参数；效率提升
1背景
在轧机修复堆焊中，原始手工堆焊面高点与低点差较大，为了保证加工量，需要增加焊层厚度，即增大了焊量，也增加了加工量与难度。手工焊在粗加工后绝大多数还要重新进行补焊，重新进行加工。效率非常低，施工工期长，项目成本高，市场竞争力低。手工焊会产生大量烟尘与强烈的电弧光，再加上长期的低头弯腰的工作姿势，对焊接工人身体健康损害较大[1]。焊接机器人全自动焊接应用于轧机修复势在必行。
2 焊接机器人应用于轧机修复中面临的问题
堆焊厚度相同，手工焊相关参数不完全适用于焊接机器人。堆焊面的形状根据修复要求多变，除矩形外，还存在等腰梯形、直角三角形、直槽口、椭圆形、半圆形等。焊接面中还存在多个螺孔，影响焊接的连续性。怎样有效避开螺孔实现连续焊接、怎样编程实现多形状焊接，这些问题亟待解决。
3 解决思路
3.1在焊接机器人应用于轧机修复前，通过大量试验重新确定影响堆焊质量和厚度的相关参数，包括起收弧、焊接过程中的电压、电流、送丝速度、焊丝种类选择、焊丝直径、电弧特性、焊接方法等参数，共计21个。结合轧机修复的实际情况,轧机材质绝大部分是ZG230-450，极少部分是球墨铸铁QT350-22[2]，我们选定直径为1.2mm的实芯碳钢焊丝，采用成分为80%Ar+20%CO2保护气。参考其他文献资料[3]，起弧和收弧的相关参数如表1所示。
表3.1.1起弧、收弧焊接参数明细表
焊机参数 电流（A） 电压（V） 电压修正（±） 送丝速度（m/min) 送丝百分比 其余值(电弧特性、秒）
起弧参数 263 28.1 0 9.1 110% 0
收弧参数 224 23.7 0 7.1 85% 0
主要探索在直流、2步、一元情况下，焊接过程中电压、电流、焊接速度对堆焊质量的影响。因为焊接过程中的电压、电流由机器人示教器[4]中的程序进行控制，$ANOUT[1]电压、$ANOUT[2]电流范围为0-1。焊接过程中，在一元的模式下，电流电压会进行匹配，所以选择参数如表3.2所示。
3.2为满足堆焊面多形状的要求，针对每一种堆焊面形状，需同步配备一个编程。反复验证后的成熟程序方可应用于现场检修，而一个成熟的程序需经过提出焊接路线设想、编程、执行编程、修订程序、质量评判等5个步骤。典型的程序如下。
表3.1.2焊接过程中焊接参数明细表
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3.2.1焊接矩形
堆焊一个300mmX300mm的立面，焊接路线如图3.2.1所示。选定从底边焊起，在第一点起弧，走直线前后经过第二点，第二点收弧，第三点起弧，走直线经过第四点，第四点收弧。4个点构成一个循环。第一点往上偏移5mm[5],重复循环，循环60次。
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如图3.2.1
编辑程序3.2.1.如下：
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3.2.2焊接等腰梯形
堆焊一个底边为300，高为300，另外一边为120的等腰梯形立面，焊接路线如图3.2.2所示。选定从底边焊起，在第一点起弧，走直线前后经过第二点，第二点收弧，第三点起弧，走直线经过第四点，第四点收弧。接着，第一、四点往上偏移5mm、往右偏移1.5mm,第二、三点往上偏移5mm、往左偏移1.5mm。4个点构成一个循环。从第一点开始重复循环，每一次较上一次的偏移量不变，循环60次。
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如图3.2.2
编辑程序3.2.2.如下：
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3.2.3焊接面积为1/4的半圆。
堆焊一个Φ160mm的1/4的半圆立面，焊接路线如图3.2.3所示。选定从最外半圆焊起，在第一点起弧，第一点为圆弧起点，第二点为圆弧辅助点，第三点为圆弧终点，第三点收弧，第四点起弧，第五点为圆弧辅助点，第六点收弧。接着，第一右偏移5mm、第三点往下偏移5mm、第二点偏移点为Φ150mm第一点偏移点第三点偏移点之间任意一点。6个点构成一个循环。从第一点开始重复循环，每一次较上一次的偏移量不变，循环15次。
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图3.2.3
编辑程序3.2.3.如下：
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4试验结果
经过48次焊接过程中无故障焊接，我们发现了堆焊面最低厚度保证在5mm、4mm、3mm、2mm以上的相关焊接参数，如表4.1所示，堆焊质量如图4.1所示。
表4.1不同堆焊厚度相关焊接参数明细表
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堆焊厚度≥5mm
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堆焊厚度≥4mm
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堆焊厚度≥3mm
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堆焊厚度≥2mm
图4.1
在对程序实行反复校对和验证，我们实现了矩形面焊接、等腰梯形面焊接、等腰直角、1/4圆弧面焊接、躲避螺孔焊接。堆焊质量如图4.2所示。
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矩形面焊接
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等腰梯形面焊接
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直角三角形焊接
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1/4圆面积焊接
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躲避螺孔焊接
5结论及展望
5.1结论
同样的堆焊质量，手工焊接参数不适用于焊接机器人焊接，机器人焊接大大降低了焊接工作的劳动强度，提高焊接速度及质量，并能焊接不同形状的焊接面，可躲避螺孔，实现全自动焊接，适用于牌坊加工修复。
5.2展望
在焊接立面矩形状焊接面， 对于不同堆焊厚度的焊接参数，不适用于立面1/4圆弧焊。机器人在焊接圆弧时，焊接质量不高。需寻求其他的方式解决。