淺談焊接機(jī)器人使用MAG 焊接不同工藝參數(shù)對焊縫熔深的影響

呂忙忙，紀(jì)曉琦

（科樂收農(nóng)業(yè)機(jī)械（山東）有限責(zé)任公司，山東 高密 261500）

1 實(shí)驗(yàn)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(xué)成分詳見表1；焊絲機(jī)械性能詳見表2；母材S700MC（EN10149）化學(xué)成分詳見表3；保護(hù)氣體：80%Ar+20% CO2，保護(hù)氣體流量：25L/min；機(jī)器人使用：Motoman NX100，Motoman 焊接機(jī)器人是世界先進(jìn)的焊接機(jī)器人，本實(shí)驗(yàn)使用的型號為：NX100，圖1 為Motoman 焊接機(jī)器人待機(jī)時的整體圖片，圖2 是Motoman 焊機(jī)機(jī)器人的銘牌，詳細(xì)說明了工作時的參數(shù)；電源使用：TransPlus Synergic 5000。

圖1 Motoman 焊接機(jī)器人整體圖

圖2 Motoman 焊接機(jī)器人參數(shù)銘牌圖

表1 焊絲化學(xué)成分表

表2 焊絲機(jī)械性能表

表3 S700MC 化學(xué)成分表

本實(shí)驗(yàn)選用的焊材為ESAB 品牌的焊絲，其化學(xué)成分如表1 所示，符合EN ISO 16834-A 標(biāo)準(zhǔn)要求，其機(jī)械性能如表2 所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)覆臑樯虾氫摰腟700MC，符合標(biāo)準(zhǔn)EN10149，其化學(xué)成分如表3 所示。

實(shí)驗(yàn)步驟簡單概括如下，按照下表設(shè)定焊接機(jī)器人的工藝參數(shù)，將實(shí)驗(yàn)用鋼板固定在夾具中，進(jìn)行焊接機(jī)器人的施焊過程。主要步驟為：開啟電源以及保護(hù)氣體（80%Ar+20% CO2混合氣體）→焊接初始化→參數(shù)設(shè)定及焊接機(jī)器人的編程→施焊。重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)過程，完成所有實(shí)驗(yàn)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(jìn)行清洗，后使用4.0% 濃度的硝酸溶液進(jìn)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(zhǔn)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(shù)學(xué)建模及分析

按照表4 的實(shí)驗(yàn)參數(shù)共需進(jìn)行54 組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后排除不良的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得到下列宏觀金相照片。測量其焊縫熔深后，根據(jù)多組金相照片可以得出較為直觀的數(shù)學(xué)模型。

表4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

按圖4 所示的實(shí)驗(yàn)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(jù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)這些的數(shù)學(xué)模型可以很好地發(fā)現(xiàn)規(guī)律和預(yù)測中間數(shù)值的焊縫熔深情況。

通過圖5、圖6 和圖7 三組折線圖和實(shí)際焊接實(shí)驗(yàn)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(jìn)行多次試驗(yàn)，經(jīng)過篩選得到熔深數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)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(jù)熱輸入的計(jì)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(shí)際生產(chǎn)活動中，當(dāng)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(nèi)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了MAG 焊接過程中焊接參數(shù)對焊縫熔深的影響。實(shí)驗(yàn)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(xué)性能受到影響，因而需要選用合適的焊接參數(shù)，保證適當(dāng)?shù)臒彷斎?。以?shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)觀察，數(shù)據(jù)中總結(jié)出的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢杂行У刂笇?dǎo)調(diào)整焊接過程中的參數(shù)，從而得到較好的焊縫熔深以及焊縫質(zhì)量。