弧焊机器人焊接工艺参数与焊缝质量的关系

电弧焊接工艺及工程案例—与大家一起探讨松下焊接（中国）技术应用中心2008.1.弧焊机器人焊接工艺参数与焊缝质量的关系——一切为了用户满意电弧焊接的主要内容弧焊电源（焊机）弧焊机器人（执行机构）建立稳定的电弧特性焊丝熔化及稳定的熔滴过渡母材的熔化及熔池的建立形成焊缝及焊接接头焊缝及热影响区的组织与性能的变化符合各项技术标准的焊接结构・电弧：在两极间产生强烈而持久的气体放电现象。・母材：被焊接金属。・熔滴：焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴。・熔池：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。・保护气体：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体。保护气体焊丝母材熔池焊道导电嘴保护气体溶滴电弧焊丝的熔化及熔滴过渡焊丝熔化热源电弧热电阻热焊丝熔化特性熔化速度Vm与电流I之间的关系影响熔化特性的因素焊丝成分焊丝直径干伸长度极性熔滴过渡的形态（颗粒射流）保护气体介质（MAGCO2）熔滴过渡的几种形式：短路过渡焊丝与熔池的短路频率20~100次/S短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。渣壁过渡（颗粒过渡）（药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊）滴状过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡）喷射过渡脉冲射滴过渡射流过渡亚射流过渡（铝及铝合金MIG焊）熔滴上的作用力FgFσFcjFc气电流线等流离流一、表面张力（Fσ）二、重力（Fσ）三、电磁收缩力（Fcz）四、等离子流力五、斑点压力六、短路时所颈爆破力子Fcz熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的CO2/ＭＡＧ焊接（短路过渡）脉冲ＭＩＧ/ＭＡＧ焊接焊丝头与母材发生短路并向前过渡熔滴从焊丝头滴落并向前过渡（射滴过渡）熔滴过渡:CO2/MAG焊接、脉冲MIG/MAG焊接脉冲频率和熔滴过渡频率有三种电弧状态最佳状态：一脉一滴（脉冲频率和熔滴过渡频率一致）可用状态：一脉多滴（脉冲频率低于熔滴过渡频率）不可用状态：多脉一滴（脉冲频率高于熔滴过渡频率）此时飞溅大，脉冲电弧不稳定。注：熔滴过渡频率与焊丝成分、混合气体比例、电流大小等因素有关熔滴喷射过渡的必要条件纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG）（CO2焊接无法实现喷射过渡，不宜用二氧化碳保护气体的脉冲焊来焊接钢材，因为这种保护气体在脉冲阶段的电弧力不利于熔滴分离。）焊接电流超过喷射过渡的临界电流（如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I320A）低于临界电流时采用脉冲熔化极电源，呈现“脉冲射滴过渡”形式母材熔化与焊缝成形焊缝熔池的特点：体积小、温差大、冷速快、温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770±100°C）在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡（熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）。焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分之外，还与焊接方法和焊接规范而确定的熔合比有关熔池的形状（椭圆、半个鸭蛋型）熔深熔宽熔池长度余高焊接接头的三个组成部分焊缝区柱状组织晶粒粗大组织偏析熔合区与母材联生结晶热影响区（非淬火钢）1、过热区（粗晶区）2、正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）3、部分相变区（不完全重结晶区）4、再结晶区MG-51T实心焊丝的适用范围屈服强度抗拉强度延伸率冲击韧性σs（MPa）σb（MPa）δ（%）Akv（J）焊接方法(常温）（-29℃）CO24605603211070MAG5206003116090二元混合气体：70%Ar+30%CO2（C-30）适合于短路过渡下的全位置焊接。80%Ar+20%CO2（C-20）最常用的典型混合气体。Ar+5—10%CO2随着CO2含量的降低，焊缝表面的润湿性降低，适合于低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。Ar+2—5%O2氩气中加入微量的氧可提高电弧的稳定性，明显降低熔滴和熔池的表面张力，减少咬边缺陷。适合于喷射过渡及脉冲过渡；适合于平焊及平角焊。三元混合气体：Ar+5—10%CO2+1—3%O2此类三元混合气体集中了Ar、CO2、O2三种气体各自的优点，电弧更加稳定，焊缝熔深、熔宽适中，成形美观。焊接各种厚度的碳钢、低合金钢、不锈钢，不论哪种过渡形式都具有多方面的适应性，称为“万能”混合气体。Ar+10—20%CO2+5%O2适合于碳钢及低合金钢焊丝的喷射过渡及脉冲过渡。焊接工艺评定：验证焊接工艺的正确性，合理性。为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺，并对焊接施工工艺进行确定与指导。焊接工艺评定方法：抗裂性试验工艺评定任务委托技术书（材质，工艺，数量，周期）模拟试件焊接试件物理.化学性能试验工艺评定报告（PQR）焊接工艺规范（WPS）焊接工艺作业指导书其它重要焊接工艺内容：母材组织与性能焊前工件予热控制层间温度控制焊接线能量[Q=Ⅰ×U/V(J/CM)]后热处理---消氢处理焊后热处理(改善组织、消除应力)其它工艺要素:母材规格（板厚S、管Φ×S）坡口形式（IVYXUK等）接头类别：板状、管状、管板状、接头形式：对接、角接、T字接、搭接、焊接位置：平焊、立焊、横焊、仰焊、垂直固定水平固定等焊接检验外观检查无损探伤□Χ射线探伤（RT）□超声探伤（UT）□渗透探伤（PT）□磁粉探伤（MT）焊接缺欠分类：成型缺欠：咬边、焊瘤、余高、未焊透，错边、焊脚尺寸不足、变形结合缺欠：裂纹、气孔、未熔合性能缺欠：硬化、软化、脆化、耐蚀性恶化、疲劳强度下降弧焊机器人焊接的优越性高效、高速度的焊接焊接速度是机器人焊接最重要的参数；一般地说，低的焊速，规范调节很容易。机器人焊接追求的目标：0.6—1.5米/min；焊速越高，参数的组合越困难；不仅调节焊接参数，焊枪的前倾角（行走角），焊丝的干伸长度等均有很大的影响。高质量、高品位的焊接；一致性好的焊接；连续性的焊接；精细化的焊接；人工成本低廉的焊接；妨碍机器人焊接应用的问题工件前期下料装配精度的高要求重复装配精度≤0.2；最大偏差≤0.5。传统切割下料工艺无法满足其精度要求。全位置、多功能夹具的高精度要求；精密跟踪--给机器人装上“眼睛”的精细控制焊接技术滞后；等等机器人焊接试验的程序和步骤熟悉图纸和焊接技术标准，与用户详细交流技术要求。根据母材成分，确定焊材（焊丝牌号、直径、气体成分）。根据板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、确定初期焊接工艺规范参数（焊接工艺评定任务书）。按照“焊接工艺评定任务书”中设定的工艺模式，焊接试件，详细记录实际的焊接工艺参数。按照技术标准进行外观检验和内部缺陷检验。初期试焊不合格，分析原因，采取工艺改进措施，调整参数，再次或多次试焊；直到焊接出合格焊缝为止。总结焊接过程的全部工艺参数，编写出“焊接工艺评定报告书”，“焊接工艺规程（WPS)”，应用于实际生产焊接。焊接试件是保证机器人焊接质量的重要环节机器人焊接工艺规范不是推导出来的，而是试验出来的。不同的材料、不同的焊接位置，工件的焊接规范是不同的。在几十种焊接规范组合中，寻找最快的焊接效率、最好的熔宽和熔深、理想的余高和合格的焊缝质量（外观成形美观、内部缺陷少等等），是一项十分艰苦的工作。工作试件的选择一定要与实际工件具有相同的导热特性、夹具特性、材料特性、环境特性、设备特性等等。合格焊缝的判据—用户的质量技术标准合格焊缝的必备条件非合格焊缝的分析方法常见焊接缺陷的原因分析及如何解决的工艺措施。调试过程中传递信息的标准化，交流时的正确无误性。外观检验常见缺陷：成型不良（余高过大、焊道窄小）、咬边、气孔、未熔合等的解决办法。对焊接概念的深刻理解综合各种焊接电源参数定义，需要理解以下基本概念：1、焊接电流（送丝速度）9.焊丝直径选择2、焊接电压和焊接电压的修正10.保护气体成分和流量3、焊接速度（线能量）11.焊枪摆动轨迹4、干伸长度12.摆枪宽度5.焊接接头位置（平、立、横、仰）13.摆枪频率6、跟踪偏移量（焊丝指向位置）14.两侧停留时间7.焊枪工作角15、焊接脉冲电流8、焊枪前倾角（焊枪行走角）16、焊接基值电流17、脉冲频率根据工件具体情况，分析热输入和负面影响哪个是主要矛盾？来决定参数的设置；没有绝对的正确和错误，根据实际情况，制定向有利的因素去发展，是你对参数理解的直接考验。焊接工艺参数与焊缝成形的关系熔深(h)–电流越大，H越深。熔宽（B)–电压高，B增加。熔池长度（L)—焊速越快，L越长。余高(e)--电流越大，e越高。焊速越慢，e越高。熔池长度（L）熔深（h）熔池宽度（B）余高（e）熔池俯视图熔池横断面图焊接工艺规范与焊缝成形的关系焊速越快，h越浅；B越窄。电压高，h浅；同时e越小。下坡焊，熔深小；爬坡焊，熔深大。焊枪行走角越大（如90~120°）熔深越大。熔池长度（L）熔深（h）熔池宽度（B）余高（e）熔池俯视图熔池横断面图焊枪行走角焊接方向焊枪角度及位置与焊缝成形的关系铝焊接时焊枪角度钢焊接时焊枪角度圆筒体环缝焊接工件呈不同角度时对焊缝成形的影响焊枪行走角不同时对焊缝成形的影响焊枪工作角不同时对焊缝成形的影响焊丝指向位置不同时对焊缝成形的影响焊丝干伸长度不同时对焊缝成形的影响焊接金属的熔合比（r)焊丝熔化量Fs母材母材熔化量Fm熔合比——焊缝金属中母材熔化量的百分数公式：r=Fm/Fm+Fs（%）母材焊缝宽度焊缝形状系数——焊缝宽度与焊缝深度的比值公式：Ψ=B/h(一般大于1.0—1.3，对防止裂纹有利）综合机械性能--多层多道焊优于单层焊，因为前道焊缝对后道焊缝是预热，后道焊缝对前道焊缝有退火作用，防止产生淬硬组织。焊缝形状系数（Ψ）焊缝宽度(B)热影响区（HAZ)焊缝熔深（h)机器人焊接Φ0.8焊丝送丝软管的更换内径Φ1.7送丝管适合Φ1.2焊丝内径Φ1.5送丝管适合Φ1.0焊丝内径Φ1.2送丝管，适合Φ0.8/Φ0.6焊丝1、送丝稳定性明显改善，尤其是焊枪电缆弯曲度较大时，较原粗送丝管送丝性能好。2、引弧成功率几乎100%，引弧时的飞溅物减少。3、焊缝合格率有较大的提高。镀锌板MAG焊气孔原因分析机人环法料焊接经验分析能力应变能力基础知识引弧特性夹具精度送丝稳定性送丝软管导电嘴锌蒸发表面油.水.锈装配精度间隙下料精度焊枪行走角焊枪工作角收弧参数焊接参数焊丝指向位置干伸长度电流电压焊速湿度温度风力交流内容目录碳钢车架鱼鳞纹（断弧焊）的机器人MAG焊接工艺碳钢车架机器人连续焊接工艺碳钢架叉鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接工艺铝合金车架机器人TIG自熔修整工艺铝合金、镁合金车架机器人TIG旋转填丝脉冲焊接工艺铝合金车架机器人MIG低脉冲（双脉冲）焊接工艺钢自行车架手工TIG焊缝的常见焊接缺陷自行车车架采用机器人进行焊接以往手工TIG焊接机器人焊缝整齐鱼鳞纹明显没有飞溅机器人鱼鳞纹焊接钢自行车、电动车架机器人断续焊接焊缝外观（每一英寸9—11个鱼鳞片）钢自行车机器人断弧（鱼鳞纹）焊缝自行车架鱼鳞纹焊缝—机器人断续焊接工艺焊接方法MAG焊神钢焊丝直径1.0气体80％Ar＋20％CO2焊机配置TB-1400机器人350GR3电源焊接规范焊接电流95A电弧电压17V焊接速度0.5m/min鱼鳞焊缝焊接时间0.23秒移动距离2.3mm材料低碳钢板厚1.5mm-2.5mm焊道外观说明一次装夹，一次焊接完成前三角架焊接施工结果焊接方法MAG焊神钢焊丝直径1.0气体80％Ar＋20％CO2焊机配置TB-1400机器人350GR3电源焊接规范焊接电流105A电弧电压17.5V焊接速度0.5m/min鱼鳞焊缝焊接时间0.23秒移动距离2.3mm材料低碳钢板厚1.5mm-2.5mm焊道外观说明水平放置，需翻转，两次焊接完成。电动车前叉焊接施工结果松下机器人在自行车行业形成规模天津某自行车公司焊接工件：电动自行车架机器人配置：TA1400+350GR3订购安装使用了松下机器人36台套，远期70余台套钢自行车叉架的连续焊缝钢自行车机器人连弧焊机器人焊接质量好效率高（每件72秒）自行车架叉—机器人连续焊接