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1、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
2、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 （ MAG>CO2 ） 熔滴过渡的几种形式： 短路过渡焊丝与熔池的短路频率 20100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
3、MIG 焊） 熔滴上的作用力Fg F Fcj Fc 气 电流线 等 流 离 流一、表面张力（ F）二、重力（ F）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 脉冲 /焊接 CO2/焊接（短路过渡） 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）
4、 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?1.2实心焊丝 MAG焊时电流 I >320A ） 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
5、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（sMPa）b（MPa）（%）Akv （ J）焊接方法（常温）（ -29）CO2 460 56032110 70MAG 520 60
6、031160 90二元混合气体：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 + 13%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
7、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 + 1020%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
8、= 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 S）坡口形式 （ I V Y X U K 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 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
9、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： 0.61.5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；机器人焊接试验的程序和步骤 熟悉图纸和焊
10、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
11、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
12、数定义，需要理解以下基本概念：1、焊接电流（送丝速度）2、焊接电压和焊接电压的修正3、焊接速度（线能量）4、干伸长度5. 焊接接头位置（平、立、横、6、跟踪偏移量（焊丝指向位置7. 焊枪工作角8、焊枪前倾角（焊枪行走角）9. 焊丝直径选择10. 保护气体成分和流量11. 焊枪摆动轨迹12. 摆枪宽度仰） 13.摆枪频率） 14.两侧停留时间15、焊接脉冲电流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
13、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 90120）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
14、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： = B/h 一（ 般大于 1.01.3，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（ ） 焊缝宽度 （B）热影响区（ HAZ） 焊缝熔深（ h）机器人焊接 0.8焊丝
15、送丝软管的更换内径 1.7送丝管 适合1.2焊丝 内径 1.5送丝管 适合1.0焊丝 内径1.2送丝管， 适合 0.8/ 0焊.6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911个鱼鳞片）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
