弧焊机器人焊接工艺参数与焊缝质量的关系.ppt

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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 以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体。

2、,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MIG焊）,熔滴上的作用力,F,离,流,一、表面张力（F）,二、重力（F）,三、电磁收缩力（

3、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,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

4、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 100C）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

5、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 s（MPa）b（MPa）（%）Akv（J）焊接方法(常温）（-29）CO2 460 560 32 110 70MAG 520 600 31 160 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+510%CO2 随着CO2含量的降低，

6、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+25%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+510%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

7、，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=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

8、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；

9、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

10、，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

11、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

12、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9

13、0120）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：=B/h(一般大于1.0

14、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（）,焊缝宽度(B),热影响区（HAZ),焊缝熔深（h),机器人焊接0.8焊丝送丝软管的更换,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0.8/0.6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

15、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

16、,钢自行车、电动车架机器人断续焊接焊缝外观（每一英寸911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,前三角架焊接施工结果,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工艺,钢自行车架机器人MAG焊接焊缝（无鱼鳞片）,连续焊接焊缝,连续焊缝可大幅提高生产效率，增强焊缝疲劳强度。使用机器人可保证焊接质量，有效降低

17、劳动力成本。尤其适用以出口为主的自行车企业，电动车内藏焊缝以及对疲劳强度要求更高的电动自行车企业。,钢自行车架叉机器人直流TIG自动填丝焊接,钢自行车架叉鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接,铝合金自行车架焊缝的机器人TIG自熔修整焊接,手工焊接的车架焊缝成形质量差，再由机器人钨极氩弧焊（TIG）自熔修整，外观焊缝漂亮美观，质量优异。,铝合金手工焊缝成形后,机器人TIG自熔修整后,机器人TIG自熔修整后焊缝美观,机器人TIG自熔修整焊接作业,铝合金自行车架机器人交流TIG焊接焊缝,铝合金自行车架鱼鳞纹焊缝的机器人TIG焊接,铝合金自行车架机器人交流TIG焊接焊缝,铝合金自行车架焊接接头疲劳强度20万次

18、无开裂,镁合金自行车架旋转填丝机器人TIG焊接,镁合金自行车架机器人交流TIG焊接焊缝,镁合金自行车架焊接接头疲劳强度22万次无开裂,铝合金自行车架机器人脉冲MIG焊接焊缝，焊接效率是手工TIG焊的3倍，且熔深大，强度高。,铝自行车架机器人MIG焊接的进展,车架前三角焊缝喷漆后的效果,双脉冲焊接鱼鳞纹焊缝,双脉冲焊接车架鱼鳞纹,工件施工结果,焊接条件脉冲（低脉冲）A:170A 21.8V 0.19secB:50A 14.3V 0.26sec40cm/min,初始端,结束端,十几段参数不同,双脉冲焊接状态中间不断弧,TA机器人塔机焊接系统,8台机器人每层每道的相同焊缝统一了工艺参数，焊缝成型好，

19、飞溅小；焊缝饱满，其一致性好，无端部溢流现象，实现了标准化焊接，焊接效率提高。,无锡威孚力达机器人对应,使用308L实心奥氏体不锈钢焊丝，焊接409铁素体不锈钢汽车净化器和消声器产品。原用机器人摆动焊接，焊缝成型不好，且焊接效率还低 通过实验和评定，1400机器人配装400GE2电源，用“软性”脉冲电弧，可以不用摆动焊接，只要提高电弧电压，也能保证焊缝宽度；而且飞溅小，焊接效率高。采用直缝高电压焊接工艺参数焊接，焊缝质量和效率都明显高于摆动焊接方法，用户非常满意。总公司的领导要求与唐山松下建立“战略伙伴关系”，建立长期紧密的合作关系，为威孚力达公司提供全方位的焊接技术支持、员工培训和技术指导，共同发展，到今年初实现具有松下弧焊机器人32台套的规模。,解析焊接工艺难题的步骤,已知条件：母材成分及牌号、板厚（管直径及壁厚）、接头形式、焊接位置、焊接质量要求 等。解题要素：工艺案例+资料查询+实践经验+焊接实验+综合分析求知：焊接方法（焊机选型）、焊接材料（种类及规格）、焊接工艺参数、质量控制要点、论证：质量、效率、成本三方面工艺方案比较选定最佳方案,谢谢大家,