CN110788450A - 一种中厚板双面双机器人t型接头立角焊不清根焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，包括以下步骤：装配T型接头；将焊枪的焊接轨迹设置为近似直角三角形，轨迹往复摆动并使得焊缝紧贴T型接头的侧壁和焊缝根部；采用熔化极气体，利用两把焊枪在T型接头的焊缝处双面共同焊接，并且焊接时两个焊枪一前一后交叉；其中，一面焊枪焊接时，另一面焊枪保持一定间距同速同向焊接。本发明能够解决现有技术在焊接时位置受限、焊接效率低、变形难以控制、背面需碳弧气刨清根、焊缝填充量大等诸多问题，相比于现有的焊接方法更为高效、高质、节能、降低耗材。此外，本发明能够提高焊接效率，减少焊接填充量并且将多次焊接整合成一次焊接。

Description

一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，更具体地说，涉及一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法。

背景技术

金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。

低合金高强钢结构在集装箱起重机、轮胎吊、龙门吊、散货机械、海上浮吊、船舶等装备中广泛应用。如：岸桥中前后大梁、上下横梁和立柱等结构钢材料为Q345或A709钢，而大梁结构板厚多为8-14mm。如图1a所示，传统T型接头全熔透焊接多采用手工电弧焊和半自动焊接，焊接效率低，在设计及施工上为单侧V型坡口或K型坡口，先焊接正面坡口、从反面碳弧气刨清根、刨槽、打磨、再进行焊接。这种工艺的缺点是工序多、生产周期长、生产效率低，并且工人劳动强度大、生产环境恶劣。中厚板钢结构T型接头以手工CO2气体保护焊进行全熔透焊接，焊后变形难以控制，校正困难，从而增加额外成本。

目前实现中厚板全熔透不清根的焊接工艺大多数以埋弧焊作为主要的研究方法，如专利CN104942412《一种埋弧焊中薄板背部不清根工艺》、专利CN104057176《不开坡口不清根I型全熔透焊缝钢结构件的方法》等。由于埋弧焊具有大电流大熔深的特点，易于实现全熔透不清根，但受到焊接位置的局限，只能适用于平焊(1F)。针对T型、工字型、H型等大型钢结构件实现立焊(3F)位置时，全熔透焊接就需要进行先翻转后焊接的工序，而类似大型箱梁结构不便于翻转。因此，现有技术为实现立焊只能人工进行施焊，焊接效率低，产生噪音及烟尘对工人身体造成极大伤害。

另一方面，中厚板T型接头结构钢实现立角焊(3F)全熔透焊接、并且采用CO2气体保护焊时，当板厚≥6mm时需要开坡口进行施焊，另外为了保证接头实现全熔透，需要背面碳弧气刨清根，再进行背面施焊。由此可见，现有技术工序多、周期长、焊接成本高，不易于实现自动化焊接。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，包括以下步骤：装配T型接头；将焊枪的焊接轨迹设置为近似直角三角形，轨迹往复摆动并使得焊缝紧贴T型接头的侧壁和焊缝根部；采用熔化极气体，利用两把焊枪在T型接头的焊缝处双面共同焊接，并且焊接时两个焊枪一前一后交叉；其中，一面焊枪焊接时，另一面焊枪保持一定间距同速同向焊接。

进一步地，T型接头装配时的根部间隙为0-3mm。

进一步地，T型接头装配时不开坡口。

进一步地，焊接轨迹设置为近似等腰直角三角形；在焊接轨迹上设置第一矢量点、第二矢量点和第三矢量点，其中第一矢量点和第三矢量点分别对应等腰直角三角形的两个锐角，第二矢量点对应等腰直角三角形的直角；焊接轨迹的摆动顺序为：第一矢量点-第二矢量点-第三矢量点。

进一步地，焊接轨迹在完成一次第一矢量点-第二矢量点-第三矢量点的焊接后进入下一个摆动周期，此时焊点位置前移，在新的初始位置进行下一个摆动周期。

进一步地，焊枪在每一个矢量点停留的时间为0.3s，焊枪的摆动速度为140-150cm/min。

进一步地，两把焊枪均采用直径为1.2mm的药芯焊丝，并采用99％的二氧化碳气体保护。

进一步地，焊枪焊接电弧间距为20-40mm。

进一步地，焊接电流为230-240A，电压为27-28V，焊速为11cm/min。

在上述技术方案中，本发明能够解决现有技术在焊接时位置受限、焊接效率低、变形难以控制、背面需碳弧气刨清根、焊缝填充量大等诸多问题，相比于现有的焊接方法更为高效、高质、节能、降低耗材。此外，本发明能够提高焊接效率，减少焊接填充量并且将多次焊接整合成一次焊接。

附图说明

图1a和1b是传统焊接方法和本发明焊接方法的对比示意图；

图2是本发明方法的流程图；

图3是本发明双面双弧焊接装配形式的示意图；

图4a和4b是焊枪三角形摆动顺序的示意图；

图5是本发明焊枪三角形摆动路径的一种实施例示意图；

图6是本发明双面交错立焊示意图的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明公开一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其与现有技术的主要区别可参照图1a和1b的对比图所示。在现有技术中，如图1a所示，待焊接的两块中厚板的厚度分别是T1和T2，当中厚板的板厚≥6mm时，焊接工艺需要开坡口进行施焊，因此图1a中厚度为T2板的尖端、与厚度为T1板相连接的地方开有坡口。与之相比，图1b中同样是相同的两块中厚板，但是厚度为T2的板与厚度为T1的板的连接处不开坡口，其保持T2的宽度。

参照图2，本发明所公开的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法的具体流程如下：

步骤1：坡口加工及装配

按照图1b所示装配T型接头，不开坡口，装配时根部间隙δ为0-3mm，如图3所示。

步骤2：设置焊枪摆动方式

如图4a和4b所示，设置空间矢量三点，分别定义为第一矢量点(矢量点1)、第二矢量点(矢量点2)和第三矢量点(矢量点3)，其中矢量点1和矢量点3分别对应直角三角形的两个锐角，矢量点2对应直角三角形的直角。

作为本发明的一种实施方式，将焊枪的焊接轨迹设置为近似等腰直角三角形，摆动顺序为矢量点1→矢量点2→矢量点3。三角形轨迹往复摆动并使得焊缝紧贴T型接头的侧壁和焊缝根部，由于摆动为往复循环式焊接，因此焊缝紧紧贴合侧壁与焊缝根部，可保证接头侧壁的熔合性与焊缝根部的熔透性。

作为本发明的另一种实施方式，参照图5，焊接轨迹设置为近似直角三角形。在本实施例中，焊接轨迹在完成一次矢量点1-矢量点2-矢量点3的焊接后进入下一个摆动周期，此时焊点位置前移，在新的初始位置进行下一个摆动周期，此时焊枪所形成的轨迹如图5所示。

步骤3：双面双弧交错焊接(FCAW)

如图6所示，采用熔化极气体保护焊，直径Ф1.2mm药芯焊丝焊接，99％的CO2气体保护。利用两把焊枪H1、H2在T型接头的焊缝处双面共同焊接，焊接时两把焊枪H1、H2一前一后交叉，焊枪H1、H2焊接电弧间距f＝20-40mm。通过控制焊枪H1、H2的间距，一面焊枪H1焊接时，另一面焊枪H2保持一定间距同速同向焊接，将根部完全熔合、熔透，并保证根部的气孔、夹杂浮出，从而实现不清根焊接。

下表所示为现有技术和本发明的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法的工艺对比表：

表1：新旧两种焊接方式的效率对比(焊缝1m)

表1中，药芯焊丝电弧焊FCAW为现有的焊接方式，即需要通过开坡口来实现焊接。双面双弧FCAW立焊是本发明公开的焊接方式，即不需要通过开坡口的方式进行焊接。通过表1的对比可以发现，本发明首先免于坡口加工，如此可以节省工艺加工的时间。

其次，本发明由于预先设定了空间矢量，并且焊枪的运行轨迹根据空间矢量来设定，如此一来可以有明确的焊接轨迹规划，从而明显降低焊材的使用量。通过表1可以看出，本发明的焊材使用量仅为现有焊接方法的一半左右。此外，由于本发明通过空间矢量设定了运行轨迹之后，焊接道数可以明显下降，这得益于通过编程的方式来自动控制焊枪的焊接运行轨迹。通过表1可以看出，焊接道数可以下降到现有技术的一半至三分之一。

第三，由于本发明采用了双面双弧交错焊接的工艺，使得焊接总时间有了大幅度的降低。由表1可以看出，本发明方法的焊接总时间为现有技术的六分之一左右，并且本发明的焊接方法不需要在道间进行停留焊接。采用了本发明的方法，得益于两把焊枪在两面保持一定间距同速同向焊接，此时根部完全熔合、熔透，并且根部的气孔、夹杂浮出，因此本发明在焊接后免于在中厚板焊接处的背面碳刨清根，这又是节省整体工艺时间之处。

上述技术方案相比于现有技术具有以下的优势：

1.本发明设计T型接头装配形式，如图1b所示，装配接头无坡口，装配间隙δ为0-3mm，板厚T适用于5-14mm。

2.本发明利用双面同时立焊，促进根部夹杂、气孔等浮出，有效地保证根部质量，背面不需碳刨清根。

3.本发明利用矢量库设计空间三点实现三角形摆动方式，可增加侧壁及焊缝根部熔深，保证侧壁及焊缝根部熔合良好，实现一次成形的焊接方式。

4.本发明的装配接头形式为无坡口，双面同时焊接，利用对称焊接的优势，有效地减少残余应力和变形，控制角变形程度，提高焊接精度。

5.本发明的T型接头双面双弧焊接效率比传统焊接提高3-4倍，无须加工坡口，可节省工时80-90％，节省焊材50％以上，减少能耗50％以上。

下面通过一个实施例来进一步说明上述技术方案。

以板厚10mm的低合金高强钢A709钢为例，实现双面双弧立向上不清根焊接。板厚为10mm，99％的CO₂气体保护，采用直径Ф1.2mm药芯焊丝。无坡口角度，装配形式如图1b所示，装配间隙0-3mm，双面同时立焊，两层两道同时焊接一次完成的焊接方式，背面无须碳刨清根。

1.焊前准备

按照图3样式对试板进行切割，无需加工坡口，装配时，根部间隙保持在0-3mm均可。焊前去除焊接位置周围20mm范围内的铁锈、油污。

2.设置摆动方式

焊接前设置矢量库空间三点，采用三角形摆动方式，机器人矢量库中坐标系遵循右手螺旋法则，矢量点1坐标为(4 0 0)，停留时间0.4s，摆动速度为140cm/min，矢量点2为(0-5.5 5.5)，停留时间0.3s，摆动速度为140cm/min，矢量点3为(0 5.5 5.5)，停留时间0.3s，摆动速度为150cm/min。

3.采用熔化极气体保护焊FCAW双面交错焊接

一面焊枪先开始焊，焊缝长度约20-30mm左右，另一面焊枪开始焊接两焊枪间距为20-30mm。焊接参数为：电流230-240A，电压27-28V，焊速11cm/min。

针对板厚10mm的低合金高强钢A709钢双面双弧不清根焊接，焊接过程稳定，焊缝成形良好，如图6所示，焊后无损探伤MT、UT均合格，实现中厚板不清根焊接。焊后变形小，可以有效的保证大梁内隔板与腹板T型焊接的精度。此外，通过本发明的上述方法进行的焊接产品，其宏观金相无任何缺陷，根部、侧壁均熔合良好，实现两层两道一次焊接成形。中厚板双面双弧立焊焊缝共2道，人工焊接共需4-6道，焊缝金属填充量为人工烧焊的52％。

综上所述，本发明针对中厚板T型接头立角焊全熔透焊接时位置受限、焊接效率低、变形难以控制、背面需碳弧气刨清根、焊缝填充量大等问题，提出一种高效、高质、节能、低耗材的中厚板双面双弧不清根立焊方法。采用本发明的焊接方法后，其生产效率比传统人工焊接提高3-4倍以上，焊接填充量减少0.7-0.9，背面不需碳刨清根、减小变形量、两层两道一次完成的焊接方式。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

装配T型接头；

将焊枪的焊接轨迹设置为近似直角三角形，所述轨迹往复摆动并使得焊缝紧贴T型接头的侧壁和焊缝根部；

采用熔化极气体，利用两把焊枪在T型接头的焊缝处双面共同焊接，并且焊接时两个焊枪一前一后交叉；其中，一面焊枪焊接时，另一面焊枪保持一定间距同速同向焊接。

2.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

所述T型接头装配时的根部间隙为0-3mm。

3.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

所述T型接头装配时不开坡口。

4.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

焊接轨迹设置为近似等腰直角三角形；

在所述焊接轨迹上设置第一矢量点、第二矢量点和第三矢量点，其中第一矢量点和第三矢量点分别对应等腰直角三角形的两个锐角，第二矢量点对应等腰直角三角形的直角；

所述焊接轨迹的摆动顺序为：第一矢量点-第二矢量点-第三矢量点。

5.如权利要求4所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

所述焊接轨迹在完成一次第一矢量点-第二矢量点-第三矢量点的焊接后进入下一个摆动周期，此时焊点位置前移，在新的初始位置进行下一个摆动周期。

6.如权利要求4所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

所述焊枪在每一个矢量点停留的时间为0.3s，焊枪的摆动速度为140-150cm/min。

7.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

所述两把焊枪均采用直径为1.2mm的药芯焊丝，并采用99％的二氧化碳气体保护。

8.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

焊枪焊接电弧间距为20-40mm。

9.如权利要求1所述的中厚板双面双机器人T型接头立角焊不清根焊接方法，其特征在于：

焊接电流为230-240A，电压为27-28V，焊速为11cm/min。

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