一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法与流程

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法。

背景技术：

焊接是一种常见的连接方式，常用于各种钢材之间的固定，而角焊缝是焊接中一种较常见的焊缝形式，可以单独用于焊接两块母材，也可以与对接焊缝构成组合焊缝共同连接两块母材。

在焊接过程中，通过在两个相互垂直的表面之间焊接角焊缝可以降低材料的应力集中，在现有的角焊缝焊接中，大都采用了多层多道的焊接方法，即焊接有多层焊道，每层中又有多条焊道，其中，对于焊道的层数、每一层焊道的数量以及相邻焊道的偏移量的选择，大都根据经验而定，最终导致焊缝粗糙，焊接质量差，使得无法充分降低材料的应力集中，还加大了后期的焊缝打磨的工作量。

技术实现要素：

为了提高角焊缝的焊接质量，本发明实施例提供了一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法，适用于焊接第一母材的第一焊接面和第二母材的第二焊接面，所述第一焊接面和所述第二焊接面相互垂直，所述方法包括：

确定焊道的焊道宽度a和焊道高度b；

确定所述角焊缝的焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂；

确定焊接层数N，所述焊接层数N满足公式：

确定第n层的焊道数量R，n为整数且0＜n≤N，所述焊道数量R满足公式：

$R=\frac{{\mathrm{nH}}_1}{H_2};$

确定相邻两层焊道中的第1条焊道在垂直于所述第一焊接面的方向上向远离所述第一焊接面一侧偏移的异层焊道垂向偏移量ΔY₀，所述异层焊道垂向偏移量ΔY₀＝b；

确定第n层中的第r条焊道相对于第r-1条焊道在垂直于所述第一焊接面的方向上向靠近所述第一焊接面一侧偏移的同层焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R，所述焊道垂向偏移量ΔY_n满足公式：

${\mathrm{\ΔY}}_n=\frac{b(n-1)}{R-1};$

确定第n层中的所述第r条焊道相对于所述第r-1条焊道在平行于所述第一焊接面的方向上向远离所述第二焊接面一侧偏移的同层焊道横向偏移量ΔX，所述同层焊道横向偏移量ΔX满足公式：

$\mathrm{\Δ}X=(\frac{1}{2}~\frac{2}{3})a;$

根据所述异层焊道垂向偏移量ΔY₀、所述同层焊道横向偏移量ΔX和所述同层焊道垂向偏移量ΔY_n控制所述弧焊机器人在所述第一焊接面上依次焊接第1层焊道至第N层焊道，且各层所述焊道中的第1条焊道紧挨着所述第二焊接面。

优选地，所述确定焊道的焊道宽度a和焊道高度b，包括：

采用确定的焊接工艺参数进行试焊，以得到测试焊道；

测量所述测试焊道，以得到所述焊道宽度a和所述焊道高度b。

进一步地，所述焊接工艺参数包括焊丝的直径、焊丝的种类、焊接电流、焊接电压、焊接速度、保护气体成分和保护气体流量。

更进一步地，所述焊丝的直径为1.2mm，所述焊丝为ER50-6焊丝，所述焊接电流为260～280A，所述焊接电压为28～32V，所述焊接速度为35～45cm/min，所述保护气体成分为Ar和CO₂，且Ar和CO₂的体积比为41：9，所述保护气体流量为20～25L/min。

可选地，所述第一母材和所述第二母材中的至少一个开设有坡口，所述坡口通过对接焊缝连接，所述焊缝宽度H₁与所述对接焊缝的宽度相同，所述焊缝高度H₂为0.3H₁～0.7H₁。

优选地，所述坡口为单边J型坡口，所述坡口的两侧之间的夹角为28°～32°。

可选地，在焊接所述对接焊缝时，在所述第一母材和所述第二母材的背向所述坡口的一侧设置有衬垫，所述衬垫对应所述坡口的位置设置。

优选地，所述第一母材和所述第二母材均未开设有坡口，所述焊缝高度H₂为所述第一母材和所述第二母材中厚度较小的母材的厚度的0.7～0.8倍，所述焊缝宽度H₁为1.0H₂～2.0H₂。

可选地，在焊接所述第1层焊道至所述第N层焊道时，控制所述弧焊机器人以设定姿态进行焊接，所述设定姿态包括：

控制所述弧焊机器人的焊枪的喷嘴与所述第二焊接面之间的夹角为40°～50°，所述弧焊机器人的焊枪的焊丝伸出长度为17-19mm，所述焊丝与所述第二焊接面之间的最小间距为1～2mm。

优选地，在焊接完所述第N层焊道后，所述方法还包括：

对所述角焊缝进行打磨。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过确定焊道宽度a和焊道高度b，并确定角焊缝的焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂，再根据焊道宽度a、焊道高度b、焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂确定出焊接层数N、每一层的焊道数量、异层焊道垂向偏移量ΔY₀、同层焊道垂向偏移量ΔY_n和同层焊道横向偏移量ΔX，从而提高了最终形成的焊缝的质量，降低了材料的应力集中，减少了焊缝的打磨。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种焊缝示意图；

图4是本发明实施例提供的一种弧焊机器人的焊接姿态示意图；

图5是本发明实施例提供的一种焊枪的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种焊角缝截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法的流程图，该方法适用于焊接第一母材的第一焊接面和第二母材的第二焊接面，第一焊接面和第二焊接面相互垂直，如图1所示，该方法包括：

S11：确定焊道的焊道宽度a和焊道高度b。

S12：确定角焊缝的焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂。

S13：确定焊接层数N。

其中，焊接层数N满足公式：

S14：确定第n层的焊道数量R，n为整数且0＜n≤N。

其中，焊道数量R满足公式：

$R=\frac{{\mathrm{nH}}_1}{H_2}.$

S15：确定相邻两层焊道中的第1条焊道在垂直于第一焊接面的方向上向远离第一焊接面一侧偏移的异层焊道垂向偏移量ΔY₀。

该异层焊道垂向偏移量ΔY₀＝b。

S16：确定第n层中的第r条焊道相对于第r-1条焊道在垂直于第一焊接面的方向上向靠近第一焊接面一侧偏移的同层焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R。

其中，焊道垂向偏移量ΔY_n满足公式：

${\mathrm{\ΔY}}_n=\frac{b(n-1)}{R-1}.$

S17：确定每n层中的第r条焊道相对于第r-1条焊道在平行于第一焊接面的方向上向远离第二焊接面一侧偏移的同层焊道横向偏移量ΔX。

其中，同层焊道横向偏移量ΔX满足公式：

$\mathrm{\Δ}X=(\frac{1}{2}~\frac{2}{3})a.$

S18：根据异层焊道垂向偏移量ΔY₀、同层焊道横向偏移量ΔX和同层焊道垂向偏移量ΔY_n控制弧焊机器人在第一焊接面上依次焊接第1层焊道至第N层焊道，且各层焊道中的第1条焊道紧挨着第二焊接面。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过确定焊道宽度a和焊道高度b，并确定角焊缝的焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂，再根据焊道宽度a、焊道高度b、焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂确定出焊接层数N、每一层的焊道数量、异层焊道垂向偏移量ΔY₀、同层焊道垂向偏移量ΔY_n和同层焊道横向偏移量ΔX，从而提高了最终形成的焊缝的质量，降低了材料的应力集中，减少了焊缝的打磨。

图2是本发明实施例提供的另一种基于弧焊机器人的角焊缝焊接方法的流程图，如图2所示，该方法包括：

S21：确定焊接工艺参数。

具体地，焊接工艺参数可以包括焊丝的直径、焊丝的种类、焊接电流、焊接电压、焊接速度、保护气体成分和保护气体流量。

在本实施例中，焊丝的直径为1.2mm，焊丝为ER50-6焊丝，焊接电流为260～280A，焊接电压为28～32V，焊接速度为35～45cm/min，保护气体成分为Ar和CO₂，且Ar和CO₂的体积比为41：9，保护气体流量为20～25L/min，采用该焊接工艺参数焊接时所形成的焊道外形美观，打磨量小。

S22：确定焊道的焊道宽度a和焊道高度b。

具体地，S22可以包括：

S221：采用确定的焊接工艺参数进行试焊，以得到测试焊道。

S222：测量测试焊道，以得到焊道宽度a和焊道高度b。

其中，试焊即在一块与待焊接的母材材质相同的材料上进行焊接，以形成至少一条焊道。

由于采用不同的焊接工艺参数进行焊接时，形成的焊道也可能不同，通过试焊可以准确确定出在实际焊接时所形成的焊道的尺寸，在本实施例中，焊道宽度a为8mm，焊道高度b为4.5mm。

S23：确定角焊缝的焊缝宽度H₁和焊缝高度H₂。

可选地，第一母材和第二母材中的至少一个开设有坡口，坡口通过对接焊缝连接，在焊件的坡口面间或一焊件的坡口面与另一焊件端(表)面间焊接的焊缝，称为对接焊缝，图3是本发明实施例提供的一种焊缝示意图，如图3所示，在本实施例中，待焊接的两块母材3之间开设有坡口6，坡口6的两侧通过对接焊缝4连接，角焊缝7的焊缝宽度H₁与对接焊缝4的宽度相同，角焊缝7的焊缝高度H₂为0.3H₁～0.7H₁。

在本实施例中，对接焊缝4的宽度为38mm，焊缝宽度H₁取38mm，焊缝高度H₂取16mm。

在焊接完成后，坡口6处的应力集中比较大，通过在坡口6外加焊角焊缝7不仅可以增大焊接强度，同时可以有效降低坡口6处的应力集中。

进一步地，坡口6为单边J型坡口，坡口6的两侧之间的夹角为28°～32°，单边J型坡口通常用于对接焊缝。

此外，在焊接对接焊缝4时，在待焊接的两块母材3背向坡口6的一侧设置有衬垫5，衬垫5对应坡口6的位置设置，通过设置衬垫5确保坡口6焊透，同时有利于焊缝的成型。

S24：确定焊接层数N。

其中，焊接层数N满足公式：

实现时，采用进一取整的方式确定焊接层数N，例如在本实施例中，焊缝高度H₂为16mm，焊道高度b为4.5mm，得到焊接层数N应取4(计算得N＝3.56，进一取整为4)。

S25：确定第n层的焊道数量R，n为整数且0＜n≤N。

其中，焊道数量R满足公式：

$R=\frac{{\mathrm{nH}}_1}{H_2}.$

实现时，可以采用四舍五入的方式确定焊道数量R，在本实施例中，共有4层焊道，第1层焊道的焊道数量为2，第2层焊道的焊道数量为6，第3层焊道的焊道数量为8，第4层焊道的焊道数量为10。

S26：确定相邻两层焊道中的第1条焊道在垂直于第一焊接面的方向上向远离第一焊接面一侧偏移的异层焊道垂向偏移量ΔY₀。

该异层焊道垂向偏移量ΔY₀＝b。

在本实施例中，异层焊道垂向偏移量ΔY₀＝4.5mm。

S27：确定第n层中的第r条焊道相对于第r-1条焊道在垂直于第一焊接面的方向上向靠近第一焊接面一侧偏移的同层焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R。

其中，焊道垂向偏移量ΔY_n满足公式：

${\mathrm{\ΔY}}_n=\frac{b(n-1)}{R-1}.$

通过设置同层焊道垂向偏移量ΔY_n，使得相邻的两层焊道能够充分熔合，有利于提升焊缝质量。

具体地，在第1层焊道中，同层焊道垂向偏移量ΔY₁为0，在第2层焊道中，同层焊道垂向偏移量ΔY₂为1.5mm，在第3层焊道中，同层焊道垂向偏移量ΔY₃为1.8mm，在第4层焊道中，同层焊道垂向偏移量ΔY₄为1.9mm，计算时保留一位小数。

S28：确定每n层中的第r条焊道相对于第r-1条焊道在平行于第一焊接面的方向上向远离第二焊接面一侧偏移的同层焊道横向偏移量ΔX。

其中，同层焊道横向偏移量ΔX满足公式：

$\mathrm{\Δ}X=(\frac{1}{2}~\frac{2}{3})a.$

通过设置同层焊道横向偏移量ΔX，使得同一层中相邻的两道焊道能够充分熔合，有利于提升焊缝质量。

在本实施例中，ΔX为4.5mm。

S29：根据异层焊道垂向偏移量ΔY₀、同层焊道横向偏移量ΔX和同层焊道垂向偏移量ΔY_n控制弧焊机器人在第一焊接面上依次焊接第1层焊道至第N层焊道，且各层焊道中的第1条焊道紧挨着第二焊接面。

具体地，在焊接第1层焊道至第N层焊道时，控制弧焊机器人以设定姿态进行焊接，设定姿态包括：控制弧焊机器人的焊枪的喷嘴与第二焊接面之间的夹角为40°～50°，弧焊机器人的焊枪的焊丝伸出长度为17-19mm，焊丝与第二焊接面之间的最小间距为1～2mm。

图4是本发明实施例提供的一种弧焊机器人的焊接姿态示意图，如图4所示，控制弧焊机器人的焊枪1的喷嘴与第二焊接面之间的夹角A为45°，弧焊机器人的焊枪1的焊丝伸出长度L为18mm，焊丝2与第二焊接面之间的最小间距C为1～2mm，可以避免焊枪1与母材3出现碰撞。

图5是本发明实施例提供的一种焊枪的示意图，如图5所示，在实际焊接中，焊枪1上设置有导电嘴11，导电嘴11外还罩设有保护嘴12，焊丝2由导电嘴11中伸出，在本实施例中，焊丝2伸出长度L是指焊丝2伸出导电嘴11的长度，即包括位于导电嘴11和保护嘴12之间的焊丝2和伸出保护嘴12的焊丝2的总长度。

图6是本发明实施例提供的一种焊角缝截面图，如图6所示，在本发明实施例中，第1层焊道包括焊道11～12，第2层焊道包括焊道21～24，第3层焊道包括焊道31～36，第4层焊道包括焊道41～48，实现时，控制弧焊机器人保持设定姿态，焊丝距第二焊接面1～2mm处开始焊接第1层焊道，在焊接相邻两条焊道中较后的一条焊道时，根据同层焊道横向偏移量ΔX，控制焊丝在焊接上一条焊道时的位置的基础上向远离第二焊接面3b的方向移动ΔX，如此依次完成第1层焊道中的各焊道的焊接；在焊接第2层焊道的第1条焊道时，根据异层焊道垂向偏移量ΔY₀，控制焊丝在焊接上一层焊道的第1条焊道(此时为第1层焊道的第1条焊道)时的位置的基础上向远离第一焊接面3a的方向移动ΔY₀，在焊接第2层焊道的相邻两条焊道中较后的一条焊道时，根据同层焊道垂向偏移量ΔY₂，控制焊丝在焊接上一条焊道时的位置的基础上向靠近第一焊接面3a的方向移动ΔY₂，根据同层焊道横向偏移量ΔX，控制焊丝在焊接上一条焊道时的位置的基础上向远离第二焊接面3b的方向移动ΔX，如此依次完成第2层焊道中的各焊道的焊接，之后在焊接任意一层焊道的第1条焊道时，均控制焊丝在焊接上一层焊道的第1条焊道时的位置的基础上向远离第一焊接面3a的方向移动ΔY₀，在焊接该层焊道中的相邻两条焊道中较后的一条焊道时，根据同层焊道垂向偏移量ΔY_n，控制焊丝在焊接上一条焊道时的位置的基础上向靠近第一焊接面3a的方向移动ΔY_n，根据同层焊道横向偏移量ΔX，控制焊丝在焊接上一条焊道时的位置的基础上向远离第二焊接面3b的方向移动ΔX，如此完成第1层焊道至第N层焊道的焊接。

优选地，在完成第N层焊道后，该方法还可以包括：

S30：对角焊缝进行打磨。

通过打磨可以清除焊渣，降低焊缝表面的粗糙度，使焊缝更加美观。

在本发明的另一种实施例中，第一母材和第二母材均未开设有坡口，焊缝高度H₂为第一母材和第二母材中厚度较小的母材的厚度的0.7～0.8倍，焊缝宽度H₁为1.0H₂～2.0H₂，从而使得在直接采用角焊缝连接母材时，可以具有足够的焊接强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。