本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法。

背景技術(shù)：

焊接是一種常見的連接方式，常用于各種鋼材之間的固定，而角焊縫是焊接中一種較常見的焊縫形式，可以單獨(dú)用于焊接兩塊母材，也可以與對(duì)接焊縫構(gòu)成組合焊縫共同連接兩塊母材。

在焊接過程中，通過在兩個(gè)相互垂直的表面之間焊接角焊縫可以降低材料的應(yīng)力集中，在現(xiàn)有的角焊縫焊接中，大都采用了多層多道的焊接方法，即焊接有多層焊道，每層中又有多條焊道，其中，對(duì)于焊道的層數(shù)、每一層焊道的數(shù)量以及相鄰焊道的偏移量的選擇，大都根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定，最終導(dǎo)致焊縫粗糙，焊接質(zhì)量差，使得無法充分降低材料的應(yīng)力集中，還加大了后期的焊縫打磨的工作量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了提高角焊縫的焊接質(zhì)量，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法，適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：

確定焊道的焊道寬度a和焊道高度b；

確定所述角焊縫的焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂；

確定焊接層數(shù)N，所述焊接層數(shù)N滿足公式：

確定第n層的焊道數(shù)量R，n為整數(shù)且0＜n≤N，所述焊道數(shù)量R滿足公式：

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

確定相鄰兩層焊道中的第1條焊道在垂直于所述第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離所述第一焊接面一側(cè)偏移的異層焊道垂向偏移量ΔY₀，所述異層焊道垂向偏移量ΔY₀＝b；

確定第n層中的第r條焊道相對(duì)于第r-1條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側(cè)偏移的同層焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R，所述焊道垂向偏移量ΔY_n滿足公式：

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

確定第n層中的所述第r條焊道相對(duì)于所述第r-1條焊道在平行于所述第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離所述第二焊接面一側(cè)偏移的同層焊道橫向偏移量ΔX，所述同層焊道橫向偏移量ΔX滿足公式：

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

根據(jù)所述異層焊道垂向偏移量ΔY₀、所述同層焊道橫向偏移量ΔX和所述同層焊道垂向偏移量ΔY_n控制所述弧焊機(jī)器人在所述第一焊接面上依次焊接第1層焊道至第N層焊道，且各層所述焊道中的第1條焊道緊挨著所述第二焊接面。

優(yōu)選地，所述確定焊道的焊道寬度a和焊道高度b，包括：

采用確定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行試焊，以得到測(cè)試焊道；

測(cè)量所述測(cè)試焊道，以得到所述焊道寬度a和所述焊道高度b。

進(jìn)一步地，所述焊接工藝參數(shù)包括焊絲的直徑、焊絲的種類、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、保護(hù)氣體成分和保護(hù)氣體流量。

更進(jìn)一步地，所述焊絲的直徑為1.2mm，所述焊絲為ER50-6焊絲，所述焊接電流為260～280A，所述焊接電壓為28～32V，所述焊接速度為35～45cm/min，所述保護(hù)氣體成分為Ar和CO₂，且Ar和CO₂的體積比為41：9，所述保護(hù)氣體流量為20～25L/min。

可選地，所述第一母材和所述第二母材中的至少一個(gè)開設(shè)有坡口，所述坡口通過對(duì)接焊縫連接，所述焊縫寬度H₁與所述對(duì)接焊縫的寬度相同，所述焊縫高度H₂為0.3H₁～0.7H₁。

優(yōu)選地，所述坡口為單邊J型坡口，所述坡口的兩側(cè)之間的夾角為28°～32°。

可選地，在焊接所述對(duì)接焊縫時(shí)，在所述第一母材和所述第二母材的背向所述坡口的一側(cè)設(shè)置有襯墊，所述襯墊對(duì)應(yīng)所述坡口的位置設(shè)置。

優(yōu)選地，所述第一母材和所述第二母材均未開設(shè)有坡口，所述焊縫高度H₂為所述第一母材和所述第二母材中厚度較小的母材的厚度的0.7～0.8倍，所述焊縫寬度H₁為1.0H₂～2.0H₂。

可選地，在焊接所述第1層焊道至所述第N層焊道時(shí)，控制所述弧焊機(jī)器人以設(shè)定姿態(tài)進(jìn)行焊接，所述設(shè)定姿態(tài)包括：

控制所述弧焊機(jī)器人的焊槍的噴嘴與所述第二焊接面之間的夾角為40°～50°，所述弧焊機(jī)器人的焊槍的焊絲伸出長(zhǎng)度為17-19mm，所述焊絲與所述第二焊接面之間的最小間距為1～2mm。

優(yōu)選地，在焊接完所述第N層焊道后，所述方法還包括：

對(duì)所述角焊縫進(jìn)行打磨。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過確定焊道寬度a和焊道高度b，并確定角焊縫的焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂，再根據(jù)焊道寬度a、焊道高度b、焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂確定出焊接層數(shù)N、每一層的焊道數(shù)量、異層焊道垂向偏移量ΔY₀、同層焊道垂向偏移量ΔY_n和同層焊道橫向偏移量ΔX，從而提高了最終形成的焊縫的質(zhì)量，降低了材料的應(yīng)力集中，減少了焊縫的打磨。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊縫示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種弧焊機(jī)器人的焊接姿態(tài)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊槍的示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊角縫截面圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法的流程圖，該方法適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，如圖1所示，該方法包括：

S11：確定焊道的焊道寬度a和焊道高度b。

S12：確定角焊縫的焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂。

S13：確定焊接層數(shù)N。

其中，焊接層數(shù)N滿足公式：

S14：確定第n層的焊道數(shù)量R，n為整數(shù)且0＜n≤N。

其中，焊道數(shù)量R滿足公式：

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

S15：確定相鄰兩層焊道中的第1條焊道在垂直于第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離第一焊接面一側(cè)偏移的異層焊道垂向偏移量ΔY₀。

該異層焊道垂向偏移量ΔY₀＝b。

S16：確定第n層中的第r條焊道相對(duì)于第r-1條焊道在垂直于第一焊接面的方向上向靠近第一焊接面一側(cè)偏移的同層焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R。

其中，焊道垂向偏移量ΔY_n滿足公式：

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

S17：確定每n層中的第r條焊道相對(duì)于第r-1條焊道在平行于第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離第二焊接面一側(cè)偏移的同層焊道橫向偏移量ΔX。

其中，同層焊道橫向偏移量ΔX滿足公式：

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

S18：根據(jù)異層焊道垂向偏移量ΔY₀、同層焊道橫向偏移量ΔX和同層焊道垂向偏移量ΔY_n控制弧焊機(jī)器人在第一焊接面上依次焊接第1層焊道至第N層焊道，且各層焊道中的第1條焊道緊挨著第二焊接面。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過確定焊道寬度a和焊道高度b，并確定角焊縫的焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂，再根據(jù)焊道寬度a、焊道高度b、焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂確定出焊接層數(shù)N、每一層的焊道數(shù)量、異層焊道垂向偏移量ΔY₀、同層焊道垂向偏移量ΔY_n和同層焊道橫向偏移量ΔX，從而提高了最終形成的焊縫的質(zhì)量，降低了材料的應(yīng)力集中，減少了焊縫的打磨。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于弧焊機(jī)器人的角焊縫焊接方法的流程圖，如圖2所示，該方法包括：

S21：確定焊接工藝參數(shù)。

具體地，焊接工藝參數(shù)可以包括焊絲的直徑、焊絲的種類、焊接電流、焊接電壓、焊接速度、保護(hù)氣體成分和保護(hù)氣體流量。

在本實(shí)施例中，焊絲的直徑為1.2mm，焊絲為ER50-6焊絲，焊接電流為260～280A，焊接電壓為28～32V，焊接速度為35～45cm/min，保護(hù)氣體成分為Ar和CO₂，且Ar和CO₂的體積比為41：9，保護(hù)氣體流量為20～25L/min，采用該焊接工藝參數(shù)焊接時(shí)所形成的焊道外形美觀，打磨量小。

S22：確定焊道的焊道寬度a和焊道高度b。

具體地，S22可以包括：

S221：采用確定的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行試焊，以得到測(cè)試焊道。

S222：測(cè)量測(cè)試焊道，以得到焊道寬度a和焊道高度b。

其中，試焊即在一塊與待焊接的母材材質(zhì)相同的材料上進(jìn)行焊接，以形成至少一條焊道。

由于采用不同的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接時(shí)，形成的焊道也可能不同，通過試焊可以準(zhǔn)確確定出在實(shí)際焊接時(shí)所形成的焊道的尺寸，在本實(shí)施例中，焊道寬度a為8mm，焊道高度b為4.5mm。

S23：確定角焊縫的焊縫寬度H₁和焊縫高度H₂。

可選地，第一母材和第二母材中的至少一個(gè)開設(shè)有坡口，坡口通過對(duì)接焊縫連接，在焊件的坡口面間或一焊件的坡口面與另一焊件端(表)面間焊接的焊縫，稱為對(duì)接焊縫，圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊縫示意圖，如圖3所示，在本實(shí)施例中，待焊接的兩塊母材3之間開設(shè)有坡口6，坡口6的兩側(cè)通過對(duì)接焊縫4連接，角焊縫7的焊縫寬度H₁與對(duì)接焊縫4的寬度相同，角焊縫7的焊縫高度H₂為0.3H₁～0.7H₁。

在本實(shí)施例中，對(duì)接焊縫4的寬度為38mm，焊縫寬度H₁取38mm，焊縫高度H₂取16mm。

在焊接完成后，坡口6處的應(yīng)力集中比較大，通過在坡口6外加焊角焊縫7不僅可以增大焊接強(qiáng)度，同時(shí)可以有效降低坡口6處的應(yīng)力集中。

進(jìn)一步地，坡口6為單邊J型坡口，坡口6的兩側(cè)之間的夾角為28°～32°，單邊J型坡口通常用于對(duì)接焊縫。

此外，在焊接對(duì)接焊縫4時(shí)，在待焊接的兩塊母材3背向坡口6的一側(cè)設(shè)置有襯墊5，襯墊5對(duì)應(yīng)坡口6的位置設(shè)置，通過設(shè)置襯墊5確保坡口6焊透，同時(shí)有利于焊縫的成型。

S24：確定焊接層數(shù)N。

其中，焊接層數(shù)N滿足公式：

實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用進(jìn)一取整的方式確定焊接層數(shù)N，例如在本實(shí)施例中，焊縫高度H₂為16mm，焊道高度b為4.5mm，得到焊接層數(shù)N應(yīng)取4(計(jì)算得N＝3.56，進(jìn)一取整為4)。

S25：確定第n層的焊道數(shù)量R，n為整數(shù)且0＜n≤N。

其中，焊道數(shù)量R滿足公式：

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

實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用四舍五入的方式確定焊道數(shù)量R，在本實(shí)施例中，共有4層焊道，第1層焊道的焊道數(shù)量為2，第2層焊道的焊道數(shù)量為6，第3層焊道的焊道數(shù)量為8，第4層焊道的焊道數(shù)量為10。

S26：確定相鄰兩層焊道中的第1條焊道在垂直于第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離第一焊接面一側(cè)偏移的異層焊道垂向偏移量ΔY₀。

該異層焊道垂向偏移量ΔY₀＝b。

在本實(shí)施例中，異層焊道垂向偏移量ΔY₀＝4.5mm。

S27：確定第n層中的第r條焊道相對(duì)于第r-1條焊道在垂直于第一焊接面的方向上向靠近第一焊接面一側(cè)偏移的同層焊道垂向偏移量ΔY_n，2≤r≤R。

其中，焊道垂向偏移量ΔY_n滿足公式：

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

通過設(shè)置同層焊道垂向偏移量ΔY_n，使得相鄰的兩層焊道能夠充分熔合，有利于提升焊縫質(zhì)量。

具體地，在第1層焊道中，同層焊道垂向偏移量ΔY₁為0，在第2層焊道中，同層焊道垂向偏移量ΔY₂為1.5mm，在第3層焊道中，同層焊道垂向偏移量ΔY₃為1.8mm，在第4層焊道中，同層焊道垂向偏移量ΔY₄為1.9mm，計(jì)算時(shí)保留一位小數(shù)。

S28：確定每n層中的第r條焊道相對(duì)于第r-1條焊道在平行于第一焊接面的方向上向遠(yuǎn)離第二焊接面一側(cè)偏移的同層焊道橫向偏移量ΔX。

其中，同層焊道橫向偏移量ΔX滿足公式：

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

通過設(shè)置同層焊道橫向偏移量ΔX，使得同一層中相鄰的兩道焊道能夠充分熔合，有利于提升焊縫質(zhì)量。

在本實(shí)施例中，ΔX為4.5mm。

S29：根據(jù)異層焊道垂向偏移量ΔY₀、同層焊道橫向偏移量ΔX和同層焊道垂向偏移量ΔY_n控制弧焊機(jī)器人在第一焊接面上依次焊接第1層焊道至第N層焊道，且各層焊道中的第1條焊道緊挨著第二焊接面。

具體地，在焊接第1層焊道至第N層焊道時(shí)，控制弧焊機(jī)器人以設(shè)定姿態(tài)進(jìn)行焊接，設(shè)定姿態(tài)包括：控制弧焊機(jī)器人的焊槍的噴嘴與第二焊接面之間的夾角為40°～50°，弧焊機(jī)器人的焊槍的焊絲伸出長(zhǎng)度為17-19mm，焊絲與第二焊接面之間的最小間距為1～2mm。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種弧焊機(jī)器人的焊接姿態(tài)示意圖，如圖4所示，控制弧焊機(jī)器人的焊槍1的噴嘴與第二焊接面之間的夾角A為45°，弧焊機(jī)器人的焊槍1的焊絲伸出長(zhǎng)度L為18mm，焊絲2與第二焊接面之間的最小間距C為1～2mm，可以避免焊槍1與母材3出現(xiàn)碰撞。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊槍的示意圖，如圖5所示，在實(shí)際焊接中，焊槍1上設(shè)置有導(dǎo)電嘴11，導(dǎo)電嘴11外還罩設(shè)有保護(hù)嘴12，焊絲2由導(dǎo)電嘴11中伸出，在本實(shí)施例中，焊絲2伸出長(zhǎng)度L是指焊絲2伸出導(dǎo)電嘴11的長(zhǎng)度，即包括位于導(dǎo)電嘴11和保護(hù)嘴12之間的焊絲2和伸出保護(hù)嘴12的焊絲2的總長(zhǎng)度。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種焊角縫截面圖，如圖6所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，第1層焊道包括焊道11～12，第2層焊道包括焊道21～24，第3層焊道包括焊道31～36，第4層焊道包括焊道41～48，實(shí)現(xiàn)時(shí)，控制弧焊機(jī)器人保持設(shè)定姿態(tài)，焊絲距第二焊接面1～2mm處開始焊接第1層焊道，在焊接相鄰兩條焊道中較后的一條焊道時(shí)，根據(jù)同層焊道橫向偏移量ΔX，控制焊絲在焊接上一條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離第二焊接面3b的方向移動(dòng)ΔX，如此依次完成第1層焊道中的各焊道的焊接；在焊接第2層焊道的第1條焊道時(shí)，根據(jù)異層焊道垂向偏移量ΔY₀，控制焊絲在焊接上一層焊道的第1條焊道(此時(shí)為第1層焊道的第1條焊道)時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離第一焊接面3a的方向移動(dòng)ΔY₀，在焊接第2層焊道的相鄰兩條焊道中較后的一條焊道時(shí)，根據(jù)同層焊道垂向偏移量ΔY₂，控制焊絲在焊接上一條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向靠近第一焊接面3a的方向移動(dòng)ΔY₂，根據(jù)同層焊道橫向偏移量ΔX，控制焊絲在焊接上一條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離第二焊接面3b的方向移動(dòng)ΔX，如此依次完成第2層焊道中的各焊道的焊接，之后在焊接任意一層焊道的第1條焊道時(shí)，均控制焊絲在焊接上一層焊道的第1條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離第一焊接面3a的方向移動(dòng)ΔY₀，在焊接該層焊道中的相鄰兩條焊道中較后的一條焊道時(shí)，根據(jù)同層焊道垂向偏移量ΔY_n，控制焊絲在焊接上一條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向靠近第一焊接面3a的方向移動(dòng)ΔY_n，根據(jù)同層焊道橫向偏移量ΔX，控制焊絲在焊接上一條焊道時(shí)的位置的基礎(chǔ)上向遠(yuǎn)離第二焊接面3b的方向移動(dòng)ΔX，如此完成第1層焊道至第N層焊道的焊接。

優(yōu)選地，在完成第N層焊道后，該方法還可以包括：

S30：對(duì)角焊縫進(jìn)行打磨。

通過打磨可以清除焊渣，降低焊縫表面的粗糙度，使焊縫更加美觀。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，第一母材和第二母材均未開設(shè)有坡口，焊縫高度H₂為第一母材和第二母材中厚度較小的母材的厚度的0.7～0.8倍，焊縫寬度H₁為1.0H₂～2.0H₂，從而使得在直接采用角焊縫連接母材時(shí)，可以具有足夠的焊接強(qiáng)度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。