雷达大型构件机器人焊接工艺研究

2015-04-23曹国光梁宁雷党刚

金属加工(热加工) 2015年22期

曹国光梁宁雷党刚

1. 概述

雷达大型构件是雷达中的主要部件，存在于雷达的天线以及转台部位。该构件生产复杂，主要由低合金钢Q345和高强钢等焊接而成。国内生产雷达大型构件多采用焊条电弧焊、气焊以及氩弧焊等传统的焊接手段，而自动焊接机器人也只在汽车制造、空间探索等方面获得了应用。在我国走向国际市场大舞台，世界各国都进行焊接自动化的技术改变的时候，我国的雷达行业改变过去的生产方式和管理模式已迫在眉睫。为此，本公司采用了一条实现了机、电、气一体化的综合控制功能的雷达大型构件自动化焊接生产线，以最终达到提高柔性化、自动化生产的目的。

为保证雷达大型构件自动化焊接生产线的焊接质量，我们对机器人焊接工艺进行了认真分析，并根据相关规范进行了机器人焊接工艺评定，拟定出焊接工艺规程，为公司雷达大型构件自动化焊接生产积累了宝贵的资料和经验。

2. 机器人焊接系统

雷达大型构件机器人焊接设备采用德国KUKA公司的KR16型号机器人，配有弧焊软件包及福尼斯TPS500MIG焊接系统，适用于雷达大型构件的自动化焊接。

3. 机器人焊接工艺评定

我们依据设计文件JB4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》及NB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检测》标准对焊缝进行了焊接工艺评定，焊前编制了焊接工艺评定指导书，焊后编制了焊接工艺评定报告。

（1）焊接工艺评定材料焊接工艺评定用试板材质采用与雷达大型构件相同材质的低合金钢Q345及瑞典DOMEX700MC高强钢，化学成分如表1、表2所示。两种材料的钢板规格为6mm×300mm×125mm。焊丝选用与两种钢材匹配的金桥焊丝ER50—6及ESAB高强钢焊丝OK AristoRod 69，规格为f1.2mm。

（2）焊接坡口形式焊接工艺评定用试板依据图样设计，采用了对接和角接两种方式，接头形式如图1所示。

（3）机器人工艺评定机器人焊接前，将母材坡口及坡口周围焊接区域内的油污、铁锈、水及其他氧化物用丙酮去除，以避免机器人焊接时产生气孔、夹渣等缺陷。

在焊接平板上装配试件，装配时应同时考虑焊接收缩变形量并进行预变形，根据焊接机器人的要求试件尺寸间隙≤2mm，装调完成后用工装压紧。然后对试件进行定位焊，定位焊尺寸≥100mm。

表1 Q345钢的化学成分(质量分数) （%)

表2 瑞典DOMEX700MC高强钢的化学成分 (质量分数) （%)

图1 机器人焊接工艺评定焊接接头

定位焊后，操作人员通过机器人示教盒操作机器人手臂，使机器人手臂行走到焊接位置，在相应的界面下使用焊缝自动寻位功能对焊缝进行起始点的寻找，通过示教功能将要焊接的焊缝记忆，选择所需要功能并输入相关参数（如电流、电压、焊接速度等）完成焊接程序的编制。然后，选择焊接程序启动焊接按钮向机器人发出“工件到位，开始焊接”的指令，机器人按照预先编制的焊接程序进行焊接。在保证焊缝成形良好的情况下，选用小热输入焊接。焊接参数如表3、表4所示。

4. 工艺评定结果

试板焊接后，根据标准JB4708—2000《钢制压力容器焊接工艺评定》及NB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检测》进行了如下试验：对所有的试件进行了外观检测；选取试样进行无损检测，每种材料选取3件进行RT检测；弯曲试验，每种材料面弯和背弯各4件，弯曲角度180°；拉伸和冲击试验，每种材料选取3件进行拉伸试验，选取6件进行冲击试验；宏观金相检测（角焊缝）。

经过检测，试验结果如下：

（1）外观焊缝外观成形美观、饱满，均匀连续，表面未发现任何焊接缺陷，焊缝外观检测合格，如图2所示。

（2）无损检测将焊后试件送检进行X射线探伤，根据标准GB/T3323—2005判定所有送检试件均达到Ⅰ级要求，说明其熔合质量较好，缺陷较少，符合标准规定。

（3）弯曲试验将对接试件取样标号，按标准加工后进行180°面弯和背弯试验，弯心直径为24mm，根据标准NB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检测》，所有试件未见裂纹，试件符合评定要求。

（4）拉伸和冲击试验将对接试件取样标号，按标准加工后进行拉伸和冲击试验，结果如表5~表8所示。结果表明，试件冲击、拉伸强度和伸长率符合评定要求。

（5）宏观金相检测采用了断面检测，将角焊缝试件取样标号，用线切割剖开焊缝，取粗、细砂纸打磨抛光后，用稀硝酸腐蚀焊缝断面观察，结果显示：角焊缝饱满，根部熔透；局部有咬边；断面未发现气孔、夹渣等缺陷，如图3所示。