摘 要

目前随着科技水平的进步，世界对焊接水平的要求越来越高，对自动化水平高和工艺稳定的焊接方法有迫切的需求。

本次课题将焊接的自动化工艺与二氧化碳气体保护焊相结合，探索多层多道焊中横焊工艺的各参数对焊接结果的影响，为后续的实验提供理论依据。研究结果表明：随着焊接电流的增加，焊缝的熔深，熔宽和余高都随之增加，并且熔敷金属面积也有增大。随着焊接速度的增加，相对焊接电流而言熔敷金属面积减小，但熔深不变。焊枪角度对焊缝成型的影响不显著。由于横焊的焊接速度一般相对较大，所以添加焊枪摆动会影响焊缝成型外观，故而一般在焊接速度较大时不添加焊枪摆动。对焊分为最佳参数组和小电流对比组，均采用多层多道焊，对焊道以及焊缝的设计均需要合理。由于横焊要考虑重力的因素，一般焊渣都会集中分布于焊缝底部，在进行进一步实验前都要求除渣以保证数据的准确性。

关键词：机器人CO2焊接，多层多道焊，金相分析，接头力学性能分析

Abstract

At present, with the progress of science and technology, the world has higher and higher requirements on welding level, and there is an urgent need for welding methods with high automation level and stable process.

This subject combines the automatic welding process with the carbon dioxide gas shielded welding, and explores the influence of various parameters of the transverse welding process in the multi-layer and multi-pass welding on the welding results, so as to provide theoretical basis for subsequent experiments. The results show that with the increase of welding current, the depth, width and residual height of welding seam increase, and the area of deposited metal increases. With the increase of welding speed, the deposited metal area decreases but the depth remains the same. The influence of welding gun Angle on weld molding is not significant. Because the welding speed of cross welding is generally relatively large, adding the swing of welding gun will affect the appearance of welding seam forming, so it is generally not added when the welding speed is large. Butt welding is divided into the optimal parameter group and the small current contrast group, both of which adopt multi-layer and multi-pass welding. Because gravity should be taken into account in horizontal welding, welding slag is generally distributed at the bottom of welding seam, and slag removal is required to ensure the accuracy of data before further experiments.

Key Words：Robot CO₂ welding; Multilayer multipass welding; Metallographic analysis; Analysis of mechanical properties of joints;

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景与实际意义 1

1.2 对接板的焊接 2

1.2.1 对焊过程中常见的问题 2

1.2.2 机器人对焊焊缝填充研究 3

第2章 试验材料,设备及方法 4

2.1 试验材料 4

2.2 机器人横焊系统 5

2.2.1 焊接机器人 5

2.2.2 焊接电源 5

2.2.3 横焊夹具 6

2.2.4 铣床 7

2.2.5 线切割机 7

2.3 实验分析方法 8

2.3.1 制备与观察金相组织 8

2.3.2 拉伸试验 9

2.4 实验实施 11

2.4.1 横焊平台的搭设 11

2.4.2 焊接实验设计及过程 11

第3章 不同参数下的焊缝成型及组织对比 16

3.1 不同条件下的焊缝成型 16

3.1.1 焊缝表面宏观成型 16

3.1.2 焊缝相关参数对比 18

3.2 机器人横焊焊缝填充策略 19

3.2.1 最佳参数的选择及填充焊缝的设计 19

3.2.2 对比实验的数据设计 20

3.3 焊接接头金相组织分析 20

3.3.1 不同参数试样热影响区大小对比 22

3.3.2 焊接接头不同区域金相组织对比 23

3.4 焊接接头的缺陷及预防 24

第4章 焊接接头的力学性能分析 25

4.1 拉伸试验的操作与过程 25

4.2 拉伸试样的力学性能分析 28

4.2.1 断口形状分析 28

4.2.2 抗拉强度分析与改良 28

第5章 结论及展望 30

结论： 30

展望： 31

参考文献 32

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与实际意义

目前机器人焊接技术在世界工业上的发展地位很高，许多国家都将此技术列为战略发展目标，不过不同国家的发展模式和技术水平都有差异。在美国最先由研究学者提出机器人焊接的概念，最早是由戴沃尔^[1]发表的“通用重复型机器人”的专利论文，而在1959年在美国出现了第一类机器人系统。8年后日本从美国引进了不同类型的机器人后就着手开始在全国范围内进行应用，鼓励创新，并率先在汽车制造业与焊接领域进行应用^[2]。后来，机器人就在其他的领域和产业中发展，目前日本成为了世界上使用和生产机器人最多的国家，工业发展水平有很大提升。从世界上各方面的机器人应用来看，主要领域是焊接方向，也就是此课题的研究大方向。

在我国机器人在工业上的使用起步较晚，而在“七五”期间研制的机器人类型过多，大多都停留在理论水平，所以在当时与发达国家还存在很大的差距。不过随着我国科学技术的逐步发展，在“863”高科技计划后，经过很长时间的艰苦奋斗，我国在机器人技术领域中取得了很高的成就，并且现在也在逐步攻关各种技术难题，正在迅速提升中^[3]。

机器人焊接技术是目前焊接方向研究的主流，相比于人工焊接，机器人焊接在各个方面都有突出的优点。工业机器人方面的研究与发展，对工业发展的进步有着突出的贡献，工业上也对其有着很大的拓展空间。随着计算机技术，网络化技术，自动化机器人技术和人工科技发展理论的进一步拓宽与进步，我们在焊接机器人智能化自动化技术，VR技术和智能控制技术将会成为未来生产上研究的主题。

焊缝跟踪技术^[4]是保证焊接质量的基本条件的重要解决步骤。焊缝跟踪系统有了较大的发展，并有一些实用的系统应用于生产过程中。但由于实际生产过程对跟踪系统的灵活性、精度和可靠性提出了越来越高的要求^[5]，所以要有很大的提升空间。本次实验应用的是焊接机器人的多层多道焊，所以这项课题对于我们在焊接机器人的认识和使用方面都有十足的提升，能给我们以后的研究打下理论基础。