本科教学课件-钢结构焊接技术(完整)

1、钢结构焊接工艺建筑工程技术学院主讲：刘娟 第一章 焊接工艺概述11 焊接的概念常用焊接方法分类焊缝符号1213 在工业生产中钢结构采用的连接方法主要有可拆连接、不可拆连接两大类。 可拆连接：螺栓、键、销钉等，它们通常不用于制造金属结构，而是用于零件的装配和定位工作中。3一、焊接及其在现代工业中的地位： 不可拆连接：铆接和焊接等，它们通常用于金属结构或零件的制造中。 铆接：应用较早，但它工序复杂、结构笨重、材料消耗也较 大，因此，现代工业中已逐步被焊接所取代。（如剪刀、球鞋穿鞋带的孔，就是空心铆钉铆成的） 焊接：易于保证焊接结构等强度的要求，相对来说工艺比较 简单，加工成本也比较低廉。 目前，几

2、乎所有行业（如机械制造、石油化工、交通能源、冶金、 电子、航空航天等）都离不开焊接技术。 4 每一栋建筑都凝聚了建筑工人的智慧与汗水。 每个城市的角落，似乎都有默默工作在一线的建筑工人万丈高楼平地起（1）在造船和海洋开发中：要求解决大面积拼板以及大型立体框架结构的自动焊及各种低合金高强度钢的焊接；（2）在石油化学工业的发展中：要求解决耐高温、低温以及耐各种腐蚀性介质的压力容器焊接；（3）在航空工业及空间开发中：要求解决大量铝、钛等轻合金结构的焊接；（4）在重型机械工业中：要求解决大截面构件的焊接；（5）在电子及精密仪表工业中：要求解决微型精密零件的焊接。焊接方法的发明年代及发明国家二、焊接方法

3、的发明年代及发明国家目前存在的主要问题： (1) 生产自动化程度低下，手工电弧焊方法在生产中仍然占据着相当大的份额； (2) 焊接质量的可靠性还不十分令人满意，焊接生产过程的质量只能靠焊后无损检测、甚至破坏性的定时或定量抽查来加以检验三、焊接技术的问题和前景目前的研究工作重心是：(1) 深入焊接过程动态特征研究；(2) 研究焊接质量参数更直接的检测方法 ；(3) 研究新的实时控制方法，以期实现更精确而有效的焊接过程；(4) 继续改进机器人焊机的控制功能；(5) 研究焊接CIMS系统；(6) 针对各种具体的结构生产条件，设计研究专门的自动化焊接系统；(7) 针对不断涌现的新材料、新结构，试验研究

4、确定它们的焊接方法。 焊接是通过加热或加压（或者两者并用），从而达到原子结合形成永久性连接的工艺过程称为焊接。四、焊接定义： 其本质特点就是通过焊接使工件达到结合。焊接的概念 两材料原子之间不能产生结合和扩散的主要原因是材料的连接表面有氧化膜、水、和油等吸附层以及两材料原子之间尚未达到产生结合力的距离，对金属而言该距离（0.3-0.5nm）。但是，焊接时：（1）加压：可以破坏连接表面的氧化膜，产生塑性变形以增加接触面，使原子间达到产生结合力和扩散的条件；（2）加热：使接触面的氧化膜破坏，降低塑性变形阻力，增加原子振动能，促进再结晶、扩散、化学反应等过程。一般只需要加热达塑性状态或熔化状态。焊接

5、本质焊接的概念五、焊接成型的特点： （1）节省材料，减轻重量，强度高。（2）焊接工艺过程比较简单，生产率高;（3）焊接质量高，连接性能好；（4）可化大为小、以小拼大； (简化复杂大型零件的制造过程） （5）适应性强。 （不同厚度不同材料之间的焊接 ） （6）劳动强度小，生产效率高，便于实现机械化、自动化。 （1）焊接过程会导致钢结构产生残余应力、变形；（2）接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。从而降低结构的承载能力，缩短使用寿命，甚至造成脆断；（3）焊接结构不可拆卸，更换修理部分零件不方便。优点缺点？焊接的概念试验： 焊接的概念焊接工艺研究内容焊接材料焊接方法焊接顺序焊接操作焊后处理焊接内容焊接

6、的概念 焊接的方法很多，按焊接过程的特点不同可分为：熔焊、压焊和钎焊三大类。一、焊接方法分类： 焊接的方法分类熔化焊接压力焊钎焊电弧焊气焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊 熔化极非熔化极手工焊CO2焊埋弧焊MAG焊MIG焊TIG焊等离子弧焊一、焊接方法分类： 焊接的方法分类 熔焊：焊接过程中，只加热不加压，将焊件接头加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体的方法。常见的有电弧焊、气焊、电渣焊、埋弧焊及各种气体保护焊、激光焊等。其中又分为熔化极和非熔化极。 压焊：在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法，称为压焊。 钎焊：是硬钎焊和软钎焊的总称。其主要特点是母材不熔化。 二、熔焊接

7、头类型： 焊缝形式图1-1 焊接接头的基本类型a)对接接头 b)角接接头c)T形接头 d)搭接接头 e)卷边接头图1-2 焊接接头的组成a)对接接头 b)角接接头1焊缝 2熔合线 3热影响区 4母材二、熔焊接头类型： 焊缝形式按着焊缝位置可将焊缝分为：平焊、立焊、横焊、仰焊平对接焊平角接焊 图1-1 平对接焊当焊件厚度小于6mm时，通常采用不开坡口的平对接焊。 图1-3 立 焊焊缝形式立焊的熔池处于垂直面上图1-2 平角接焊的焊条角度平角接焊主要是指T形接头和搭接接头的焊接焊缝形式 图1-4 横 焊 图1-5 仰 焊焊缝形式图1-3 典型焊缝形状及各部分名称 a)坡口焊缝 b)角焊缝典型焊缝形

8、状及各部分名称焊接符号 指在图样上标注焊接方法、焊缝形式和焊缝尺寸等技术内容的符号。（一）、焊缝符号： 1.基本符号：表示焊缝横断面形状和特征的符号。 2.辅助符号：表示焊缝表面形状的符号。 3.补充符号：为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号一、焊接符号定义： 二、焊接符号组成： （二）、指引线：由箭头线和基准线组成。（三）、焊缝尺寸符号：表示焊缝形状尺寸的符号。焊接符号焊缝符号焊缝基本符号焊缝辅助符号补充符号焊接符号焊缝符号名称示意图符号平面V形对接焊缝凸面X形对接焊缝凹面角焊缝平面封底V形焊缝思考：指引线： 指引线采用细实线绘制，一般由带箭头的指引线（称为箭头线）和两条基准线（其中一条为

9、实线，另一条为虚线，基准线一般与图纸标题栏的长边平行）必要时可以加上尾部（90夹角的两条细实线），如下图所示： 焊接符号指引线 箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，但是在标注单边V形、Y形、U形、J形坡口的焊缝时，箭头线必须指向带有坡口一侧的工件。 必要时，允许箭头线弯折一次。 基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。 如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号 标在基准线的实线侧。 如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧。 标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线。焊接符号焊缝尺寸符号焊缝尺寸符号焊接符号金属焊接方法代号代号焊接方法代号焊接方法135MAG焊（CO2）111焊条电

10、弧焊21点焊114药芯焊丝电弧焊141TIG焊12埋弧焊131MIG焊25电阻对焊23凸焊952烙铁软钎焊3气焊751激光焊2电阻焊155等离子弧MIG焊焊接方法代号图1-4 CAXA电子图板的焊接符号标注 在CAXA电子图板中的尺寸标注中提供了焊接符号的标注方法。选择尺寸标注中的焊接符号将弹出如下图所示的对话框。 五、举例：表示：交错断续双面角焊缝 焊脚高3， 焊缝长50， 相邻焊缝间隔30， 现场施焊。（例1）（例2）表示：点焊 焊点直径5， 焊点数量10， 焊点间隔30。焊接符号举例表示：角焊缝 焊高为3， 周围满焊， 采用CO2气体保护焊进行焊 接，共有5处。（例3）：表示： 焊缝计算

11、厚度为3， 单边V形坡口， 焊缝表面磨平， 焊缝长30，共5段， 采用CO2气体保护焊进行焊接。（例4）：焊接符号举例2022/7/1956第二章 焊接方法 气体保护焊钢结构焊接工艺气体保护焊- CO2气体保护焊一、CO2气体保护焊特点及适用范围 C02气体保护焊是利用外加C02气体作为焊接保护气的一种熔化极、气体保护的电弧焊方法，简称C02焊。焊条药皮造气剂的造气结果就是 CO2/工业生产中产生的大量廉价的CO2气体保护焊- CO2气体保护焊焊接成本低 优点生产效率较高 操作性能好 焊接质量较好 气体保护焊- CO2气体保护焊使用大电流焊接时，电弧飞溅大，焊缝成形不美观 很难交流焊接及在有风

12、的地方施焊 CO2有一定的氧化性，因此不宜焊接容易氧化的有色金属材料。缺点气体保护焊- CO2气体保护焊优点：缺点：1、焊接生产率高；2、焊接成本低；3、焊接变形小；减少焊后校正工作量。4、焊缝质量高；对铁锈不敏感，焊缝含氢量低5、适用范围广，全位置焊接能力好，打底/填充/盖 面、厚/薄板均宜6、操作简便，比MMA容易操作，适于自动焊7、绿色环保， CO2来自可再生资源1、飞溅较大；（这一缺陷目前已解决）2、弧光较强，焊接过程中注意劳动保护3、焊接设备较“复杂”（用今天的眼光看，已不复杂）4、抗风能力差（所有气体保护焊的共同缺陷，但药芯焊丝CO2 焊无此问题）5、不能焊接有色金属6、焊缝中易产

13、生气孔焊接现场焊接时候必须要穿长袖工作服、手套、面罩、口罩、安全帽以及劳保鞋气体保护焊- CO2气体保护焊应用范围：气体保护焊- CO2气体保护焊原理 CO2气体保护焊原理图二、CO2气体保护焊原理 由焊机提供能量，利用送丝机将焊丝通过送丝软管送到焊枪，经导电嘴导电，通过与母材刮擦短路接触产生电弧，并利用电弧热熔化焊丝与母材，依靠从喷嘴中送出的CO2保护气体，在电弧周围造成气体保护层，使电极端部、熔滴、电弧、熔池与空气机械地隔离开，防止有害气体的影响，并保证电弧稳定燃烧，获得高质量的焊缝。气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备三、CO2气体保护焊常用设备CO2气体保护焊设备焊机供气系统送丝机焊

14、枪设备组成示意图 CO2气体保护焊焊接设备气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备1、供气系统（气路）CO2气瓶供气系统 CO2气化过程中大量吸收热量，为了防止流量计被冻住，因此使用前流量计必须加热。2、焊机（直流）焊机操作界面焊机背面气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备焊丝盘送丝电机送丝机构双驱送丝机单驱送丝机3、车间常用的送丝机气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备1.21.61.2加压手柄压臂SUS导套帽送丝轮导向管送丝机构实物图送丝机的使用气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备1.21.61.2焊丝加压刻度压臂加压手柄1.焊丝与送丝轮卡 槽尺寸要相对应；2.导套、导向管要同心；3.加压

15、刻度要与焊 丝直径对应送丝机使用要点：气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备压紧轮焊丝送丝轮压紧轮焊丝送丝轮污物焊丝送丝轮送丝轮卡槽太宽，送丝推力不足。 送丝轮卡 槽太窄， 压力过大， 焊丝受损。送丝轮卡槽中污物过多，送丝推力不足。正确送丝轮的错误使用气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备4、焊枪功能：焊枪是直接用于完成焊接的工具。作用：1）传递焊接电流 2）输送焊丝和气体 3）通过焊枪开关向焊机以及送丝机发出控制命令气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备焊枪构造图1.21.2喷嘴接头 黑色表示喷嘴接头与焊枪的绝缘材料 气筛(气体分流器)1.2喷嘴:向焊接区域输送保护气体，注意及时清理附着的飞

16、溅物。1.2焊枪前端易损件结构气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备推拉式送丝焊枪（手工焊接用）（1） 推拉丝式推拉式送丝，焊丝送给时以推丝为主，焊枪内的送丝机构起着将焊丝拉直的作用，使软管中的送丝阻力减少。焊枪结构复杂，适用于远距离送（细、软）丝，多用于机器人焊接和铝的熔化极气体保护焊。应用最广气体保护焊- CO2气体保护焊常用设备（2）拉丝式焊枪复杂、较重，以手枪式焊枪多见，薄板结构使用较多；适于送细丝/远距离送丝。拉丝式焊枪（其小型送丝机构做在焊枪内）用于推丝式送丝的鹅颈式焊枪（3）推丝式焊枪简单、轻巧，以鹅颈式焊枪多见，实际应用较多；焊丝直径一般在

17、0.8mm以上。气体保护焊- CO2气体保护焊工艺参数电压偏高弧长变长，飞溅颗粒变大，易产生气孔；焊道变宽，熔深和余高变小。电压偏低焊丝插向母材，飞溅增加，焊道变窄，熔深和余高大。啪嗒！啪嗒！嘭！嘭！嘭！母材母材1、焊接电压 焊丝选定以后，焊接工艺参数主要包括：焊接电压、焊接电流、焊接速度、焊丝干伸长。四、CO2气体保护焊工艺参数4、焊丝伸长度 调节焊接电流实际上就是调节送丝速度，焊接电流越大送丝越快，熔深和余高变大。 焊接速度也就是焊接时候手持焊枪移动的速度。当焊接电流与电压调好以后，焊接速度越快时：焊缝越窄,熔深和余高越小。（通常半自动焊时，熟练焊工的焊接速度为3060cm/min;自动焊

18、时，焊接速度为250cm/min。）2、焊接电流3、焊接速度通常焊丝的伸长度为焊丝直径的10-15倍。过大，保护效果差；过小，飞溅物容易堵塞喷嘴。1.2气体保护焊- CO2气体保护焊工艺参数气体保护焊- CO2气体保护焊 应根据焊件厚度、焊件位置及生产率的要求选择：焊薄板或中厚板的立、横、仰焊时多采用直径1.6mm以下的焊丝；平焊位置焊接中厚板时采用直径1.2mm以上的焊丝。5、焊丝直径 CO2气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径选择，过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。 细丝CO2焊时， CO2气体流量约为515L/min; 粗丝CO2焊时， CO2气体流量约为10

19、25L/min;6、CO2气体流量7、电流极性 为减少飞溅，保证焊接电弧的稳定性，CO2焊应选用直流反接。焊接参数调整规范首先确定好焊接电流 通常直径0.81.6mm的焊丝，短路过渡的焊接电流在40230A范围内。粗调焊接电压 300A时：焊接电压=(0.04倍焊接电流+202)伏试焊（根据手感，声音，电弧稳定判断电压高低）微调电压 气体保护焊- CO2气体保护焊工艺参数气体保护焊- CO2气体保护焊操作技术1、引弧C02气体保护焊引弧的方法主要是碰撞引弧，按开关，送一段焊丝，剪丝按焊枪开关，提前送气，后接通电源焊丝碰撞焊件自动引燃电弧2、焊接定位焊正式焊接图2-26 组装中定位焊的焊缝长度仰

20、焊立焊横焊平焊气体保护焊- CO2气体保护焊操作技术3、接头4、收弧1)焊接接头前，将待焊接头处用磨光机打磨成斜面。2)在焊缝接头斜面顶部引弧，引燃电弧后，将电弧移至斜面底部，转一圈返回引弧处后再继续向左焊接，如右上图所示。3)引燃电弧后向斜面底部移动时，应特别注意观察熔孔，若未形成熔孔则接头处背面焊不透；若熔孔太小，则接头处背面产生缩颈；若熔孔太大，则背面焊缝太宽或焊漏。1)焊机有弧坑控制电路时，焊枪应在收弧处停止前进，同时将此电路接头， 焊接电流与电弧电压自动变小，待熔池填满时断电。2)焊机无弧坑控制电路时，焊枪应在收弧处停止前进，并在熔池未固定时， 反复进行几次断弧、引弧操作，直至弧坑填

21、满为止。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊一、药芯焊丝CO2焊 药芯焊丝CO2气体保护焊是以可熔化的药芯焊丝为一个电极，母材作为另一电极，通过保护气体及系列的冶金反应进行焊接的方法，简称为药芯焊丝气保焊。药芯焊丝把焊药（金属粉）包在钢带中做成的焊丝。 （而焊条是把焊药包覆在焊丝的外面）几种常见的药芯焊丝截面形状对接叠接气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊卷丝产品拉拔成型气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊二、药芯焊丝CO2焊的工作原理 药芯焊丝C02气体保护焊的基本工作原理与普通C02气体保护焊一样，是以可熔化的药芯焊丝为一个电极（通常接正极，即直流反接），母材作为另一电极。喷嘴中喷出的C02或C02+Ar气

22、体，对焊接区起气体保护作用。 管状焊丝中的药粉（焊剂），在高温作用下熔化，并参与冶金反应形成熔渣，对焊丝端部、熔滴和熔池起到保护作用。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊优点： (1)采用气渣联合保护，焊缝成形美观，电弧稳定性好，飞溅少且颗粒细小。 (2)焊丝熔敷速度快，熔敷效率（大约为85%-90%）和生产率都较高（生产率比手工焊高35倍）。 (3)焊接各种钢材的适应性强，通过调整粉剂的成分与比例可提供所要求的焊缝金属化学成分。 （4）由于焊接熔池受到C02气体和熔渣的保护，因此抗气孔能力比实芯焊丝C02气体保护焊强。 三、药芯焊丝CO2焊的特点气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊缺点：焊丝制造比较复杂

23、，送丝困难，焊丝外表容易锈蚀，粉剂容易吸潮，对焊丝保管要求严格。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊四、药芯焊丝CO2焊的工艺参数 药芯焊丝CO2气体保护焊：0.8mm2.4mm间，直径在1.6mm以下的焊丝多用于半自动焊，直径超过1.6mm的焊丝多用于自动化焊接。 自保护药芯焊丝的直径范围主要分布在1.6mm3.0mm间，用的较多的是2.0mm、2.4mm，但细直径的焊丝多用于薄板全位置焊接，且用量较少。 主要有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、电流极性、焊丝伸长度、焊枪角度等。 1、焊丝直径气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊2、电弧电压、焊接电流 焊接电流 & 熔深电压（伏）电流（安

24、） 焊接电流的数值与送丝速度成正比。电弧电压与焊接电流相配合，焊接电流增加，电弧电压相应提高。 当焊接电流过大，造成焊接区过热、药芯合金成分的烧损，产生较大的烟尘。 电流（安）电压（伏） 电流与 熔深气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊3、焊丝伸出长度、焊嘴露出焊嘴内部1-2mm干伸长19-38mm干伸长 & 熔深焊嘴露出 & 熔深焊丝伸出过长则飞溅增加，电弧稳定性变坏。太短则飞溅物易堵塞喷嘴，造成保护不良，引起气孔等缺陷。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊五、药芯焊丝CO2焊的操作技术(1)平焊。 1)平对接焊。平对接焊的操作要点如下： 焊枪与焊件的夹角为7580。坡口角度及间隙小时，采用直线式右焊法

25、；坡口角度大及间隙大时，采用小幅摆动左焊法。 焊枪与焊件的夹角不能过小，否则保护效果不好，易出气孔。 焊接厚板时，为得到一定的焊缝宽度，焊枪可做适当的横向摆动，但焊丝不应插入对缝的间隙内。 焊盖面焊之前，应使焊道表面平坦，焊道平面低于工件表面1.52.5mm，以保证盖面焊道质量。2)T形接头平角焊。T形接头平角焊的操作要点如下： 单道焊时最大焊脚为8mm。一般焊接电流应小于350360A，技术不熟练者应小于300A。 若采用长弧焊，焊枪与垂直板成3550（一般为45）的角度；焊丝轴线对准水平板处距角缝顶端12mm。 若采用短弧焊，可直接将焊枪对准两板的交点，焊枪与垂直板的角度大约为45。气体保

26、护焊- 药芯焊丝CO2焊五、药芯焊丝CO2焊的操作技术(2)立焊。1)当用细焊丝短路过渡焊接时，应自上而下焊接，焊枪上部略向下倾斜。电 弧要始终对准熔池前方，气体流量比平焊稍大。主要运条方式是直线式和小 幅摆动法，但对开坡口的对接焊缝和角接焊缝应尽量避免摆动。2)当使用1.6焊丝的颗粒状过渡（长弧焊）方式进行焊接时，仍和焊条电弧 焊相似，采用自下而上焊接，电流取下限值，以防止熔化金属下淌。3)角接焊缝向上立焊时，如果要求很大的焊脚，第一层也可采用三角形摆动， 三角点都要停留0.5ls，要均匀向上移动，以后各层可采用月牙形摆动。(3)横焊。1)横焊时选用的焊接参数与立焊相同。2)为防止温度过高，

27、熔池金属下淌，焊枪可做小幅度的前后直线往复摆动。3)焊枪与焊缝水平线的夹角为5565，焊枪与焊缝间的夹角为515。4)厚板对接横焊和角焊时，均需采用多层焊。第一层焊道应尽量焊成等焊脚焊道，从下往上排列焊道，每层焊完都应尽量得到平坦的焊缝表面，随着焊道层次的增加，逐步减少每道焊道的熔敷金属量，并增加焊道数。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊五、药芯焊丝CO2焊的操作技术(4)仰焊。1)应适当减小焊接电流，焊枪可做小幅度直线往复摆动，防止熔化金属下淌。2)气体流量应稍大些。3)焊枪与竖板夹角及向焊接方向倾斜的角度分别为4045和510。4)厚板多层焊时，第一层类似于单面焊，第二、三层都以均匀摆焊枪的方

28、式进行焊接，但在坡口面交界处应做短暂停留。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊五、药芯焊丝CO2焊的操作要点 保护气体流量 : 在风速2m/秒以上的场所内焊接，使用ArCO2的混合气 体的情况，稍微增加流量； 保护气体的纯度：特别因为水份含量能成为气孔和氢裂纹发生的原因， 请选择规格合适的保护气体。 在换气不充分的密封场所焊接时，要适当的换气。 因为焊接位置的 锈、 油、水份、废料和夹缝位置的焊渣等能成为凹痕、 气孔、夹渣等发生的原因，请清除掉。 焊嘴和母材间的距离 : 根据焊接电流的大小选择： 1525mm ( 1.21.6 : 1520mm , 2.02.4 : 2025m） 因为焊丝的表面经过

29、特殊处理，开封后要尽快使用。 多层焊时，为了防止垂直角焊缝地方焊渣混入， 初层焊接时要直弧快速焊接，2层以上的地方也要尽量避免摆动。气体保护焊- 药芯焊丝CO2焊五、药芯焊丝CO2焊的操作要点 高电流、高速焊接时，因为初层焊接位置可能发生热裂纹，要留意焊接条件 镀漆钢板的横向角焊缝焊接时， 因为很容易产生凹痕、气孔等 需要选定和镀漆钢板匹配的焊丝和设定焊接条件。 焊接高强钢的厚板时， 如果预热、层间温度不恰当的话， 因为氢气可能造成冷裂纹，因此请根据焊接方法、板厚度、钢种等，在合适的预热、层间温度下焊接。一般随着母材强度的增加，预热、层间温度也要增加。 热输入过大的话，熔敷金属的机械性能会降低

30、。特别在薄板和高强钢的焊接上，这种现象很明显，因此请按照使用目的，在低电流、低热输入条件下焊接。2022/7/1993机器人自动化焊接 早期的焊接自动化程度低，基本是手工操作，产品质量不稳定，甚至出现某个产品只能由某个人或某几个人完成的情况，出现了“王麻子菜刀”、“张小泉剪刀”、“张氏陀螺”。 手工操作受操作人员情绪等个人状态的影响，产品质量不稳定。所以现代企业要尽量摆脱这种对专门人员的依赖，采用自动化的机器设备来保证产品质量及效率。 20世纪70年代：工业机器人技术被应用到焊接领域，焊接自动化程度发生了质的飞跃，焊接质量及效率得到显著提高。 随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量

31、生产变为多品种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以焊接机器人在生产中的应用越来越广泛，机器人焊接已成为焊接自动化的发展趋势。一、机器人自动化焊接概述1.机器人自动化焊接概述 一、机器人自动化焊接概述2.机器人自动化焊接优点 采用机器人焊接，具有如下优点：易于实现焊接产品质量的稳定和提高，保证其均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产，机器人不会疲倦；改善工人劳动条件，可在有害环境下长期工作；降低对工人操作技术难度的要求；缩短产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资；可实现小批量产品焊接自动化；可作为数字化制造的一个环节。1954年，美国人G.Devol 和J.Engleberger设计了

32、一台可编程的机器人1961年，他们生产了世界上第一台工业机器人“Unimates”，并获得了专利1962年，Engleberger 成立了Unimation公司，他被称为“机器人之父”日本从上世纪70年代中后期开始开发工业机器人，15年后就成为产量最多、应用最广的世界工业机器人“王国”。 我国机器人应用发展较快，1996年我国焊接机器人仅为500台，目前以每年30以上的速度增长。据估计我国目前焊接机器人的安装台数在4000台左右。Unimates 机器人96二、工业机器人的发展及现状二、工业机器人的发展及现状主要机器人厂家日本：Motoman、OTC、Panasonic、FANUC等美国：Ad

33、ept等欧洲：奥地利IGM、德国CLOOS、KUKA、瑞典ABB韩国：HYUNDAI沈阳新松FANUC97三、机器人的分类机器人分类方法很多按照技术水平划分：第一代：示教再现型，具有记忆能力。目前，绝大部分应用中的工业机器人均属于这一类。缺点是操作人员的水平影响工作质量。第二代：初步智能机器人，对外界有反馈能力。部分已经应用到生产中。第三代：智能机器人，具有高度的适应性，有自行学习、推理、决策等功能，处在研究阶段。98按照基本结构划分：直角坐标型，也称“机床型”圆柱坐标型球坐标型全关节型99三、机器人的分类按照受控运动方式划分：点位控制（PTP）型，Point to Point, 如点焊、搬运

34、机器人连续轨迹控制（CP）型，Continous Path，如弧焊、喷漆机器人按驱动方式划分：气压驱动（压缩空气）液压驱动（重型机器人，如搬运、点焊机器人）电驱动（电动机），应用最多100三、机器人的分类按照应用领域划分：工业机器人，面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。特种机器人，用于非制造业的各种机器人，服务机器人、水下机器人、农业机器人、军用机器人等101三、机器人的分类伐根机器人 摘果机器人102三、机器人的分类擦玻璃机器人 无人潜水器103三、机器人的分类排爆机器人 外科手术机器人104三、机器人的分类双足仿人机器人 球机器人105三、机器人的分类华宇I型弧焊机器人106三、机

35、器人的分类弧焊机器人 点焊机器人107三、机器人的分类机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等四、机器人组成部分机器人系统机器人控制柜机器人本体示教盒机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等焊接电源送丝机电缆总成焊枪焊接系统防碰撞装置 防碰撞实际上为一常闭触点，当碰撞发生时，由于焊枪偏离正常位置而导致防碰撞内部弹簧受压变形，常闭触点断开，信号返回控制系统，机器人停止运行。机器人

36、焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等焊接系统作用：用于冷却焊接过程中因为大电流产生的高温，对焊枪及枪缆的冷却。机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等焊接系统焊接循环冷却水箱（选配）直线龙门架周围设备机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等倾翻式适合于管状焊件L形头尾架周围设备变位机周围设备双工位双变位机双工位实质一套机器人焊接系统中具有两个独立的焊接工装。双变位机实质两个焊接变位机共用一套支撑立柱并可利用旋转电机进行

37、位置的互换。周围设备机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等除尘装置机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等安全装置挡光屏光电开关主要作用：减少焊接弧光对人体的损害。安全光栅的作用：机器人工作时有人进入机器人工作区域，造成设备或人员的损伤机器人焊接系统组成： 1.机器人系统、 2.焊接系统、 3.周围设备、 4.安全装置 5.其它附件等其他附件清枪剪丝装置的作用： 1）剪断焊丝保证焊丝干伸长； 2）清理喷嘴内粘连的大颗粒飞溅； 3）喷硅油减少焊接时喷嘴粘连大颗粒飞溅； 4）校

38、正机器人重复定位精度。a.清枪剪丝机构b.工装自动润滑机构c.外部控制按钮盒五、机器人的编程基础 机器人是一个软件可控的机电装置，可通过编程定义其作业内容。 目前，对机器人编程的方式可以分为以下三种： 示教编程 机器人语言编程 离线编程1191、示教编程 示教编程是目前工业机器人广泛使用的编程方法，根据任务的需要，将机器人末端工具移动到所需的位置及姿态，然后把每一个位姿连同运行速度、焊接参数等记录并存储下来，机器人便可以按照示教的位姿再现。 示教方式有两种： 手把手示教 示教盒示教 120五、机器人的编程基础示教盒控制器现场示教编程的优点： 不需要预备知识和复杂的计算机装置，方法简单、易于掌握

39、。示教编程的缺点： 占用生产时间，难于适应小批量、多品种的柔性生产需要； 编程人员工作环境差、强度大，一旦失误，会造成人员伤亡或设备损坏； 编程效率低。121五、机器人的编程基础2、机器人语言 机器人语言提供了一种通用的人与机器人之间的通讯手段。它是一种专用语言，用符号描述机器人的运动，与常用的计算机编程语言相似。 1973年，Stanford人工智能实验室开发了第一种机器人语言WAVE语言。 1974年，该实验室开发了AL语言 1979年，Unimation公司开发了VAL语言（类似于BASIC） 1984年，该公司推出了VAL II语言 其他的机器人语言：IBM公司的AML语言及AUTOP

40、ASS语言、MIT的LAMA语言、Automatix公司的RAIL语言等。122五、机器人的编程基础根据作业描述水平的高低，机器人语言通常分为三级： 动作级： 每一个指令对应于一个动作，如 MOVE TO ，优点为：语句简洁，易于编程，缺点为：不能进行复杂的运算，不能接受传感器信息。VAL属于动作级。 对象级: 是描述操作物体间关系使机器人动作的语言。具有运动控制（与动作级语言类似的功能）、处理传感信息、通信和数字运算、良好的扩展性（用户可根据需要增加指令）等特点。AML、AUTOPASS属于对象级。 任务级： 是比较高级的机器人语言，允许操作人员下达直接命令，不必规定机器人的动作细节。如：焊

41、接工件A，需要非常高的智能，目前还没有真正的任务级语言。123五、机器人的编程基础0000 NOP0001 MOVJ VJ10.000002 MOVL V=8000003 ARCON ASF#(1)0004 MOVL V=1000005 ARCOF0006 END空操作以10关节速度移动到焊缝起点附近一点以800mm/min速度移动到焊缝起点按照文件ASF（1）的参数起弧按照100mm/min的焊接速度焊接熄弧结束MOTOMAN XRC控制器语言：焊接一段直线焊缝124五、机器人的编程基础3、离线编程 在计算机中建立设备、环境及工件的三维模型，在这样一个虚拟的环境中对机器人进行编程。 机器人离

42、线编程（Off Line Programming，OLP）系统是机器人语言编程的拓展，它充分利用了计算机图形学的成果，建立机器人及其工作环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作在离线的情况下进行编程。OLP控制器现场125五、机器人的编程基础离线编程的优点 减少机器人不工作时间 改善了编程环境；使编程者远离危险的工作环境 提高了编程效率与质量；可使用高级语言对复杂任务编程 便于和CAD系统集成, 实现CAD/CAMRobotics一体化。示教编程离线编程需要实际机器人系统和工作环境编程时机器人停止工作在实际系统上试验程序编程的质量取决于编程者的经验很难实现复杂的机器人轨迹路径需要

43、机器人系统和工作环境的图形模型编程不影响机器人工作通过仿真试验程序用规划技术可进行最佳参数及路径规划可实现复杂运动轨迹的编程126五、机器人的编程基础基本操作：1、接通电源；2、示教：教机器人工作；3、再现：机器人执行示教的工作。4、切断电源。究竟如何才能让机器人工作呢？六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作六、示教型机器人基本操作 在焊接厚板或角焊缝时，焊枪摆动，干伸长的不同，导致实际的焊接电流与设定的电流不同，干伸长越短，实际电流就越大，干伸长越长，实际电流就越小。利用这个原理，相应的软件实时处理检测到的电流变化、焊枪所在的位置，进而来修正机器人的实际轨迹

44、，保证轨迹中心线始终在坡口中间，同时保证焊枪与焊缝的高度方向上的一致。七、机器人焊接关键技术1.横向追踪与纵向追踪横向追踪：保证焊丝始终在焊道的中央。一般设置为（2035）纵向电弧追踪：保证 导电嘴距离焊道的距离一致。（一般为510）注：1：船型位焊接圆弧时，如果焊接角度或焊接辅助点选择不当，会导致纵向电弧追踪发生偏差，严重时会导致机器人严重碰撞。2：有闪缝的情况下不能使用纵向电弧追踪。3：对接焊缝不能使用电弧追踪。4：T型接头的立板或底板长度较短时，不适合加电弧追踪。5：根据本部动臂机器人使用工况，双丝焊接时不适合加电弧追踪（针对于kuka机器人）实际焊接中可以选择两种电弧追踪及T和T1（一

45、个加纵向电弧追踪另一个不加纵向电弧追踪），根据工件的现场使用情况选择是否添加电弧追踪。七、机器人焊接关键技术2.接触寻位 当运行寻位语句时，寻位功能打开，当焊丝碰到工件时，RDC 内部继电器线圈得电，其对应的常开闭合，快速测量通道导通，并机器人记录当时的空间坐标。当焊丝用同样运动参数去接触第二、第三工件时，机器人会记录第二、第三个工件的空间坐标，并且可以计算出实际位置相对于示教位置的偏移量，并补偿偏移自动地变更机器人路径，从而保证准确找到焊缝。七、机器人焊接关键技术接触寻位注意事项（1） 保持工件表面清洁，不要有油污或油漆（2） 保证干伸长一致（3） 正确设置向量的起始点和查找点的位置（垂直于

46、寻位接触面）（4） 将查找距离、寻找速度、返回速度设为合适的值（5） 查找完、修正后要将向量关闭，注意赋值的对象和位置（6） 修改点位置时，注意点上是否带有向量（7） 使用联动时，注意base 的选用，双工位时注意base 号的选择（8） 搜寻点和焊缝点必须保证是不变的相对位置关系七、机器人焊接关键技术3.焊枪角度的选择角焊缝：焊高小于68mm的焊缝，焊丝可直接对准焊缝，纵向倾斜45。（垂直于焊道方向），横向倾斜1015。推焊（为保证焊达率和焊接过程中机器人的安全，起弧或收弧点的姿态视工况而定）。船型位：条件允许的情况下，焊丝直接对准焊道。七、机器人焊接关键技术八、机器人常见故障处理1、控制闪

47、缝大小2、定期维护保养3、控制拼点偏差保证焊接质量及焊接连续性的关键要素八、机器人常见故障处理九、机器人维护与保养机器人日常保养和维护1.机器人日常保养2.机械手的保养注意事项3.电控箱的保养九、机器人维护与保养1.机器人日常保养（一）1.检查电控箱通风是否良好2.检查机器人电缆线、示教盒和操作面板及周边设备是否有损伤现象3.平时运行中注意机器人有无异音和其他不正常现象4.保持机器人和电控箱周围清洁5.正确开机关机九、机器人维护与保养1.机器人日常保养（二）本体和电控箱内锂电池之维护1.本体和电控箱内锂电池如低于2.8伏就必须更换2.更换电池时必须在电控箱和本体通电的状态下进行本体内加油注意事

48、项1.加油孔和出油孔不能混淆2.油品要分清楚，千万不能加错油3.加油后运转半小时，使其充分润滑后再密封九、机器人维护与保养1.切勿在机械手臂上加装重量的物品。2.正确地施加油品方式及施打日期，并注意油的气味及是否含有金属粒在内。3.在示教时切记减少摩擦或碰撞的现象发生。4.正确地使用速度，勿全部从头到尾都是示教极速。5.平常检查是否有油品渗漏的现象或油塞损坏。6.检查是否有齿隙以及噪音出现，尤其高湿度环境或潮湿地段。7.底座螺丝以及所有螺丝的检查。2.机械手保养的注意事项九、机器人维护与保养3.电控箱的保养1.散热以及通风是否良好，风扇是否正常运转。2.粉尘的清洁。3.内部的电源接头以及主电源

49、的电压，以及护地线是否牢固。4.切记勿在机器人的地方做手工焊接的搭线，此举可能会把机器人马达编码器烧毁或引发其让故障。5.请把不要的孔位给盖住，以防动物侵入咬断电线。十、机器人的安全操作安全警示1.安全在生产中是最重要的，无论是自身的安全，还是他人及设备的安全都很重要，所以在这里我们把安全放在一切工作的首位。2.首先我们来介绍一下在生产操作中应注意哪些安全问题，应该怎么解决。 机器人与其他机械设备的要求通常不同，如果大动作范围，快速的操作，机械臂的快速运动等，这些都会造成安全隐患，所以说安全最重要，首先要保证自己的人身安全，和设备的安全。十、机器人的安全操作系统外围安全要点1.在机器人动作范围

50、内示教时，要遵循以下事项：保持从正面观看机器人；遵守操作步骤；考虑机器人突然向自己所处方位运动时的应变方案；确保设置躲避场所，以防万一。2.在进行以下作业时，请确认机器人的动作范围有没有人：设备接通电源时；用示教器编程时；操作机器人时；试运行时；自动再现时。3.不慎进入与机器人发生接触时或发生异常，请立即按下急停键十、机器人的安全操作系统外围安全要点1.关于人员的安全事项： 在工厂内，为了确保安全，请严格遵守此类标示“严禁烟火”、“高电压”、“危险”、“无关人员禁止入内”。 作为防止危险手段，着装也请遵守以下事项： a、请穿工作服； b、操作弧焊机器人时，请不要戴手套； c、内衣、衬衫、领带不

51、要露在工作服外面； d、不要佩戴特大耳环、挂饰等； e、必须串号安全鞋、代号安全帽等劳保防护用品。十、机器人的安全操作 绝不要依靠及踩踏在机器人或其他控制柜上；不要随意地按动操作键。 在操作期间，绝不允许非工作人员触动机器人及控制柜。十、机器人的安全操作系统外围安全要点十、机器人的安全操作系统外围安全要点十、机器人的安全操作系统启动的安全要点 启动系统需一次打开焊机、变压器、控制柜；（开机时此顺序不可逆反） 观察系统启动内容，确认正常进入工作画面； 观察焊丝及保护气体状态，避免断弧断气。十、机器人的安全操作作业中的安全要点 设备工作时严禁进入设备工作区域； 发现设备异常时，必须第一时间按下急停

52、开关； 设备工作时，防弧光挡板必须关闭； 设备暂时停止时，请将工位处急停按下； 清理焊渣及更换导电嘴前，按下工位处急停开关； 设备停止后，必须进入设备运行区域作业的，必须佩带安全帽并按下工位处急停开关或关闭设备电源后方可进入；十、机器人的安全操作作业中的安全要点 作业后，首先将工位处急停开关按下，将示教器模式转换为手动模式； 将示教器连接线缆整理整齐，并将示教器放入存放盒中，取下模式转换开关钥匙； 依次关闭控制柜、变压器、焊机。（关机时此顺序不可逆反）Thanks for your attention!2022/7/19153第二章 焊接方法 埋弧焊钢结构焊接工艺埋弧焊 埋弧焊以裸金属焊丝和工

53、件为电极，在颗粒状焊剂层下产生电弧，熔化的金属在熔渣保护下形成焊缝，进行焊接。四个要素：颗粒状焊剂经漏斗口均匀地堆敷在焊缝接口区 焊丝由送丝机构经送丝滚轮和导电嘴送入焊接电弧区；送丝机构、焊剂漏斗及控制盘等通常都装在一台小车上，以实现焊接电弧的移动；弧焊电源输出端接在导电嘴和焊件上，以产生电弧。 一、自动埋弧焊焊接原理155 电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和熔剂熔化，熔化的金属形成熔池，凝固后成为焊缝，熔融的焊剂形成熔渣，凝固成为渣壳覆盖于焊缝表面。 熔池受到熔渣和焊剂蒸气的保护，不与空气接触。熔渣除了对熔池和焊缝金属起到保护作用外，在焊接时向焊缝金属中渗入合金元素，调整焊缝金属的化学成分，

54、从而改善焊缝金属的力学性能。2022/7/19156埋弧焊埋弧焊实例2022/7/19157二、埋弧焊的优缺点及应用范围埋弧焊优点：缺点：1）埋弧自动焊熔敷效率高，熔深大，焊接质量好;2）能在大电流、高焊接速度下施焊，生产效率高；3 )能简化坡口制备，节省焊接材料；4 )保护效果好；5）焊接速度可自动调节；6）劳动条件好，便于实现机械化、自动化。1）仅适合于水平位置的俯位焊缝的焊接；2）难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金；3）一般只适合于长焊缝的焊接；4）不适宜焊接厚度小于3mm以下的薄板。2022/7/19158158可焊接的材料碳素结构钢低合金结构钢不锈钢耐热钢用于镍基合金、铜合金

55、焊接及耐磨耐蚀合金堆焊造船压力容器化工容器桥梁起重机械冶金设备制造业重型机械主要运用领域二、埋弧焊的优缺点及应用范围2022/7/19159 主要由焊接电源、控制系统和焊接机头组成。焊接机头安装于行走小车上，配上操作机构和行走轨道，即组成通用型埋弧焊接设备。三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊接设备2022/7/19160三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊剂焊丝焊剂的作用 保护电弧和熔池 稳 弧冶金作用 焊缝成形 自动埋弧焊焊剂有熔炼型、烧结型两大类，烧结型焊剂作为一种新型焊剂，越来越多地在埋弧自动焊中使用。2022/7/19161 在大型、专用埋弧焊设备中，焊接机头安装于门架、立柱或横梁上，配上适当的

56、附加装置，如传感器、十字拖板、压力架、旋转胎架、衬垫装置以及焊剂回收装置等，实现各种用途的埋弧自动化焊接。三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊接操作架三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊件变位机作用是灵活地旋转、倾斜、翻转工作，使焊缝处于最佳焊接位置，以达到改善焊接质量、 提高劳动生产率、优化劳动条件的目的。三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊剂回收机工作原理焊剂回收装置用来在焊接过程中自动回收焊剂。常用的焊剂回收机利用真空负压原理自动回收焊剂，在回收过程中微粒粉尘能自动与焊剂分离。三、自动埋弧焊焊接设备与材料焊缝成型装置焊接衬垫 进行自动化埋弧焊时，为防止熔渣和烧穿的熔池金属流失，促使焊缝背面成形，可在焊缝背

57、面加以衬垫。 常用的衬垫有热固化焊剂垫和焊剂铜衬垫。1.永久衬垫 与母材相同的材料制成的板条或钢带，简称垫板。在装配间隙过大时，如安装现场，最后合拢的接缝其间隙不易控制情况下，可采用这种衬垫，目的是为了防止焊时烧穿，附带作用是便于装配；在单面焊时，焊后无法从背面拆除衬垫的情况下也可采用。垫板的厚度视母板厚度而定，一般在310mm之间，其宽度在2050mm之间。为了固定垫板，须采用短的断续定位焊；垫板与母材板边须紧贴，否则根部易产生夹渣。2.可拆衬垫 平板对接时应用最多的是焊剂垫和焊剂铜垫，其次是移动式水冷铜衬垫和热固化焊剂垫。2022/7/19165四、自动埋弧焊的工艺参数 埋弧焊的工艺参数对

58、焊缝成形和焊缝内在质量有着很大影响。 其中焊接电流、电弧电压和焊接速度以及三者间的配合，是直接影响焊接质量和焊接生产效率的主要因素。 一方面，三个参数的焊接线能量影响着焊缝的综合力学性能， 另一方面，这些参数以及相互间的配合对焊缝成型，焊接裂纹的敏感性和焊接缺陷的发生，有直接的关系。操作时必须正确的设置和调整。2022/7/19166四、自动埋弧焊的工艺参数2022/7/19166 焊接电流是决定焊丝熔化速度、熔透深度和母材熔化量的最重要的工艺参数。焊接电流与熔透深度几乎是直线正比关系。在其他焊接参数不变的前提下，随着焊接电流的提高，熔深和焊缝余高同时增大，焊缝形状系数变小。1、焊接电流2、电

59、弧电压 电弧电压与电弧长度成正比关系。在其他焊接参数不变的情况下，随着电弧电压的提高，焊缝的宽度明显增大，而熔深和余高则略有减小。当其它条件不变时，增加焊接电流，焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎保持不变（或略有增加），见图a。当其它条件不变时，电弧电压增大，焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高略有减少，见图b 为获得成型良好的焊缝，电弧电压与焊接电流应相互匹配。当焊接电流加大时，电弧电压也应相应提高。四、自动埋弧焊的工艺参数 焊接速度应与所选定的焊接电流、电弧电压适当匹配。焊接速度太快，会产生咬边和气孔等缺陷，恶化焊道外形；焊接速度太慢，可能引起焊穿。3、焊接速度当其它条件不变时，焊接速度

60、增加，焊缝宽度、焊缝厚度和余高都减少，见图c焊接电流、电弧电压和焊接速度是焊接时的三大焊接工艺参数，选用时，应当考虑到这三者之间的相互适当配合，才能得到形状良好符合要求的焊缝。 四、自动埋弧焊的工艺参数5、焊丝伸出长度 焊丝伸出长度影响焊丝的熔化速度，对焊缝成型也有一定影响。焊丝伸出长度增加时，熔敷速度和余高增加，焊丝上产生的电阻热增加，电弧电压变大，熔深减小，熔宽增加，余高减小。如果焊丝伸出长度过长，电弧不稳定，甚至造成停弧。 采用直流电源进行埋弧焊接，与交流电源相比，能更好地控制焊道形状、熔深，且引弧容易。 直流反接（焊丝接正极）时，可获得最大的熔深和最佳的焊缝表面。因此，除了表面堆焊或要