工业机器人焊接工艺基础知识

工业机器人焊接工艺基础知识第一页，共59页。为提高本公司持证焊工的技术水平，根据公司产品生产的实际情况，对二氧化碳气体保护焊和焊接设备作专题分述，包括焊接设备及焊接接头的分类，各种位置的焊接技术，焊缝缺陷的处理，焊接变形和防止方法。焊接设备的选用，保养，故障处理。第二页，共59页。一.焊接三要素优秀的操作者合格的焊接材料高品质的焊接设备二.影响焊接质量的几个因数1.材料因素母材和焊材的成分。2.工艺因素焊接方法，坡口形式，加工质量，预热(板厚大于-36mm的Q345钢需预热120-150度)，后热措施，层间温度控制，装配质量，电源种类和极性。3.工艺要求：焊接件所用材料应具有可焊性；焊缝的布置应有利于减少焊接应力和变形；焊接接头的形式、位置和尺寸应能满足焊接质量要求。4.结构因素设计时因考虑焊接接头应处于刚度较小的状态，避免出现截面突变，余高过大，交叉焊缝等引起应力集中。5.使用条件工作温度的高低，工作介质的种类，载荷性质等。为提高本公司持证焊工的技术水平，根据公司产品生产的实际情况，对二氧化碳气体保护焊和焊接设备作专题分述，包括焊接设备及焊接接头的分类，各种位置的焊接技术，焊缝缺陷的处理，焊接变形和防止方法。焊接设备的选用，保养，故障处理。第三页，共59页。优点焊接速度快，引弧性能好，溶深大，焊接范围广，焊接质量好，溶敷效率高。缺点与手工焊比较：成型不够美观，焊接飞溅较大，抗风能力差，设备较复杂。为提高本公司持证焊工的技术水平，根据公司产品生产的实际情况，对二氧化碳气体保护焊和焊接设备作专题分述，包括焊接设备及焊接接头的分类，各种位置的焊接技术，焊缝缺陷的处理，焊接变形和防止方法。焊接设备的选用，保养，故障处理。第四页，共59页。搭接接头

搭接接头是由两块钢板的边缘重叠而成，两块钢板的搭头不能小于钢板厚度的一倍.角接接头角接接头是把两块钢板作“T”字型拼接，一般均应进行双面焊。对接接头对接接头是把两块钢板对拼而成。对接接头焊件：厚度δ≤4mm时，可不开坡口，接头间留间隙1.2—2mm。4δ≤12mm时，可开60°的V型坡口。13δ≤20mm时，可开60°的X型坡口。20δ≤60mm时，可开60°单面U型坡口和双面U型坡口。

无论是单坡口和双坡口。要留钝边，同时应留间隙。第五页，共59页。对接接头

第六页，共59页。对接接头

第七页，共59页。搭接接头

两块板料相叠，而在端部或侧面进行角焊，或加上塞焊缝、槽焊缝连接的接头称为搭接接头。由于搭接接头中两钢板中心线不一致，受力时产生附加弯矩，会影响焊缝强度，因此，一般锅炉、压力容器的主要受压元件的焊缝都不用搭接形式。由于搭接接头使构件形状发生较大的变化，所以应力集中要比对接接头的情况复杂得多，而且接头的应力分布极不均匀。在搭接接头中，根据搭接角焊缝受力方向的不同，可以将搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。第八页，共59页。

搭接接头除两钢板叠在端面或侧面焊接外，还有开槽焊和塞焊(圆孔和长孔)等。

开槽焊搭接接头：先将被连接件冲切成槽，然后用焊缝金属填满该槽，槽焊焊缝断面为矩形，其宽为被连接件厚度的两倍，开槽长度应比搭接长度稍短一些。第九页，共59页。

塞焊：是在被连接的钢板上钻孔来代替槽焊的槽，用焊缝金属将孔填满使两板连接起来，塞焊可分为圆孔内塞焊和长孔内塞焊两种。

第十页，共59页。角接接头角接头多用于箱形构件，骑座式管接头和筒体的连接，小型锅炉中火筒和封头连接也属于这种形式。与T形接头类似，单面焊的角接接头承受反向弯矩的能力极低，除了钢板很薄或不重要的结构外，一般都应开坡口两面焊，否则不能保证质量。第十一页，共59页。T形接头第十二页，共59页。第十三页，共59页。第十四页，共59页。坡口的基本形式坡口：根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。开坡口：用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程。开坡口的目的：（1）是为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透，并获得良好的焊缝成形以及便于清渣。（2）对于合金钢来说，坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例(即熔合比)的作用。

第十五页，共59页。坡口类型（1）根据板厚不同，对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成为V形、X形、K形和U形等坡口。对接焊缝坡口型式

第十六页，共59页。（2）根据焊件厚度、结构形式及承载情况不同，角接接头和T形接头的坡口形式可分为I形、带钝边的单边V形坡口和K形坡口等。角接和T形接头的坡口a)I形b)单边V形（带钝边）c)K形（带钝边）第十七页，共59页。坡口的设计原则坡口的形式和尺寸主要根据钢结构的板厚、选用的焊接方法、焊接位置和焊接工艺等来选择和设计。1)焊缝中填充的材料少；2)具有好的可焊性；3)坡口的形状应容易加工；4)便于调整焊接变形；

第十八页，共59页。焊缝的基本形式：焊缝：焊件经焊接后所形成的结合部分。分类：1、按空间位置可分为：平焊缝、横焊缝、立焊缝、仰焊缝2、按结合方式可分为：对接焊缝、角焊缝、塞焊缝3、按焊缝断续情况可分为：连续焊缝、断续焊缝4、按承载方式可分为：工作焊缝、连系焊缝焊缝是构成焊接接头的主体部分，对接接头焊缝、角接接头焊缝是焊缝的基本形式。第十九页，共59页。第二十页，共59页。第二十一页，共59页。

焊接接头的设计中对焊缝质量的要求、焊缝尺寸大小、焊缝位置、工件厚度、几何尺寸、施工条件等不同，决定了在选择焊接方法和制定工艺时的多样性。合理的焊接接头设计和选择不仅能保证钢结构的焊缝和整体的强度，还可以简化生产工艺，节省制造成本。

第二十二页，共59页。焊接缺陷（根部未熔合）第二十三页，共59页。焊接缺陷（根部未熔合）第二十四页，共59页。

焊接缺陷（横向裂纹）第二十五页，共59页。

焊接缺陷（夹渣）第二十六页，共59页。

焊接缺陷（内部气孔）

第二十七页，共59页。

焊接缺陷（焊缝下裂纹）

第二十八页，共59页。

焊接缺陷（根部焊瘤）第二十九页，共59页。

焊接缺陷（夹珠）第三十页，共59页。

焊接缺陷（咬肉）第三十一页，共59页。

焊接缺陷（咬肉）第三十二页，共59页。

焊接缺陷（烧穿）第三十三页，共59页。

焊接缺陷（中心线裂纹）第三十四页，共59页。焊接过程使焊接接头具有以下力学特点（1）焊接接头力学性能不均匀由于焊接接头各区在焊接过程中进行着不同的焊接冶金过程，并经受不同的热循环和应变循环的作用，各区的组织和性能存在较大的差异，焊接接头组织的不均匀，造成了整个接头力学性能的不均匀。（2）焊接接头工作应力分布不均匀，存在应力集中由于焊接接头存在几何不连续性，致使其工作应力是不均匀的，存在应力集中。当焊缝存在工艺缺陷，焊缝外形不合理或接头形式不合理时，将加剧应力集中程度，影响接头强度，特别是疲劳强度。（3）由于焊接的不均匀加热，引起焊接残余应力及变形焊接是局部加热的过程，电弧焊时，焊缝处最高温度可达到材料沸点，而离开焊缝处温度急剧下降，直至室温。这种不均匀温度场将在焊件中产生残余应力及变形。（4）焊接接头具有较大的刚性通过焊接，焊缝与构件组成整体，所以与铆接或胀接相比，焊接接头具有较大的刚性。第三十五页，共59页。设计和选择焊接接头的主要因素：（1）保证焊接接头满足使用要求；（2）接头形式能保证选择的焊接方法正常施焊；（3）接头形式应尽量简单，尽量采用平焊和自动焊焊接方法，少采用仰焊和立焊，且最大应力尽量不设在焊缝上；（4）焊接工艺能保证焊接接头在设计温度和腐蚀介质中正常工作；（5）焊接变形和应力小，能满足施工要求所需的技术、人员和设备的条件；（6）尽量使焊缝设计成联系焊缝；（7）焊接接头便于检验；（8）焊接前的准备和焊接所需费用低；（9）对角焊缝不宜选择和设计过大的焊角尺寸，试验证明，大尺寸角焊缝的单位面积承载能力较低等。第三十六页，共59页。二、T形接头将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头称为T形（十字）接头。T形（十字）接头能承受各种方向的力和力矩。T形接头是各种箱型结构中最常见的接头形式，在压力容器制造中，插入式管子与筒体的连接、人孔加强圈与筒体的连接等也都属于这一类。由于T形（十字）接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成应力分布极不均匀、且比较复杂，在角焊缝根部和趾部都有很大的应力集中。保证焊透是降低T形接头应力集中的重要措施之一。第三十七页，共59页。选择接头形式时，主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。例如：

对接接头具有受力均匀、节省金属等优点，故应用最多。但是，对接接头对下料尺寸和组装的要求比较严格。

T形接头焊缝大多数情况下只承受较小的切应力或仅作为联系焊缝。

搭接接头对装配要求不高，也易于装配，但接头承载能力低，一般用在不重要的结构中。第三十八页，共59页。电弧焊接头包括四个部分：焊缝、熔合区、热影响区、焊缝附近的母材。

a)b)熔化焊焊接接头的组成：a)对接接头b)搭接接头1-焊缝金属2-熔和线3-热影响区4-母材第三十九页，共59页。1.避开应力最大处；2.焊缝远离加工面；3.对称布置变形小；4.焊缝布置求分散；5.便于操作想周到；6.尽量平焊效率高。第四十页，共59页。第四十一页，共59页。第四十二页，共59页。第四十三页，共59页。第四十四页，共59页。第四十五页，共59页。第四十六页，共59页。焊接收缩量，纵向焊缝为1/1000，横向焊缝，板厚≤6mm时，为0.5mm,板厚›6mm时，为1.5mm。板厚›20-40mm时，为3mm。一道焊焊得过宽，过厚的坏处焊缝的余高：按h≤1+(0.05—0.15)xC且h≤3mm，‘C’为焊缝宽度。咬边：允许局部咬边，深度≤0.5mm，总长≤0.1L，‘L’焊缝长度。错边：错变量≤0.1板厚，不大于2mm。塌陷：局部深度≤0.2+0.02板厚，且不大于0.5mm.角焊缝的凸度：b-a≤1+0.1a，不大于3mm。角焊缝的凹度：b-a≤0.3+0.05a，不大于1mm。焊脚高度：0.5+0.15a，焊缝尺寸为6mm,偏差为±0.7，焊缝尺寸为8mm，偏差为±1。焊缝整体外观质量：表面光洁，无明显缺陷。第四十七页，共59页。焊缝的道数根据焊缝的宽度和厚度确定，≤8mm的焊缝，可以一道焊完。›8mm的焊缝，采用多层多道焊。一道焊焊得过宽，过厚的坏处易造成焊缝夹渣。溶池温度过高，使焊缝的机械性能变坏。易使焊缝的两边焊不透。焊缝直线不易掌握，焊缝歪曲不直。易使焊缝凹凸不平。易使焊缝不规则，影响焊缝美观。易咬边。易增大件的变形。焊缝收弧弧坑过大，造成弧坑裂纹.为提高本公司持证焊工的技术水平，根据公司产品生产的实际情况，对二氧化碳气体保护焊和焊接设备作专题分述，包括焊接设备及焊接接头的分类，各种位置的焊接技术，焊缝缺陷的处理，焊接变形和防止方法。焊接设备的选用，保养，故障处理。第四十八页，共59页。因为一个焊件在焊接过程中，各个部位所受的温度是不同的，必定会产生变形，因此控制焊件变形使其尽可能缩小在允许的范围之内是非常必要的。焊接过程中防止变形的一些方法。拉撑法

主要用于T型结构。双T型结构焊后产生变形用工艺板防止焊接变形固定法采用工装夹具把焊件固定。反变形法:根据焊件的变形方向，预先把焊件作反方向的拼装。

正确的焊接次序

分段反焊法，即顺着一个方向，一段一段的反焊，每段约100-300mm跳焊反焊法，即顺着一个方向，一段交叉一段的反焊。

分中对称反焊法，即从一条焊缝的中间分头向两个焊接方向一段一段的反焊。先横后纵焊接法第四十九页，共59页。两面对称焊接法调整焊接规范减少变形：打底焊选用小电流，反面则采用大电流，消除第一道焊缝产生的变形。用相同的焊接规范，第一道焊后，反面则焊两道，消除变形。第五十页，共59页。气体：纯度必须大于99.5%，在施焊过程中若瓶中压力降至1Mpa （10Kg/cm）时应更换气瓶。焊丝：必须符合GB/8110-1995国家标准的要求。工艺性能应满使用要求。干伸长度：焊丝从导电咀到工件的距离。干伸长度：焊接电流‹300A时，干伸长度L=（10-15）倍焊丝直径。干伸长度：焊接电流›300A时，干伸长度L=（10-15）倍焊丝直径+5。干伸长度对焊接的影响过长时，气体保护效果不好，易产生气孔，引弧性能差，电弧不稳定，飞溅加大，熔深变浅，成型变坏。过短时，看不清电弧，喷咀易被飞溅物堵塞，飞溅大，溶深变深，焊丝易与导电咀粘连。焊接电流：实际上是调节送丝速度与熔化速度的平衡结果。第五十一页，共59页。焊接电压：提供焊丝熔化能量，电压越高，焊丝熔化速度越快。因此：CO2焊机的焊接电流必须与焊接电压相匹配，即一定要保证送丝速度与焊接电压对焊丝的熔化能力一致，以保证电弧长度的稳定。5.1焊接电流小于300A时，焊接电压=（0.04倍焊接电流+16±1.5）5.2焊接电流大于300A时，焊接电压=（0.04倍焊接电流+20±2.0）焊接电压对焊接效果的影响：5.3电压偏高时：弧长便长，飞溅颗粒变大，易产生气孔，焊道变平，熔深和余高变小。5.4电压偏底时：焊丝插向母材，飞溅增大，焊道变窄，熔深和余高变大。6.焊接速度：在焊接电流和焊接电压一定的情况下，焊接速度的选择应保证单位时间内给焊缝足够的热量。极性：反极性特点：电弧稳定，焊接过程平稳，飞溅小。正极性特点：熔深较浅，成型不好，余高较大，飞溅很大，焊丝熔化速度快。只在堆焊时使用。第五十二页，共59页。焊接时出现蛇形焊缝的原因：焊丝干伸长度过大，导电咀磨损严重，导电咀未紧固过松动，粗焊丝校直不良，送丝管阻力过大。焊缝出现气孔的原因CO气孔：焊丝不合格，工件含C量过大，气体不纯。H气孔：焊丝和工件有油，锈，水等污物。N气孔：主要原因是气体保护效果不好，风速大于3级以上，气体纯度不够，干伸长度过大，气体流量过小，气路被堵塞或漏气，电磁阀损坏，热塑管损坏，送丝管及枪管密封圈损坏，气筛损坏，喷咀内非溅物过度多，流量计冻结，未加热，焊接工艺规范不正确。第五十三页，共59页。焊缝出现裂纹的原因热裂纹：焊缝金属在凝固时产生的裂纹。焊缝中的纵向裂纹，弧坑裂纹及焊道下的裂纹多为热裂纹。产生的原因主要是焊丝及工件中含S量及杂质过高，焊接工艺规范不正确。解决方法：限制焊丝和工件中的有害杂质，特别是S。选择合适的焊接工艺参数，适当提高焊缝的成型系数，形成较宽较薄的焊缝，防止有害杂质在焊缝中性线处偏析，注意填满弧坑。冷裂纹：在马氏体形成温度或200-300℃一下形成。焊缝中的横向裂纹，焊趾裂纹，根部裂纹，焊道下裂纹多为冷裂纹。产生的原因主要是钢材淬火倾向，残余应力及焊缝金属扩散氢含量。解决方法：降低焊缝金属的扩散氢含量。焊丝和工件坡口必须清除油，锈，水等污物。采取预热，控制层间温度，后热，消除应力热处理和采取较大的焊接线能量等焊接工艺措施。第五十四页，共59页。前进法特点：电弧推着熔池走，不直接作用在工件上，焊道平而宽，容易观察焊缝，气体保护效果好，熔深小，飞溅较大。适用于：薄板，V型坡口打底焊。后退法特点：电弧躲着熔池走，直接作用在工件上，熔深大，容易观察焊缝，焊道窄而高，气体保护效果不太好。适用于：厚板，V型坡口第二道以上焊缝，药芯焊丝焊接。第五十五页，共59页。CO2焊机的主要功能有：缺相保护功能，电源电压波动补偿功能，电源输入瞬间过压保护功能，焊机空载延时节电功能，双重过热保护功能，提前送气，滞后停气功能，引弧慢送丝功能，引收，弧初期予置功能，丝经转换功能，药芯/实芯焊丝选择功能，