全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底方法，本發(fā)明為消除熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊因較大的等離子流力與噴射過渡在單面焊雙面成形工藝中造成的燒穿，以熔化極氣體保護(hù)焊焊接機(jī)器人為手段，在采用左焊法以避免熔池過大并緩沖等離子流力與高速熔滴對(duì)間隙底部的直接沖擊的同時(shí)，進(jìn)而通過擺動(dòng)以減少噴射過渡的熔滴高速?zèng)_擊根部間隙中心的幾率；視鈍邊厚度可在鈍邊處停留。本發(fā)明通過減小、分散電弧等離子流力、優(yōu)化高速熔滴對(duì)熔池的沖擊位置與方向，維護(hù)了熔池表面張力對(duì)熔池重力及高速熔滴對(duì)熔池沖擊力的平衡效果，防止了燒穿。
【專利說明】全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 單面焊雙面成形打底工藝是厚板焊接的第一道工序，也是最為困難的工序。其難 點(diǎn)在于既要防止未焊透，又要防止燒穿。對(duì)于手工的、可采用短路過渡的焊接方法（如半自 動(dòng)C0 2氣體保護(hù)焊與焊條電弧焊），實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形相對(duì)容易。這是由于：一方面，因?yàn)?在短路階段，電弧力、熱效果均減弱，熔池體積不會(huì)增大反而趨于降溫，同時(shí)強(qiáng)勁的電弧等 離子流力消失，熔滴的強(qiáng)勁沖擊作用也消失，于是減弱的熱、力作用都有利于防止燒穿。另 一方面，在手工施焊的情況下，焊工能根據(jù)熔池大小與流動(dòng)情況，及時(shí)作出各種調(diào)整，以防 止燒穿。
[0003] 但是，當(dāng)采用烙化極富氦混合氣體焊（MAG :metal active gas)焊接對(duì)低溫韌性 有高要求的鋼結(jié)構(gòu)件時(shí)，能掌握這種焊接方法所要求的單面焊雙面成形技術(shù)的焊工屈指可 數(shù)。主要問題是極易出現(xiàn)燒穿。申請者認(rèn)為在這種"富氬+細(xì)絲"的特殊條件下，主要原因 在于氬氣加入使電弧擴(kuò)張，電弧等離子流力及熔滴對(duì)熔池沖擊力（盡管體積不大）均增大 (特別在持續(xù)噴射過渡或斷續(xù)混有噴射過渡的情況下），在這強(qiáng)勁的雙重沖擊力的共同作 用下，出現(xiàn)燒穿缺陷。隨著人力成本的飆升，手工打底的成本升高，而且效率低下，施工進(jìn)度 難以保證。因此，全自動(dòng)MAG打底技術(shù)亟需攻克。
[0004] 對(duì)于單面焊雙面成形技術(shù)而言，焊透主要針對(duì)鈍邊而言，燒穿主要針對(duì)根部間隙 而言，兩者恰為矛盾的兩個(gè)方面。單面焊雙面成形時(shí)，根部間隙處液態(tài)金屬因處于懸空狀 態(tài)、溫度極高、距離固態(tài)鈍邊較遠(yuǎn)，則依靠其表面張力平衡外力與重力的效果趨于減弱，防 止燒穿的困難增大。當(dāng)選擇的焊接電流較大時(shí)，液態(tài)金屬受重力等作用，易產(chǎn)生背面焊縫下 墜、焊瘤、燒穿。若焊接電流選擇較小又易產(chǎn)生鈍邊未焊透現(xiàn)象。目前，單面焊雙面成形的 工藝有以下三種：脈沖鎢極氬弧焊（或恒電流）、焊條電弧焊（常用細(xì)焊條）與美國林肯公 司開發(fā)的表面張力過渡（STT :surface-tension-transfer)打底焊技術(shù)。其特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn) 分別分析如下。
[0005] 關(guān)于焊條電弧焊的單面焊雙面成形操作技術(shù)，在中國焊接協(xié)會(huì)與焊接學(xué)會(huì)所編的 《國際焊工培訓(xùn)》教材中有較為清楚的描述（中國焊接協(xié)會(huì)與中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì) 焊接培訓(xùn)與資格認(rèn)證委員會(huì)編.國際焊工培訓(xùn)（國際焊接學(xué)會(huì)焊接人員培訓(xùn)與國際資格認(rèn) 證教材）.黑龍江人民出版社，2002年.161-167) :焊條電弧焊的單面焊雙面成形操作技術(shù) 有"連弧焊法"與"斷弧焊法"兩種；其中，斷弧焊所用電流大，靠間斷提起焊條、短暫滅弧來 防止燒穿；連弧焊法的要點(diǎn)可概括如下：細(xì)焊條（Φ3. 2)、小電流（80?90A)、根部間隙大 (3. 2?4. 0mm)、靠將坡口根部熔化并擊穿形成"熔孔"并控制熔孔寬度略大于根部間隙（兩 側(cè)鈍邊可各熔化寬度在0. 5?1_左右）保證焊透、小幅鋸齒形橫向擺動(dòng)、右焊法?？梢?， 連弧焊在較小的電流下實(shí)現(xiàn)焊透是借助于施加擺動(dòng)時(shí)形成的"熔孔"而實(shí)現(xiàn)的，防止燒穿是 借助細(xì)焊絲、小電流形成的小熔池、低溫度、快速冷凝實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 鎢極氬弧焊（TIG)的優(yōu)點(diǎn)是電弧在小電流情況下也能穩(wěn)定燃燒，這為TIG用于薄 板對(duì)接及單面焊雙面成形提供了可能。當(dāng)采用脈沖TIG時(shí)，既可利用幅值較大的脈沖電流 保證焊透，又可利用幅值較小的維弧電流防止燒穿，這樣，借助其更方便的熱輸入控制，更 有利于單面焊雙面成形。
[0007] 采用熔化極氣體保護(hù)焊的單面焊雙面成形的先進(jìn)工藝當(dāng)屬1993年報(bào)道的美國林 肯電氣公司推出的表面張力過渡（STT)電源與技術(shù)（Stava E.K. A new, low-spatter arc welding machine. Welding Journal, 1993, 72(1) :25-29) qSTT 技術(shù)兼具低飛溉短路過渡與 脈沖電弧的優(yōu)點(diǎn)，可用于單面焊雙面成形。據(jù)報(bào)道，STT打底技術(shù)已用于我國西氣東輸工程 (鄭振永，郭彬.全自動(dòng)焊技術(shù)在西氣東輸工程中的應(yīng)用.焊接技術(shù)，2003, 32(4) :25-27)。
[0008] 上述三種單面焊雙面成形工藝的缺點(diǎn)如下：脈沖TIG與連弧焊焊條電弧焊打底工 藝的主要缺點(diǎn)在于效率低下；而STT技術(shù)因設(shè)備投資大限制了其在我國的大面積推廣應(yīng) 用。此外，脈沖MAG電源雖也有望用于單面焊雙面成形，但電源價(jià)格昂貴且不易及時(shí)購得。 A-TIG因焊縫有增氧現(xiàn)象，不利于接頭韌性。
[0009] 另一方面，在對(duì)韌性要求相對(duì)較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接中，效率高、韌性高、飛 溉小、焊縫截面與表面成形良好、電弧穩(wěn)定的富氦混合氣體保護(hù)焊（MAG :metal active gas welding)的應(yīng)用正在蓬勃發(fā)展，以取代0)2焊與焊條電弧焊（張貴鋒，張建勛，裴怡.0) 2焊 與MAG焊的工藝性能及其焊絲的研發(fā)與應(yīng)用.焊管，2006, 29(1) :11-15)。申請者前期試驗(yàn) 表明，當(dāng)直接采用MAG進(jìn)行打底焊接時(shí)，焊接電流和根部間隙是影響打底成形的關(guān)鍵因素， 其對(duì)應(yīng)配合要求異?？量?；特別是對(duì)間隙的允許波動(dòng)量很小，即便由于板材變形等因素引 起的微量間隙波動(dòng)都有可能導(dǎo)致出現(xiàn)燒穿或未焊透。以采用Φ1. 2_焊絲的MAG焊接為例， 當(dāng)根部間隙一定時(shí)，只有焊接電流處在一個(gè)很小的范圍內(nèi)才可以保證沒有燒穿和未焊透缺 陷；當(dāng)焊接電流一定時(shí)，根部間隙波動(dòng)的允許范圍也很小。當(dāng)根部間隙過大（2.0mm)或過 小（1.2_)時(shí)，不出現(xiàn)燒穿和未焊透缺陷的焊接電流幾乎是一個(gè)固定值；而根部間隙為中 間值（1.6mm)時(shí)，不出現(xiàn)燒穿和未焊透缺陷的焊接電流范圍為170A?220A。同一組試板組 裝、點(diǎn)固后根部間隙不可能是一個(gè)固定值，固定的根部間隙對(duì)焊接時(shí)試板的組裝和點(diǎn)固有 著非常嚴(yán)格和苛刻的要求，這使得全自動(dòng)MAG焊打底在工程上無法應(yīng)用和推廣。因此，基于 現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)，研發(fā)高效的全自動(dòng)MAG焊打底技術(shù)，降低對(duì)操作人員技術(shù)水平的依賴是相 關(guān)行業(yè)急需的技術(shù)。
[0010] 消除未焊透和燒穿這兩種缺陷的措施是截然相反的，而且消除燒穿缺陷需要更為 苛刻的條件（使根部間隙趨于穩(wěn)定值），而使根部間隙趨于穩(wěn)定值在實(shí)際焊接過程中因下 料、坡口加工的分散性是很難實(shí)現(xiàn)的。所以全自動(dòng)MAG打底焊的關(guān)鍵在于根部間隙在一定 的范圍內(nèi)（上下波動(dòng)0.2mm)能夠保證消除燒穿缺陷，通常主要從熱的角度（即減小電流， 控制熔池體積）出發(fā)避免燒穿，但如上所述，這一思路對(duì)解決全自動(dòng)MAG焊打底焊道燒穿非 常困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形 打底方法。
[0012] 本發(fā)明的基本思路是針對(duì)全自動(dòng)MAG這種"富氬+細(xì)絲"的特殊條件，為防止燒穿， 從優(yōu)化根部間隙熔池金屬受力角度出發(fā)，以消除電弧等離子流力與高速熔滴對(duì)間隙中心液 態(tài)金屬的持續(xù)沖擊。
[0013] 該單面焊雙面成形打底方法包括以下步驟：為消除全自動(dòng)MAG打底中極易出現(xiàn)的 燒穿缺陷，從降低、分散"電弧等離子流力與高速熔滴對(duì)熔池的雙重沖擊力，并優(yōu)化高速熔 滴對(duì)熔池的沖擊位置與方向"思路出發(fā)，采用具有能擺動(dòng)、短暫停留功能的熔化極氣體保護(hù) 焊焊接機(jī)器人，使熔化極氣體保護(hù)焊焊接機(jī)器人按左焊法行走，以避免熔池過大并緩沖等 離子流力與高速熔滴對(duì)根部間隙處熔池底部的直接沖擊；在行走過程中使焊炬橫向擺動(dòng)， 以分散等離子流力，并使高速熔滴向熔池兩側(cè)邊緣處過渡，從而避免熔滴直接沖擊熔池中 心；并禁止電弧在無任何襯墊的根部間隙區(qū)停留，以減少電弧等離子流力對(duì)根部間隙的持 續(xù)吹擊作用，同時(shí)減少高速過渡的熔滴對(duì)根部間隙處熔池的沖擊幾率，也防止了間隙處液 態(tài)金屬過熱導(dǎo)致液態(tài)自身表面張力過低，以此防止燒穿。
[0014] 在行走過程中，將電弧的停留主要移至坡口兩側(cè)較厚的鈍邊所在處，既有利于分 散等離子流力，并使熔滴向鈍邊處過渡，又有利于焊透與熔合，以強(qiáng)行增大熔滴向著兩側(cè)鈍 邊的過渡與沖擊幾率，減小熔滴對(duì)熔池中心的沖擊幾率，同時(shí)保證焊透與高效填充。
[0015] 所述橫向擺動(dòng)以根部間隙中心為平衡位置，擺動(dòng)振幅在0. 5?1_，以分散等離子 流力，防止等離子流力與熔滴兩者持續(xù)沖擊熔池中心。
[0016] 所述根部間隙在1?2. 5mm范圍內(nèi)，焊接電流控制在100?185A。
[0017] 橫向擺動(dòng)到達(dá)峰值位置（鈍邊）處時(shí)停留0· Is。
[0018] 根部間隙為2. 3±0. 2mm，坡口角為50?60°，擺動(dòng)振幅為1mm，擺動(dòng)頻率為4Hz， 焊接電流為169?185A，電弧電壓為19. 7?20. IV，行走實(shí)際速度為20cm · mirT1。
[0019] 根部間隙為1· 3±0· 2mm，坡口角為60°，擺動(dòng)振幅為1mm，擺動(dòng)頻率為4Hz，焊接電 流為110?130A，電弧電壓為16. 7?17. IV，行走實(shí)際速度為20cm · mirT1。
[0020] 所述單面焊雙面成形打底方法適于短路過渡與噴射過渡并存的混合過渡形式。
[0021 ] 所述單面焊雙面成形打底方法也適用于熔化極惰性氣體保護(hù)焊打底。
[0022] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0023] 本發(fā)明主要基于減輕電弧與熔滴對(duì)懸空態(tài)根部間隙處高溫液態(tài)金屬的持續(xù)沖擊 效果這一思路，通過"緩沖高速熔滴對(duì)熔池底部的直接沖擊力"、"減小高速熔滴對(duì)熔池的沖 擊幾率"、并分散"等離子流力"，解決了 MAG焊等打底時(shí)的燒穿問題（即使在噴射過渡情況 下也能防止燒穿），成功實(shí)現(xiàn)了單面焊雙面成形，顯著提高了生產(chǎn)效率，免除了對(duì)焊工操作 水平的過度依賴。
[0024] 本發(fā)明針對(duì)全自動(dòng)MAG這種"富氬+細(xì)絲"的特殊條件使"力"的因素，即電弧等 離子流力與熔滴過渡對(duì)熔池中心的雙重沖擊力一躍成為燒穿的主要因素。循此思路，本發(fā) 明中通過減小、分散電弧等離子流力；優(yōu)化高速熔滴對(duì)熔池的沖擊位置與方向；消除等離 子流力與熔滴對(duì)間隙中心液態(tài)金屬的持續(xù)沖擊，從而獲得了成功。
[0025] 所述單面焊雙面成形打底方法適用于熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊（MAG)打底或 熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG)打底。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明提供的全自動(dòng)MAG打底焊接技術(shù)原理示意圖（技術(shù)要點(diǎn)：左焊法；擺 動(dòng)時(shí)根部間隙禁停），其中，（a)為俯視圖，（b)為側(cè)視圖；4表示焊槍，5表示試板；
[0027] 圖2為MAG焊單面焊雙面成形宏觀形貌（焊接電流為175A，電弧電壓為20V，焊槍 行走實(shí)際速度為20cm ?π?ΓΓ1，左右擺動(dòng)振幅A = 1mm，頻率f = 4Hz，左焊法），其中，（a)為 打底焊焊縫正面外觀，（b)為打底焊焊縫背面外觀；
[0028] 圖3為完整焊縫橫截面整體成形效果圖（打底焊焊接電流為175A，電弧電壓為 20V，焊槍行走實(shí)際速度為20cm ?π?ΓΓ1，左右擺動(dòng)振幅A = 1mm，頻率f = 4Hz，左焊法；蓋面 焊焊接電流為215A，電弧電壓為22. 3V，焊速為30cm · mirT1，右焊法），其中，（a)為打底焊 道焊接接頭橫截面宏觀形貌，（b)為蓋面焊道焊接接頭橫截面宏觀形貌，F(xiàn)Z表示熔合區(qū)，BM 表示母材，HAZ表示熱影響區(qū)，WM表示焊縫金屬。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說明。
[0030] 在人力成本驟增的大背景下，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)MAG的自動(dòng)打底，解決易于"燒穿"的 困難（此時(shí)在燒穿與未焊透的矛盾中，燒穿為矛盾的主要方面），本發(fā)明基于熔化極富氬混 合氣體保護(hù)焊（MAG)常用富氬一細(xì)絲、噴射過渡這些核心特點(diǎn)，引發(fā)燒穿的主要原因在于 力學(xué)方面（即"電弧等離子流力"與"熔滴"對(duì)熔池的雙重沖擊力）而非加熱方面引發(fā)的熔 池體積過大的思路，為了在打底焊道獲得焊透與防燒穿的綜合效果，確立了著眼于降低、分 散"電弧等離子流力與高速熔滴對(duì)熔池的雙重沖擊力"的技術(shù)方案。但為了降低"電弧等 離子流力與熔滴對(duì)熔池的沖擊力"則須降低電弧電流，卻易導(dǎo)致未焊透。為此，綜合采用以 下技術(shù)方案：一方面適當(dāng)增大根部間隙，確保以較小電流焊透鈍邊，同時(shí)也利于減小"電弧 等離子流力與熔滴對(duì)熔池的沖擊力"；另一方面，在焊透前提下，為防止根部間隙適當(dāng)增大 后導(dǎo)致的燒穿，進(jìn)一步著眼從減輕高速熔滴及電弧對(duì)熔池（特別是根部間隙中心區(qū)域）直 接、集中與持續(xù)沖擊作用這一思路出發(fā)，采用左焊法以增大高速熔滴直接沖擊熔池底部的 阻力，通過"緩沖"減小了高速熔滴對(duì)熔池底部的直接沖擊力；采用橫向擺動(dòng)減小高速熔滴 沖擊熔池的"幾率"；同時(shí)"分散" 了等離子流力對(duì)懸空態(tài)根部間隙區(qū)的持續(xù)吹擊；這樣，首 次穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)了 MAG焊單面焊雙面成形。
[0031] 上述技術(shù)方案的思路簡介如下。本發(fā)明認(rèn)為，造成焊條電弧焊與MAG焊打底熔池 燒穿的主要原因有一定的差別。焊條電弧焊熔滴呈顆?；蚨搪愤^渡，熔滴對(duì)熔池的沖擊作 用小，等離子流力也小，因而造成燒穿的主要因素是根部間隙大、熔池體積過大，表明張力 不足以平衡重力的作用。而MAG焊所采用的根部間隙通常明顯小于焊條電弧焊的間隙，熔 池體積大并非導(dǎo)致燒穿的主要因素，而導(dǎo)致熔池?zé)┑闹饕蛩貞?yīng)是外加的"力"的作用， 主要為"等離子流力"以及"熔滴對(duì)熔池的高速?zèng)_擊力"。特別是當(dāng)采用噴射過渡時(shí)，熔滴在 電磁收縮力的加速下，以遠(yuǎn)高于重力加速度的高速?zèng)_擊熔池；加之根部間隙中心區(qū)距離固 態(tài)鈍邊相對(duì)較遠(yuǎn)，且根部間隙中心區(qū)溫度最高，使表面張力平衡重力、等離子流力、熔滴沖 擊力的綜合效果趨于減弱；這樣，極易在間隙稍大情況下優(yōu)先在根部間隙中心出現(xiàn)燒穿。
[0032] 仔細(xì)分析可知，全自動(dòng)MAG打底困難原因在于兩方面：一是富氬；二是細(xì)絲。對(duì)于 高鋼級(jí)的低合金高強(qiáng)鋼，因?qū)g性有嚴(yán)格要求，故須采用富氬混合氣體保護(hù)電弧焊，但由于 Ar弧的擴(kuò)張性會(huì)使電弧等離子流力及熔滴對(duì)熔池的沖擊力顯著增大（特別在持續(xù)或斷續(xù) 噴射過渡情況下），這將對(duì)熔池形成很大的沖擊力。特別對(duì)于細(xì)絲，這種沖擊力更大（細(xì)絲 噴射過渡所需臨界電流??；熔滴質(zhì)量小而易被加速）。為消除燒穿，可考慮的途徑有兩條： 一是合理實(shí)時(shí)調(diào)控電弧電流（如選用合理的電源或操作機(jī)），以同時(shí)減小熔池體積、等離子 流力與電磁收縮力，從而防止燒穿。目前市場尚難以購得此類設(shè)備，其可靠性也難以保證， 故本發(fā)明未采用此思路。二是著眼于減小來自于等離子流力與高速熔滴對(duì)熔池的沖擊力。 基于申請者的前述分析可知，MAG打底易燒穿的主要原因在于力學(xué)沖擊方面，而非加熱過度 致使熔池體積過大、表面張力難以平衡重力的加熱方面。減小等離子流力與熔滴沖擊力的 首選思路應(yīng)是減小焊接電流，但這又容易導(dǎo)致未焊透。為此，適當(dāng)增大根部間隙，確保以較 小電流焊透鈍邊；同時(shí)，設(shè)法在噴射過渡的情況下，減輕電弧及高速熔滴對(duì)熔池（特別是對(duì) 懸空的根部間隙中心區(qū)）的直接、集中、持續(xù)的沖擊作用。
[0033] 依上述分析可知，減輕外力對(duì)懸空態(tài)熔池中心的沖擊效果是防止打底焊道出現(xiàn)燒 穿的技術(shù)關(guān)鍵。隨之而來的技術(shù)問題是如何具體減小"高速熔滴"以及"等離子流力"對(duì)熔 池的沖擊效果（特別是根部間隙中心區(qū)）。對(duì)于前者，影響熔滴對(duì)熔池沖擊效果的因素有電 流、沖擊幾率、熔滴進(jìn)入熔池后的粘滯阻力等因素。本發(fā)明采用了"左焊法"（焊接分向自右 向左）以避免熔滴直接沖擊熔池底部，并增大熔滴進(jìn)入熔池后的粘滯阻力，減輕熔滴對(duì)熔 池底部的直接沖擊力；采用"橫向擺動(dòng)"以減少噴射過渡情況下高速過渡的熔滴對(duì)根部間隙 處熔池中心（即根部間隙中心）沖擊幾率。對(duì)于后者，為減輕等離子流力對(duì)根部間隙中心 沖擊效果，同樣采用了 "橫向擺動(dòng)"的技術(shù)方案，以避免等離子流力對(duì)根部間隙液體（該處 液態(tài)金屬處于懸空態(tài)、溫度極高、距離固態(tài)區(qū)較遠(yuǎn)，表面張力弱）的持續(xù)吹擊。另一方面，將 電弧的停留主要移至坡口兩側(cè)較厚的鈍邊所在處，增大熔滴向著兩側(cè)鈍邊的過渡幾率，以 同時(shí)保證焊透與填充。
[0034] 綜合采用上述技術(shù)方案后，達(dá)到了合理控制電弧能量分布、減輕電弧及熔滴對(duì)懸 空態(tài)根部間隙處液態(tài)金屬直接與持續(xù)的沖擊，消除了根部間隙處的燒穿，成功地實(shí)現(xiàn)了 MAG 焊的單面焊雙面成形，特別是對(duì)電流與根部間隙的允許波動(dòng)范圍得以展寬，降低了對(duì)備料、 下料、坡口加工、裝夾、規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定性的苛求，為工業(yè)化應(yīng)用提供了可能。與焊條電弧焊 單面焊雙面成形在工藝原理（本發(fā)明以控制高速熔滴過渡中的緩沖、位置、幾率為手段）、 效果方面均有顯著區(qū)別，最大區(qū)別在于：左焊法、無"熔孔"、可用噴射過渡、效率極高（高焊 速、高熔覆速率、可不間斷施焊、高自動(dòng)化程度）、免除了對(duì)焊工操作水平的依賴。
[0035] 熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形實(shí)例
[0036] 下面，以打底相對(duì)更為困難的鈍邊大、電流大、間隙大的情況為例進(jìn)行介紹。
[0037] 母材：厚8mm的國產(chǎn)Q690C低碳貝氏體鋼
[0038] 坡口（Y型）尺寸：坡口角50?60° (單邊25?30° );鈍邊厚度：2mm ;根部間 隙：2· 2±0· 2mm
[0039] 焊接設(shè)備：熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)器人
[0040] 焊炬行走：見圖1，采用左焊法（焊槍自右向左移動(dòng)，焊槍相對(duì)于焊接反方向傾斜） 并水平鋸齒狀擺動(dòng)?？紤]到MAG焊電弧及高速熔滴對(duì)熔池的沖擊力大，故禁用焊條電弧焊 打底常用的右焊法，以此緩沖高速熔滴到達(dá)熔池底部時(shí)對(duì)熔池底部的沖擊力，并減小熔深 與熔池體積。同時(shí)，挖掘機(jī)器人可快速擺動(dòng)能給打底焊帶來好處的潛力，對(duì)打底焊道中電 弧能量分布與熔滴過渡位置進(jìn)行如下合理分布：一方面，禁止電弧在無任何襯墊的根部間 隙區(qū)停留，而使電弧快速通過無任何襯墊的根部間隙區(qū)，以減少噴射過渡情況下高速過渡 的熔滴對(duì)根部間隙處熔池的高速?zèng)_擊幾率，同時(shí)減少等離子流力對(duì)根部間隙的持續(xù)吹動(dòng)作 用，以此防止燒穿；另一方面，將電弧的停留主要移至坡口兩側(cè)較厚的鈍邊所在處，增大熔 滴向著兩側(cè)鈍邊的過渡幾率，以同時(shí)保證焊透與高效填充。
[0041] 參見圖1，本發(fā)明采用了左右擺動(dòng)全自動(dòng)MAG打底焊，其中0、2點(diǎn)為平衡位置（即 根部間隙中心），1、3點(diǎn)分別位于兩側(cè)鈍邊處。左右擺動(dòng)全自動(dòng)MAG打底焊采用左焊法，左右 擺動(dòng)振幅為1_，即從平衡位置0點(diǎn)到1點(diǎn)的垂直距離為1_，峰峰值（1點(diǎn)到3點(diǎn)）為2_， 〇、2點(diǎn)不停留，1、3點(diǎn)停留0. Is ;擺動(dòng)頻率為4Hz ;焊槍傾角為20°。
[0042] 實(shí)際焊接時(shí)焊接電流為169?185A，電弧電壓為19. 7?20. IV，點(diǎn)固后根部間隙 為2. 15?2. 25mm，左右擺動(dòng)振幅為1mm，頻率4Hz，焊接機(jī)器人設(shè)定焊接速度為40cm ^化一1， 因焊槍在1、3點(diǎn)分別停留0. ls，焊槍行走實(shí)際速度為20cm 打底焊焊縫外觀如圖2、 圖3所示，從圖2、圖3可以看出，打底焊道背面成形連續(xù)、飽滿，打底焊道背面成形光滑、美 觀，沒有燒穿、未焊透等焊接缺陷，背面熔寬較為合適，正面填充較好。
[0043] 本發(fā)明摸索的左右擺動(dòng)全自動(dòng)MAG打底焊工藝參數(shù)還包括如下的例子：根部間隙 為1. 3±0. 2mm，坡口角為60°，擺動(dòng)振幅為1mm，擺動(dòng)頻率為4Hz，焊接電流為110?130A， 電弧電壓為16. 7?17. IV，行走實(shí)際速度為20cm · mirT1。
[0044] 在上述分散等離子流力、減少?zèng)_擊根部間隙幾率、增大向著鈍邊過渡并填充的幾 率、以鈍邊加熱為主的指導(dǎo)思想下，以根部間隙不停留為擺動(dòng)原則即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)熔化極 富氬混合氣體保護(hù)焊（MAG)單面焊雙面成形打底。視需要可在鈍邊處停留，也可在鈍邊處 不停留。采用本發(fā)明提出的全自動(dòng)MAG焊打底技術(shù)，根部間隙和焊接電流在較大的波動(dòng)范 圍內(nèi)也可以實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形：根部間隙在1?2. 5_范圍內(nèi)，焊接電流在100?185A 范圍內(nèi)，都可以獲得較好的焊縫背面成形?？梢?，對(duì)電流與根部間隙的允許波動(dòng)范圍得以展 寬，降低了對(duì)備料、下料、坡口加工、裝夾、規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定性的苛求，為高效率、大規(guī)模工業(yè)化 應(yīng)用提供了可能。
[0045] 為消除熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊（MAG)因較大的等離子流力與噴射過渡在單 面焊雙面成形工藝中造成的燒穿，以熔化極氣體保護(hù)焊焊接機(jī)器人為手段，在采用"左焊 法"以避免出現(xiàn)"熔孔"并緩沖高速熔滴對(duì)熔池底部的直接沖擊的同時(shí)，進(jìn)而通過擺動(dòng)以減 少噴射過渡的熔滴高速?zèng)_擊根部間隙中心的幾率；視鈍邊厚度可在鈍邊處停留（鈍邊厚度 1_以下因易焊透也可不停留）。該打底方法著眼于優(yōu)化根部間隙液態(tài)金屬受"力"的思 路，通過分散電弧等離子流力與能量、優(yōu)化高速熔滴與熔池的相互作用，消除了等離子流力 與高速熔滴兩者對(duì)根部間隙處液態(tài)金屬的持續(xù)沖擊及過度加熱，維護(hù)了熔池表面張力對(duì)熔 池重力及高速熔滴對(duì)熔池沖擊力的平衡效果，防止了燒穿。與焊條電弧焊單面焊雙面成形 的最大區(qū)別在于：左焊法、無"熔孔"、可用噴射過渡、效率極高（高焊速、高熔覆速率、可不 間斷施焊、高自動(dòng)化程度）。
【權(quán)利要求】
1. 一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底方法，其特征在于：該 單面焊雙面成形打底方法包括以下步驟：使熔化極氣體保護(hù)焊焊接機(jī)器人按左焊法行走， 在行走過程中使焊炬橫向擺動(dòng)，并禁止電弧在根部間隙區(qū)停留。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：在行走過程中，將電弧的停留移至坡口兩側(cè)的鈍邊所在處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：所述橫向擺動(dòng)以根部間隙中心為平衡位置，擺動(dòng)振幅在0. 5?1mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：所述根部間隙在1?2. 5mm范圍內(nèi)，焊接電流控制在100?185A。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：橫向擺動(dòng)到達(dá)峰值位置處時(shí)停留0. Is。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：根部間隙為2. 3±0· 2mm，擺動(dòng)振幅為1mm，擺動(dòng)頻率為4Hz，焊接電流為 169?185A，電弧電壓為19. 7?20. IV，行走實(shí)際速度為20cm · mirT1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：根部間隙為1. 3±0· 2mm，擺動(dòng)振幅為1mm，擺動(dòng)頻率為4Hz，焊接電流為 110?130A，電弧電壓為16. 7?17. IV，行走實(shí)際速度為20cm · mirT1。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：所述單面焊雙面成形打底方法適于短路過渡與噴射過渡并存的混合過 渡形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動(dòng)熔化極富氬混合氣體保護(hù)焊單面焊雙面成形打底 方法，其特征在于：所述單面焊雙面成形打底方法也適用于熔化極惰性氣體保護(hù)焊打底。
【文檔編號(hào)】B23K9/173GK104096957SQ201410356802
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】張貴鋒, 蔣二明, 趙繼鵬, 黃超, 石浩 申請人:西安交通大學(xué)