焊接机器人出现气孔的排查方法及解决措施

焊接机器人出现气孔的排查方法及解决措施

何洲,郑立恒, 

宝鸡石油机械有限责任公司 钢结构分公司焊接中心  陕西省  721000

摘要：本文主要介绍了焊接机器人的广泛应用提高了工作效率，提高了焊接质量、降低了工人劳动强度等。虽然焊接机器人 在工业领域中突飞猛进飞跃式的发展，但是对于焊缝的成形质量的保证也是非常的重要。本文主要针对焊接机器人焊 接过程中出现的蜂窝状气孔缺陷，对设备的各个环节进行排查，查找问题，并且对发现的问题进行一一解决。文章中 主要把焊接过程出现气孔的排查方法和解决措施进行了详细的介绍，文章最后展望了焊接机器人将来的发展方向。

关键词：焊接机器人、气孔、 解决方法、质量

0.  前言

焊接机器人是在工业机器人的基础上发展起来的 先进焊接设备，是专门从事焊接的机器人生产单元。

为了保证焊接产品质量的稳定性和提高劳动生 产效率，改善焊接工人的工作条件，人们不断的寻找 提高焊接自动化水平的方法，最主要的内容之一是发 展焊接机器人技术。焊接机器人是一项多学科交叉技术，包括电子技术、计算机、焊接、结构、材料、流 体、光学、电磁等学科。焊接机器人不仅大大降低了 对工件加工精度和拼装精度的要求，而且降低了焊接 准备时间，显著提高了生产效率。

由于焊接机器人具有焊接质量高、降低工人的劳 动强度、提高生产效率、产品周期明确易控制产量、 柔性化程度高、焊接质量稳定、生产效率高等诸多优 点，因此在改善产品结构件的质量、提高生产效率、 减轻工人劳动轻度等方面具有显著的意义。

1.  焊接机器人简介及出现气孔样式

本文涉及的是日本神钢9轴联动焊接机器人系统，主要用于石油钻井设备结构件的焊接。

图 1 焊接机器人图

1.1焊接机器人简介

1.2 (1) 焊接机器人的组成

                          表1  焊接机器人的组成

(2) 焊接机器人的工作环境要求

                           表 2 焊接机器人工作环境

(3) 焊接机器人对工件组队的要求以及适用条件

表 3 工件组队要求及机器人适用条件

1.2焊接后出现的气孔样式

图 2 焊缝气孔样式

   该型焊接机器人系统在使用过程中发现焊缝出现了内部 气孔缺陷。从焊缝外观来看，焊缝表面颜色暗淡，且焊缝中间有明显的外鼓现象。使用碳刨机将焊缝沿纵向抛开后，内部出现了大量的蜂窝状气孔，如图 2 所示。下面对出现这种蜂窝状气孔的原因进行分析，找出相应的解决措施。

2.焊接过程出现气孔的排查方法

       2.1 焊缝出现气孔的原因

工件焊接时，由于保护不好，周围的空气进入熔 池空气中的H2O、N2等有害气体在高温下分解产生H 原子、O 原子、N 原子，熔池冷却时，这些原子来不及析出，在焊缝内部互相结合，形成氢气孔、一氧化碳气孔和氮气孔。另外，焊接时焊缝周围清理不干净，存在水、油污、锈等等，也容易在焊缝内部产生氢气孔和一氧化碳气孔。产生气孔的原因有设备的因素，也有焊接参数不合理，以及焊接操作不当的因素。

对于焊接机器人来说，焊接参数和操作程序的输入都是严格按照工艺的要求，并经过批量验证的。在查找原因之前，对焊接工艺参数和操作程序进行了检查核对，符合工艺要求。那么焊缝产生气孔的原因 有可能与设备以及焊缝的清洁度有关。由于设备的 问题造成保护气体压力、流量不够，保护效果差。 设备和工件清洁度导致焊缝出现气孔主要由以下因素造成：

   (1)保护气压力不足

   (2)气体流量不稳定

   (3)保护气体不够干燥

   (4)焊缝周围的底漆未除去

   (5)焊缝周围存在油污、水分和铁锈

2.2出现气孔的排查方法

针对焊接机器人出现蜂窝状气孔的问题，对设备的各个部位及焊接的全部过程进行排查，最终能找到问题的原因所在，具体的排查内容见表4。

表 4 排查内容

3. 解决措施

表 5 列举了各个排查项存在的问题和解决办法。其中第八项和第十项进行了多次调整：分流器（气塞）和保护套更换了两次配件，最终才彻底解决了焊缝出 现蜂窝状气孔的问题。具体的解决措施如图 3图 6 所示。

表 5 排查内容

4 .整改后的效果及注意事项

4.1焊缝效果

   整改后焊接的焊缝，表面光滑，成形均匀一 致，没有焊接缺陷。

图7 整改后的焊缝外观图

4.2注意事项

活性混合气体保护焊，熔池保护方式比较单一，容易受到各种因素的影响从而产生气孔。它产生的气孔大致为两类：

    第一类：气体保护不好产生的氮气孔，该气孔的特征为密集分布或成蜂窝状；

    第二类：工件或焊丝表面的水、油、锈等未清理干净产 生的氢气孔，它的特征是断面为螺钉状，内壁光滑， 上大小小呈喇叭口状。

第一种气体保护不好的原因很多，总结有以下几个方面：

    ⑴气体纯度达不到要求。杂质气体如H2O、空气等都会产生气孔。在正式焊接之前应先在清理干净 的铁板上试焊，如出现气孔则需更换气体。

    ⑵气流量过大，或过小。气流量的大小应根据保护套的大小来调节，控制在 20～23L/min。一般保护套越大，气流量越大。

    ⑶气体紊流。当喷嘴内有飞溅物，或套筒严重变 形时易造成气体紊乱。

    ⑷气管破损。当气管破损时，在焊接起弧或起弧 不久就会出现气孔，之后又会恢复到正常。

    ⑸环境气流过大。一般当风速达到 3m/s 以上时，空气易侵入熔池。

    ⑹焊丝的伸出长度。一般为焊丝直径的 10～15 倍，不要超过 22 mm。焊丝伸长过长，气体挺度有限，无法对熔池进行保护。

第二种很好解决，只要做好焊前的清理工作， 就可以避免。

5.焊接机器人的应用及发展

    焊接机器人的应用，提高了产品的生产效率和质量稳定性，减轻了工人劳动强度，实现了柔性化管理，生产便于控制，实现了切实的效益。

    目前焊接机器人在国内工程机械行业被广泛的推广和应用，越来越多的焊接机器人出现在生产现场。同时也应看到，国内企业对于焊接机器人的理解同国外企业相比还存在很大差距，盲目应用的同时，对于焊接机器人设备和工艺的深入研究却相 对滞后。从目前国内焊接机器人的应用来看，仅停留在程序化上，即代替人工完成焊接作业，而机器人的智能化、多元化、集成化等优点并没有充分的发挥出来。从这一点来说，国内焊接机器人的应用水平还有待进一步提高。