板坯叠轧是目前国内外生产复合板的一种新的制造工艺,具有板材质量高、组织均匀、性能稳定等多种优点,在核电、石油化工、输送管道等领域具有广泛的应用前景。常规情况下采用的大坡口手工电弧焊焊接效率低,人为因素影响大,焊接质量不稳定。因此,采用机器人自动焊接是组坯成形技术规模化应用的必然趋势,而横向窄间隙坡口的多层多道焊道规划是其中一项非常重要的关键技术,目前主要存在以下几个问题:（1）缺乏基体金属支撑造成的熔池下淌对焊缝成形的影响;（2）多层多道焊接过程中不同的摆动频率、摆动角度、送丝速度等对焊缝成形的影响;（3）不同的焊道顺序、焊道规划方法对焊缝成形的影响。针对以上问题,本文展开了横向窄间隙焊接组坯的多层多道焊道规划展开研究,获得了窄间隙摆动焊枪的电弧扫描模型,揭示了送丝速度、摆动角度、弧长修正系数等因素对于焊缝成形的影响,引入了焊缝凹凸形貌系数对实际焊缝进行评价,提出了平行生长理论与等高等面积相结合的焊道规划新方案。首先,针对当前使用的横向窄间隙摆动焊枪进行了定量分析。在分析其对焊接熔池的影响规律的基础上,针对连续摆动焊接模式和焊丝偏移焊接模式,分别构建了连续摆动电弧模型和焊丝偏移电弧模型,探究了摆动角度与电弧最终的焊接成形宽度之间的数学关系,同时通过实验对该模型进行了验证。针对连续摆动电弧模型,电弧半径为3mm,模型预测值与实际情况相差在10%左右;针对焊丝下偏焊,电弧半径为3.37 mm,模型预测值与实际情况相差在5%以内;针对焊丝上偏焊,受重力、设备、前置焊道的影响,模型预测值与实际情况相差较大,在实际焊道规划时需要对上述的模型作进一步的修正。通过电弧模型进一步分析发现,当焊缝宽度大于16 mm时,电弧的热量已不足以熔化坡口边缘,容易形成侧壁未熔合缺陷,此时需要将焊枪进行向下和向上偏移。上述电弧模型的建立为焊道规划摆动角度、焊枪上/下偏移量等重要参数的确定奠定了基础,提供了理论支撑。其次,通过单变量研究法对焊接参数中的送丝速度和摆动角度对打底焊,填充焊道中的下侧焊道的焊丝下偏焊,上侧焊道的焊丝上偏焊的焊缝成形影响规律进行了研究。研究发现,当焊缝凹凸形貌dz值越接近于零,焊缝形貌越接近于平面形状,下层/下道的电弧可达性越好,越容易避免侧壁未熔合或者道间未熔合缺陷的产生,而当dz负值越大,焊缝形貌越呈现外凸形状,电弧热源对侧壁或者道间凹陷处越不容易可达,越容易产生未熔合缺陷,因此在焊道规划时应尽量使dz值接近于零;进一步,为方便焊道规划,根据焊缝成形规律,分别对打底、焊丝下偏焊、焊丝上偏焊的焊缝形貌进行了简化,将打底焊近似为弓形,焊丝下偏焊和焊丝上偏焊近似为梯形。为准确进行焊道规划,对熔敷系数进行了研究,发现打底焊熔敷系数k1=0.3585+0.07*Vf,焊丝下偏焊k2=1.15,焊丝上偏焊k3=1.12。另外研究也发现,在打底焊时,连续摆动角度最佳参数组合为±25°或+35°与-15°相搭配,焊缝凹凸值在-1 mm到1 mm之间;焊丝下偏焊的最佳摆动角度为-45°,焊缝凹凸值在-1 mm到0之间;而焊丝上偏焊的最佳角度为+25°或+35°,焊缝凹凸值在-1 mm到1 mm之间。据此,形成各焊道焊丝摆动角度的最优参数区间:打底焊连续摆动最佳幅度在50°附近,焊丝下偏最优角度在[-50°,-40°]之间,焊丝上偏最优角度在[25°,35°]之间。上述焊缝成形影响规律的研究为焊道规划参数的具体选取提供了重要的理论支撑和数据支撑。进一步,在上述研究的基础上,提出了基于摆动电弧的横向窄间隙的多层多道焊道规划方法:提出“平行生长”的焊道规划理论,采用了等高等面积结合平行生长的多层多道焊道规划原则,每层焊道由下至上依次焊接的焊接顺序,打底焊采用连续摆动焊接、下侧填充采用焊丝下偏、上侧填充采用焊丝上偏,中间采用焊丝连续摆动或者焊丝不摆动的填充方法,而盖面将其规划为焊丝下偏、焊丝不偏以及焊丝上偏由下至上依次焊接的盖面方法,焊丝连续或者不偏的中间焊道的顺序完全根据坡口的宽度以及规划的参数确定。以上述的研究成果为基础,形成了最终的基于摆动电弧的复合组坯横向窄间隙多层多道焊道规划程序。规划时首先根据坡口尺寸、焊接工艺要求以及盖面的宽高范围,焊接速度,送丝速度范围等约束条件等,基于等高等面积逐层平行生长的原则进行焊接层数、道数的规划,然后再根据电弧模型、焊缝成形规律对打底,填充、盖面各层焊道逐一进行规划,依次确定送丝速度和偏转角度、焊接速度,焊枪高度、焊枪上下偏移量以及弧长修正系数等焊接参数。最后,用上述的焊道规划程序对一20 mm厚横向窄间隙坡口进行了多层多道的焊道规划并进行实际焊接验证。共规划了7层共14道,最终的焊缝成形良好,层数/道数清晰分明,基本无侧壁未熔合缺陷。实验结果表明:本课题形成的焊道规划算法基本满足要求,为后续的轧制组坯实际生产应用奠定了基础和提供了理论支撑。