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[摘 要]面对竞争激烈的工程机械市场环境，生产厂商对成本控制越来越重视，“Ⅰ”形坡口对接工艺技术的进一步拓展和应用，必然会对工程机械装备焊接结构件的设计、制造成本产生深远的影响。本文从喷雾状横摆和坡口补正是新型对接工艺的两个关键技术入手，着重研究分析了两种新技术在动臂侧板“Ⅰ”形坡口对接工艺技术中的使用原理、必要性和技术优势，详细分析了通过弧焊机器人原点和工具调整来保证喷雾状横摆精度，从而保证焊缝质量的原理和方法。
[关键词]坡口对接焊；接结构；焊接方法
中图分类号：X924 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0093-01
引言
焊接作为工业制造一种基本的工件连接方法，在工业制造中的作用至关重要，是现代科技进步和工业制造的核心技术之一。现代焊接技术既是现代工业和科学技术发展的产物，又是现代工业制造技术的一个重要组成部分，据权威机构统计，焊接工艺的应用非常广泛，现代社会中各门类工业产品的制造工艺中，有一半以上采用了一种或多种焊接技术。在工程机械制造中，焊接的作用和角色显得更为关键。筑路、装载、起重、冶金开矿等工程机械装备中都设计有的梁、箱体、壳体等工件结构，这些结构都是由钢板、铸锻等工件焊接连接在一起的，可以说，没有现代焊接技术的广泛应用，工程机械装备是不可能遍布在国民经济发展的各个角落。
1 焊接背景
基于焊接对于工程机械行业的重要程度，焊接工艺的选择及优化对工程机械焊接结构件的生产成本及质量起了决定性的影响。世界各国及国内以焊接為的工程机械装备制造厂家一直都在积极地采用及引入国际先进的焊接工艺和设备，以提高生产效率和质量，降低制造成本，在市场竞争中取得有利位置。同样，激烈的市场竞争也促使工程机械制造企业不断进行技术革新，全方位满足装备质量需求。作为在全球工程机械市场占有率非常高的某公司制造工厂，面对日益饱和的市场竞争压力，也加快了对生产成本及质量影响颇大的结构件焊接工艺研发及技术改善进度。体保护焊接工艺在焊接结构件中的一种新的拓展尝试，是一种更先进的焊接技术。相对比旧型的单边“V”坡口焊接工艺，”I”形坡口对接工艺减少了工件开斜坡口工序，从而减少了人力、物力的投入，减少了生产成本。通过这种持续不断的技术研发及革新，使其它厂家跟不上模仿的步伐，从而提高了工程机械制造企业的核心竞争力。传统意义上的，”I”形焊接是作为一种坡口形式纳入在单面焊双面成型焊接工艺中，主要应用在手工电弧焊及埋弧焊方面，在二氧化碳气体保护焊方面的研究基本上还是一片空白，利用弧焊机器人进行自动化的“I”形坡口对接，更是未曾涉及。传统的“I”形坡口对接形式，对板厚及间隙的要求范围比较小，一般板厚在6mm以下，间隙在2mm左右，焊接时采用普通的摆动方式，施焊主体为人，一般情况下，对焊缝的内部质量及外观要求不太高。而动臂侧板“I”形坡口对接工艺的施焊主体为智能化的弧焊机器人，利用二氧化碳进行气体保护，采用喷雾状的摆动方式，使深入到坡口底部的焊丝在坡口两侧对称的进行往复焊接。这种新型的焊接方式对板厚及间隙的要求范围更为广泛，焊接的质量非常高，内部缺陷和外观质量能满足UT探伤和工件的要求。智能化的弧焊机器人，配合高效的二氧化碳气体保护焊，采用不需要开斜坡口的工件进行对接焊接，无论是从效率、质量，还是制造成本，都是对传统对接焊工艺的冲击。动臂侧板“I”形坡口对接工艺技术的进一步拓展和应用，必然会对工程机械装备焊接结构件的设计、制造成本产生深远的影响。
2 焊接工艺的选择
采用手工钨极氩弧焊工艺，V管规格为36mmX18mmX2，5mm（见图1），材料为20号钢。首先将两根v管用专用夹具夹紧，接头间隙，一组选用L=0，7^-lmm，另一组为b=1，工艺流程为：管端清理（1）定位焊一，两管对接焊，X射线探伤。定位焊位置选在长轴端。定位焊后，将卡具卸下，放在托架，边转动边施焊，保证焊接过程能平稳的进行。第一组接头间隙为h=0，7mm的v管对按焊后X射线探伤结果，发现有局部未焊.透。原因是接头间隙小，在焊按过程中，管受热后间隙更小，产生局部未焊透。（2）接头间隙b=1mm的v管，对接焊后用X射线探伤结果，没有未焊透现象，但发现有气孔。气孔的产生，是因为管内外的油污没清理干净引起的。
3 焊接结构
依据承压设备行业相关制造标准要求，并参照承压设备生产工艺要求，管端封闭结构的选取，使用单位或安装单位多采用管端法兰盘连接、管帽焊接两种方式，以保证承压管道管端连接结构的密封及承压、保温等工艺要求，从而保障生产单位的设备机组正常安全运行。密封性能、承压能力要求较高的情况下，管帽焊接结构优先采用。实际焊接制造过程中，采用的直接对焊的焊接方式，与开坡口的焊接方式，其安全系数、应力分布情况，并各部位虚拟位移距离，存在较大差异。两种焊接结构的管端平面图、数模结构立体图；考虑对焊结构，建立2mm的对接间隙。该例进行有限元分析时，建立材质、规格参数相同的管子、管帽结构；结合实际案例中的生产工艺，管子轴向连接端面建立虚拟刚性连接关系及特性，模拟连接的管道；管内建立虚拟柔性连接关系及特性，内表面施加压力选取1.2Mpa，温度27℃及0.5Mpa，温度-23℃两种载荷工况进行比较。两种焊接结构，在相同条件下施加1.2Mpa，温度27℃的载荷所分析的焊接部位应力云图；对焊焊接的应力分布很集中，主要作用于焊缝内表面，应力最大值为5.7e+007N_m2，实际工况下很容易造成应力断裂。开坡口焊接的应力分布于热影响区，应力最大值为3.81e+007N_m2，相比差异很大。
4 展望
对于，”I”形坡口对接工艺，在输出电参数匹配的情况下，选择合理的焊接速度，其实就是调整电弧相对熔池前置或后置的距离。在其它影响因素固定的情况下，电弧过于前置，电弧直接作用在铜棒上，会导致焊缝与铜棒熔合在一起，影响铜棒的寿命及根部质量；电弧过于后置，电弧作用在已趋于冷却的熔池上，会导致坡口根部熔合不良，影响UT合格率。由于客观条件的限制，未能对此进行分析。下一步考虑采用合适的检测设备，能够实时检测此前置或后置距离对于熔合质量的影响，并归纳出焊接速度设置相对于电流、电压输出的经验曲线。另外，由于动臂侧板，”I”形坡口对接工艺既满足目前激烈的竞争市场下企业的低成本控制管理需要，又符合当前国家的能源节约倡导。还需要进一步拓展此技术在不同部品结构设计中及不同焊接方法中的应用。
结束语
研究坡口对接试块的典型缺陷检测工艺，通过超声束模拟软件和试验，根据合理的检测工艺，能得到单侧和双侧相控阵检测可以检测到大部分的缺陷。
参考文献
[1] 张修琦.挖掘机动臂侧板“Ⅰ”形坡口对接工艺技术研究[D].山东大学，2014.
[2] 陈根余，吴克如，廖生慧，邓辉，张明军.V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响[J].激光技术，2014，3801：11-16.
[3] 张彦杰.坡口形式对SUS304奥氏体不锈钢对接接头残余应力和变形的影响[D].重庆大学，2015.
[关键词]坡口对接焊；接结构；焊接方法
中图分类号：X924 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0093-01
引言
焊接作为工业制造一种基本的工件连接方法，在工业制造中的作用至关重要，是现代科技进步和工业制造的核心技术之一。现代焊接技术既是现代工业和科学技术发展的产物，又是现代工业制造技术的一个重要组成部分，据权威机构统计，焊接工艺的应用非常广泛，现代社会中各门类工业产品的制造工艺中，有一半以上采用了一种或多种焊接技术。在工程机械制造中，焊接的作用和角色显得更为关键。筑路、装载、起重、冶金开矿等工程机械装备中都设计有的梁、箱体、壳体等工件结构，这些结构都是由钢板、铸锻等工件焊接连接在一起的，可以说，没有现代焊接技术的广泛应用，工程机械装备是不可能遍布在国民经济发展的各个角落。
1 焊接背景
基于焊接对于工程机械行业的重要程度，焊接工艺的选择及优化对工程机械焊接结构件的生产成本及质量起了决定性的影响。世界各国及国内以焊接為的工程机械装备制造厂家一直都在积极地采用及引入国际先进的焊接工艺和设备，以提高生产效率和质量，降低制造成本，在市场竞争中取得有利位置。同样，激烈的市场竞争也促使工程机械制造企业不断进行技术革新，全方位满足装备质量需求。作为在全球工程机械市场占有率非常高的某公司制造工厂，面对日益饱和的市场竞争压力，也加快了对生产成本及质量影响颇大的结构件焊接工艺研发及技术改善进度。体保护焊接工艺在焊接结构件中的一种新的拓展尝试，是一种更先进的焊接技术。相对比旧型的单边“V”坡口焊接工艺，”I”形坡口对接工艺减少了工件开斜坡口工序，从而减少了人力、物力的投入，减少了生产成本。通过这种持续不断的技术研发及革新，使其它厂家跟不上模仿的步伐，从而提高了工程机械制造企业的核心竞争力。传统意义上的，”I”形焊接是作为一种坡口形式纳入在单面焊双面成型焊接工艺中，主要应用在手工电弧焊及埋弧焊方面，在二氧化碳气体保护焊方面的研究基本上还是一片空白，利用弧焊机器人进行自动化的“I”形坡口对接，更是未曾涉及。传统的“I”形坡口对接形式，对板厚及间隙的要求范围比较小，一般板厚在6mm以下，间隙在2mm左右，焊接时采用普通的摆动方式，施焊主体为人，一般情况下，对焊缝的内部质量及外观要求不太高。而动臂侧板“I”形坡口对接工艺的施焊主体为智能化的弧焊机器人，利用二氧化碳进行气体保护，采用喷雾状的摆动方式，使深入到坡口底部的焊丝在坡口两侧对称的进行往复焊接。这种新型的焊接方式对板厚及间隙的要求范围更为广泛，焊接的质量非常高，内部缺陷和外观质量能满足UT探伤和工件的要求。智能化的弧焊机器人，配合高效的二氧化碳气体保护焊，采用不需要开斜坡口的工件进行对接焊接，无论是从效率、质量，还是制造成本，都是对传统对接焊工艺的冲击。动臂侧板“I”形坡口对接工艺技术的进一步拓展和应用，必然会对工程机械装备焊接结构件的设计、制造成本产生深远的影响。
2 焊接工艺的选择
采用手工钨极氩弧焊工艺，V管规格为36mmX18mmX2，5mm（见图1），材料为20号钢。首先将两根v管用专用夹具夹紧，接头间隙，一组选用L=0，7^-lmm，另一组为b=1，工艺流程为：管端清理（1）定位焊一，两管对接焊，X射线探伤。定位焊位置选在长轴端。定位焊后，将卡具卸下，放在托架，边转动边施焊，保证焊接过程能平稳的进行。第一组接头间隙为h=0，7mm的v管对按焊后X射线探伤结果，发现有局部未焊.透。原因是接头间隙小，在焊按过程中，管受热后间隙更小，产生局部未焊透。（2）接头间隙b=1mm的v管，对接焊后用X射线探伤结果，没有未焊透现象，但发现有气孔。气孔的产生，是因为管内外的油污没清理干净引起的。
3 焊接结构
依据承压设备行业相关制造标准要求，并参照承压设备生产工艺要求，管端封闭结构的选取，使用单位或安装单位多采用管端法兰盘连接、管帽焊接两种方式，以保证承压管道管端连接结构的密封及承压、保温等工艺要求，从而保障生产单位的设备机组正常安全运行。密封性能、承压能力要求较高的情况下，管帽焊接结构优先采用。实际焊接制造过程中，采用的直接对焊的焊接方式，与开坡口的焊接方式，其安全系数、应力分布情况，并各部位虚拟位移距离，存在较大差异。两种焊接结构的管端平面图、数模结构立体图；考虑对焊结构，建立2mm的对接间隙。该例进行有限元分析时，建立材质、规格参数相同的管子、管帽结构；结合实际案例中的生产工艺，管子轴向连接端面建立虚拟刚性连接关系及特性，模拟连接的管道；管内建立虚拟柔性连接关系及特性，内表面施加压力选取1.2Mpa，温度27℃及0.5Mpa，温度-23℃两种载荷工况进行比较。两种焊接结构，在相同条件下施加1.2Mpa，温度27℃的载荷所分析的焊接部位应力云图；对焊焊接的应力分布很集中，主要作用于焊缝内表面，应力最大值为5.7e+007N_m2，实际工况下很容易造成应力断裂。开坡口焊接的应力分布于热影响区，应力最大值为3.81e+007N_m2，相比差异很大。
4 展望
对于，”I”形坡口对接工艺，在输出电参数匹配的情况下，选择合理的焊接速度，其实就是调整电弧相对熔池前置或后置的距离。在其它影响因素固定的情况下，电弧过于前置，电弧直接作用在铜棒上，会导致焊缝与铜棒熔合在一起，影响铜棒的寿命及根部质量；电弧过于后置，电弧作用在已趋于冷却的熔池上，会导致坡口根部熔合不良，影响UT合格率。由于客观条件的限制，未能对此进行分析。下一步考虑采用合适的检测设备，能够实时检测此前置或后置距离对于熔合质量的影响，并归纳出焊接速度设置相对于电流、电压输出的经验曲线。另外，由于动臂侧板，”I”形坡口对接工艺既满足目前激烈的竞争市场下企业的低成本控制管理需要，又符合当前国家的能源节约倡导。还需要进一步拓展此技术在不同部品结构设计中及不同焊接方法中的应用。
结束语
研究坡口对接试块的典型缺陷检测工艺，通过超声束模拟软件和试验，根据合理的检测工艺，能得到单侧和双侧相控阵检测可以检测到大部分的缺陷。
参考文献
[1] 张修琦.挖掘机动臂侧板“Ⅰ”形坡口对接工艺技术研究[D].山东大学，2014.
[2] 陈根余，吴克如，廖生慧，邓辉，张明军.V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响[J].激光技术，2014，3801：11-16.
[3] 张彦杰.坡口形式对SUS304奥氏体不锈钢对接接头残余应力和变形的影响[D].重庆大学，2015.