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譯自 Welding Robot BJ080735 張東平 2012 年 2 月焊接機器人1介紹這種氣體鎢弧焊（氬弧焊）的過程是基于電弧之間建立的非消耗鎢電極和工作電極片的融合。由電弧產(chǎn)生的熱量部分被添加到工件，推動建立熔池的形成。熔池受到混合惰性氣體流的保護（氬或氦） 。1.1 介紹這個過程也稱為鎢極氬弧焊（TIG） ，雖然少量非惰性氣體可用于屏蔽混合物，如氫氣或氮。GWAT 焊接（無釬料）本身用于薄片的邊緣部分(2mm), 而 V和 X 型邊緣的準備工作需要較厚部分。在這種情況下，就要增加釬料。這個過程廣泛用于焊接不銹鋼，鋁薄元件，鎂和鈦的合金，碳鋼和低合金鋼件。氬弧焊熱輸入不依賴于填充材料率。因此，該過程需要精確的加熱控制和優(yōu)越的焊接質(zhì)量產(chǎn)品以及低失真和不飛濺。這相對其他的消費電弧焊接工藝是不經(jīng)濟的，由于其較低的沉積速率和由于不能保護熔池而對有風環(huán)境敏感。此外，它也不能受到其他基本金屬的干擾。1.1.1 焊接設(shè)備在這部分，相關(guān)方面有關(guān)的焊接設(shè)備使用 GATW 流程進行審查，并探索機器人自動焊接的影響。1.1.2動力來源對鎢極氬弧焊電源都普遍包括了恒定電流型伏安靜態(tài)曲線，目前使輕晶體管直流電源。比起老的晶閘管通用控制單元更加穩(wěn)定，糾正了整流逆變電源的輸入交流電流，然后通過逆變器轉(zhuǎn)換交流高頻率電流。然后高壓交流電傳輸?shù)降碗妷旱慕涣麟娏鱽砗附?，通過變頻器來校正，目的是增加當前頻率來降低變頻器和其他部分來源的重量，比如電感和電容。1.1.3焊槍焊槍持有是的非消耗電極，保證了電極和保護氣體對焊接熔池流動。焊槍在焊接時制度氣冷時高達 200A，而在水冷的情況下連續(xù)工作會達到 200 到500A。1.1.4非消耗電極非消耗電極由純鎢或鎢合金組成。純鎢電極可用于直流，但更易被干擾，使用壽命較低。這些電極可用于交流電下焊接鋁鎂合金。釷鎢（2％ThO2）電極由于其優(yōu)良的耐干擾性，起弧穩(wěn)定的電氣弧而被廣泛鍋爐膜式壁管屏雙頭自動氣割機系統(tǒng)設(shè)計（控制）——英文翻譯 1 2用于工業(yè)應(yīng)用。出于對安全的考慮，因為氧化釷放射性，導(dǎo)致其他電極所包含的小比例（大約 2%）稀有的元素如鑭，釔和鈰，甚至混合元素。這些電極比起釷電極有較好的運作特點，可用在焊接碳鋼，不銹鋼，鎳和鈦的合金使用。由于其良好的起弧，高抗干擾以及穩(wěn)定，電極純鎢電極非常適合交流。1.1.5引弧技術(shù)電弧的啟動在手工氬弧焊時受人關(guān)注，但是這種技術(shù)對鎢污染非常敏感，極大的影響了電極的使用壽命。目前高頻，高電壓（例如 3 千伏 5 兆赫）在人工鎢極氬弧焊系統(tǒng)中穩(wěn)定的供應(yīng)使用的引弧和交流電。這起弧方法通常會在電子設(shè)備在電源附近產(chǎn)生干擾。在自動發(fā)展系統(tǒng)中，程序控制的觸摸是另一種引人注目的技術(shù)。在這種技術(shù)中，當電極觸碰到工件時電流和電壓必須被限制來防止電極干擾。盡管一個復(fù)雜的焊炬是必須的，但一項對起弧的實驗也可以用來啟動主電弧。1.1.6保護氣穩(wěn)定器該穩(wěn)壓器是用于減少氣體的壓力源來恒定工作壓力，將壓力源變化獨立的裝置。壓力在一個或兩個階段內(nèi)減少。穩(wěn)壓器一般分兩個階段給予較穩(wěn)定輸出流量。1.2 工藝參數(shù)在本節(jié)中的鎢極氬弧焊工藝的有關(guān)參數(shù)將在提出的目標下被復(fù)查，表明他們一定可以用于自動化的焊接機器人。1.2.1電流電流直接影響焊縫的形狀，焊接速度和質(zhì)量。鎢極氬弧焊焊接采用最直接的電流負電極（直流正接）（直極性），因為它比起電極陽性（DCEP）（反向極性）能產(chǎn)生較高的焊接深度和更高運動速度。此外，反向極性會生產(chǎn)快速加熱和電極尖端退化，因為陽極比天然氣鎢陰極電弧更高溫。反向極性的產(chǎn)生可能是在焊接鋁合金時清理工件負極產(chǎn)生的，即移除耐火材料氧化鋁層時。但是交流電更好地適應(yīng)以鋁，鎂合金焊接，因為它可以平衡電極加熱和工件的清洗的影響。焊接滲透的深度包含交流電在 DCEP 和直流正接之間的深度。1.2.2焊接速度在相同的電流和電壓下降低熱量輸入會增加焊接速度。焊接速度不受電磁力和電弧壓力影響，因為他們受電流的影響，焊接速度的提高會降低焊縫面積，因此穿透深度（D）和焊縫寬度（W）也減少，但 D/W 比率對運行速度產(chǎn)生不大鍋爐膜式壁管屏雙頭自動氣割機系統(tǒng)設(shè)計（控制）——英文翻譯 1 3的影響。這些結(jié)果表明，運動速度并不影響機制所包含的溶池形成，它只影響金屬材料的體積。普通焊接速度從 100 到 500 毫米/分鐘，目前取決于電流，材料類型和板的厚度。1.2.3弧長電弧長度就是電極尖端到工件的距離。電弧在氬弧焊長度通常是從 2 到 5毫米。如果增加了弧長，為了保持穩(wěn)定，就要加大電壓，但由于弧柱的輻射損失，就要降低輸入工件的熱量。因此，焊接的滲透和熔化材料的截面部分隨著弧長降低。1.2.4保護氣體保護氣體用于氬弧焊，以防止大氣對焊縫金屬的污染。這種污染會產(chǎn)生孔隙，焊縫開裂，縮放甚至改變了熔化材料的化學(xué)成分。除了能保護氣對電弧的穩(wěn)定也有很大的影響。氣體低電離能促進電弧點火并且低的導(dǎo)熱系數(shù)往往會增加電弧穩(wěn)定性。氬是最常用的鎢極氬弧焊保護氣體。它具有低電離潛力，比空氣重，提供了一個極好的熔池屏蔽。另外，在保護氣體的使用中它比氦以及其他惰性氣體便宜。氬用于焊接碳和不銹鋼和低厚度鋁合金組件。適用于焊接厚鋁工件和其他高導(dǎo)電材料，如銅合金，氦。因為它比氬氣具有較高的電離，需要更高的電弧啟動和維護，但會產(chǎn)生更高的熱量輸入。氦或氦/氬氣（30-80％赫）混合物能提高焊接速度和改進的過程。氬混合高達 5％的氫氣常用于焊接奧氏體不銹鋼。提高氫電弧電壓，使熱量輸入，提高普及程度和焊縫焊接運行速度，以及改善焊接外觀。氬氣/氫氣混合物也被用于焊接銅鎳合金。氬氣也可以用作回保護氣體方面，主要是在不銹鋼焊接，鋁合金和活性金屬。保護氣體流率依賴于焊接厚度，為 4-10 升/分鐘的氬和 10-15 升/分鐘的氦，因為它是輕于氬氣，因此在保護的功效上不佳。大部分金屬區(qū)域以 99.995％純度的氣體用于焊接，盡管象鈦這樣的活性材料污染要求在百萬分之 50 以下。1.2.5釬料釬料一般用于板材厚度 2 毫米以上，有化學(xué)組成的類似父材料。料直徑范圍為 1.6 和 3.2 毫米，而通常是自動系統(tǒng)添加。1.2.6電極頂角非消耗電極的角度影響熔深和焊縫形狀。在 30 度和 120 度之間電極使用。小角度會增加電弧壓力和穿頭深度，但會有很高的形狀破壞。電極角度從 60 度角到 120 度并給予適當?shù)拇┩干疃群缚p與寬度的比例。1.2.7鑄造的鑄態(tài)變化鍋爐膜式壁管屏雙頭自動氣割機系統(tǒng)設(shè)計（控制）——英文翻譯 1 4鑄造的鑄態(tài)變化是指觀察焊接生產(chǎn)滲透在對奧氏體不銹鋼幾批相同的焊接條件以及相同的成分下的變化。在焊縫形狀中，這些變化取決于無量物質(zhì)硫，鈣和氧氣的比例。微量元素的變化似乎影響表面的緊湊度。熔池形狀還受電磁力，電弧壓力和熱力的影響。為了盡量減少此類問題，可以采取諸如使用更高的電流或脈沖電流的方法，給使用保護氣體來給表面填加活性成分的涂料。1.3 過程變量氬弧焊被認為是高品質(zhì)的焊接過程，其使用低薄金屬運行速度和電極沉積率低，需要高技能人才手工焊接。發(fā)達國家尋求提高生產(chǎn)力，主要是沉積速率，穿透深度和焊接速度。這些能應(yīng)用于自動或機器人系統(tǒng)。灌裝線電阻加熱接近熔點主要利用交流電源技術(shù)，以盡量減少電弧磁場干擾。沉積率需要高達 14 公斤/小時，才能實現(xiàn)這一過程。它被用于制造厚壁，保持較高的聯(lián)合完整性。雙屏蔽鎢極氬弧焊技術(shù)增加同心氣體保護增加電弧剛度，可用于提高焊接速度和深度利用。弧收縮是由于外部寒冷氣流進入而降低輸出部分弧的溫度，減少電弧截面的電流，因此從而需要提高電流密度和溫度。電極氣體和環(huán)行氣體作用于相同外部零件的不同成分，如加上 5%氬氣，氫氣，氬氣時對外部奧氏體不銹鋼焊接。這種技術(shù)也傾向于降低風險。高電流（I>300A）也可用于傳統(tǒng)的的自動化鎢極氬弧焊工藝來提高穿透深度,但也可能在超過 500A 后變的不穩(wěn)定?？啄Ｊ降闹饕獨怏w鎢極電弧焊焊接工藝是在幾年前開發(fā)的，它適用于黑色金屬和有色金屬材料 3 至 12 毫米的范圍內(nèi)。然而，這種鎖孔的技術(shù)對電弧是極奇敏感的，可能會發(fā)生材料從通風孔損失的情況。