第5章 厚板多层多道焊路径规划
5.4 多层多道摆动焊算法的验证实验
在多层多道焊缝平焊和立焊平行四边形简化模型如图 5-16 所示，为了验 证模型的可行性，对于三角形和梯形的位置和姿态都很好确定，摆幅不好确 定，对平行四边形的焊枪高度很好确定，那么重点对其焊枪的水平位置、焊枪 角度、摆幅和摆动模式对焊缝成形的影响进行了研究。采用 MIG 焊接方法，
采用 KUKA 机器人进行焊接实验，焊接电流 150A，电压 18.1V,焊接速度 1.25mm/s,摆动频率 0.5Hz，坡口角度为 60 度，焊丝为 Φ1.2mm，根据电流和 焊速与送丝速度关系，可以计算出，焊缝截面积 S=55mm2，如果规划的焊缝 高度为 5mm，则 L=11mm，如果按照上述计算模型，那么获得焊枪的位姿和 摆幅为：y=7.8mm； =5mmz ；θ =15；W=5mm。
Welding torch
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5.4.1 焊枪姿态对成形的影响
(1) 平焊实验焊枪位置和摆幅采用上述理论预测值，采用不同的焊枪姿态角θ 进行焊接 实验，不同焊枪角度的成形宏观截面照片如图 5-17 所示。
a)平焊 b) 立焊 a) Flat position welding b) Vertical welding
图 5-16 机器人焊枪位姿简图
Fig.5-16 Position and attitude sketch of robot weld torch
a) θ=30° b) θ=15° c)θ=0°
图 5-17 不同焊枪角度的焊缝成形对比图
Fig.5-17 Effect of weld torch angular on weld formation in flat position
当焊枪姿态角θ 较大时，侧壁焊缝高度大，焊缝高度比预测的要大，而焊 缝宽度比预测的要小，高度与宽度差不多相等，与平行四边形拟合度差；当焊 枪姿态角 θ 较小时，比预测的高度要小，焊缝宽度比预测的大，成形不错；当 焊枪角度为 0°时，其焊缝成形尺寸与焊枪角度 15 度差不多，但 0°的侧壁熔合 不好，并出现明显的咬边，形状近似平四边形。焊枪角度为 15°时，实测宽度 为 11.2mm，高度 4.9mm，面积 54.8mm2，其成形与预测吻合，近似平行四边 形。
3mm 3mm 3mm
（2）立焊实验
如图 5-18 所示，立焊与平焊的焊缝成形规律差不多，当焊枪姿态角 θ 较 大时，侧壁焊缝高度大，焊缝高度比预测的要大。立焊的咬边现象明显，尤其 焊枪姿态角θ 较大时，咬边缺陷明显。
a) θ=45° b) θ=15°
图 5-18 不同焊枪角度的焊缝成形对比图
Fig.5-18 Effect of weld torch angular on weld formation in vertical weld
5.4.2 摆动模式对成形的影响
当焊枪角度、摆幅和位置一定的情况下，焊枪姿态角度为 15°，摆幅为 5mm，焊接电流为 150A，电压为 18.1V，焊接速度为 1.25mm/s，采用不同的 摆动模式，图 19a)为三角摆动模式，即在摆动过程中没有停留时间。图 5-19b)为梯形摆动模式，即在摆动过程中左右停留时间是 0.2s，中间停留时间是 0.1s，可见，采用梯形摆动模式焊缝铺展良好，侧壁熔合良好，那是由于在左 右中间的有一定的停留时间，此时，相当于焊接速度减小，而电流和电压不 变，那么相当于提高此时刻的热输入。
5.4.3 摆幅对成形的影响
(1) 平焊实验焊枪位置和焊枪姿态角采用理论预测值，当摆幅不同，分别为 5mm 和 3mm，采用梯形摆动模式，如图 5-20 所示，可见摆幅为 3mm 的焊缝铺展不 好，焊缝宽度偏小，摆幅为 5mm 更加接近规划预测值，焊缝铺展良好。
3mm 3mm
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a)三角摆动 b) 梯形摆动 a)Triangle weaving b) Trapezoid weaving
图 5-19 不同摆动模式焊接成形对比图
Fig.5-19 Effect of weaving model on weld formation
a)W=5mm b) W=3mm 图 5-20 平焊位置摆幅对焊缝成形影响
Fig.5-20 Effect of weaving amplitude on weld formation in flat position
(2)立焊实验
如图 5-21 和 5-22 所示，当焊枪姿态角和位置一定时（采用预测参数），
采用梯形摆动模式，焊接摆幅不同。可看出摆幅为 3mm 时，侧壁焊缝熔合不 好，产生驼峰，焊缝高度比预测的要大很多，而焊缝宽度比预测的要小；摆幅 为 7mm 时，侧壁熔合不好，摆动过程中，焊缝不连续，比预测的高度要小，
焊缝宽度比预测的大；摆幅为 5mm 时，成形良好，其成形与预测吻合。
图 5-23 是不同摆幅焊缝成形简图，随着摆幅的增大，焊缝隆起减小，焊 道铺展明显，即焊道宽度增大，但摆幅过大，焊枪会碰到侧壁，产生很大的咬 边，甚至熄弧。摆幅过小，隆起过高，中间热积累严重，立焊时会产生严重的 下淌，侧壁熔合不良，因此，应采用适合的摆幅。
3mm
3mm 3mm 3mm
a)W=3mm b) W=5mm c) W=7mm 图 5-21 不同摆幅焊缝表面成形
Fig.5-21 Effect of weaving amplitude on weld formation in vertical position
a)W=3mm b) W=5mm c) W=7mm 图 5-22 不同摆幅焊缝截面成形
Fig.5-22 Effect of weaving amplitude on weld formation in vertical position
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图 5-23 不同摆幅的焊缝成形示意图
Fig.5-23 Effect sketch of weaving amplitude on weld formation
3mm 3mm
3mm
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