本试验应用的是福尼斯公司生产的 PHOENIX 522 数字化焊接电源，这种焊接电 源采用数字化控制系统来进行信号处理[22]，可以一起监控和调节焊机与整个焊接过 程，及时测得实际焊接参数，能及时反馈任何变化，这种焊接电源可以与库卡机器人

高进度配合，焊接特性完美。焊接电源有与其可以配套使用的送丝机装置，这种焊接 电源配套的送丝机是福尼斯公司生产的PHOENIX DRIVE 4 ROB 型送丝机。

本实验中焊接机器人使用焊枪与手工二氧化碳气保护焊的焊枪基本相同[23]。在焊 接过程中，在焊接同一道焊缝时，为了可以在不同工作条件下都可以顺利进行焊接， 可以使焊枪在任意角度到达工件；可以使机器人尽量不要大幅度改变姿态，在选用焊 枪时，需要选择具用弯曲程度大致在 45 度左右的焊枪。这样的焊枪大小较为适当， 可以满足多种工作条件和工作环境。焊枪的弯曲程度小，有可能会不适合一些小角度 焊接，或占用的空间比较大；焊枪的弯曲角度太大，同样会不便于焊接机器人的姿态 调整，也可能会造成不易送丝的现象。本试验选用焊枪是可以进行 360 度旋转内置数论文网

控机器人的焊枪，焊枪中间弯曲角度大致在 45 度，如图 2。4 所示。

图 2。4 TBI 80W 无限回转电缆内置式机器人焊枪系统

第三章 机器人仰焊试验过程及工艺分析

3。1 仰焊熔池的分析

在机器人仰焊打底焊过程中，熔池的受力状态比较复杂，这是因为重力改变了整 体的受力方式，所以仰焊打底焊的焊缝成形过程受力作用的最复杂。为了分析熔池受 力情况，选择仰焊打底焊过程中的一个准稳态熔池进行综合力学分析，不考虑外部因 素产生的影响。仰焊打底焊过程中，熔池受到的作用力主要有电弧压力 Pa、熔滴冲 击力 Pd、大气压力 P、等离子流产生的表面剪切力 τ、液态金属的表面张力 σ1

和 σ2、熔池金属重力 G。在熔池的固液界面上，有工件对熔池的反作用力 N1 和 N2， 是电弧压力、部分大气压力、熔滴冲击力作用于固体件上引起的。图 3。1 为仰焊熔池 受力分析[24]。

图 3。1 仰焊熔池受力图

在进行仰焊打底焊的过程中，焊接电流要小于其他焊接位置，选用的焊接电流应 比正常焊接时小 10%-15%，这样可以使熔敷金属不再流下。减小焊接电流同时，调整 机器人姿态，改变焊枪角度，使焊枪尽量垂直于工件进行焊接，可以使综合受力趋近 为零，使外力对工件熔池作用降到最低，最终可以改善焊缝成形状况。同时可以缩短 电弧长度，这样可以增大保护气作用也可以改善焊缝成形。要使熔池的综合受力状态 达到动态平衡，最主要的就是重力和电弧力。其他的受力都比较小，还有的是对称受 力这些都可以忽略不计。所以最主要的就是电弧力可以稍微大于重力，这样除电弧力， 其他力的合力与电弧力等大反向，就可以达到动态平衡的过程，最终可以得到较完美 的焊缝成形和力学性能较好的焊缝。图 3。2 为仰焊打底焊正面成形与背面成形。

（a）焊缝正面 （b）焊缝背面 图 3。2 为焊缝成形图

3。2 焊接工艺参数分析

本试验采用为了得到力学性能较好、焊缝成形质量较高的焊缝。采用了机器人二 氧化碳气保护焊接的焊接方法。通过改变单一实验变量的参数进行试验，其中主要包 括改变的具体数据有送丝速度、焊接速度、摆动参数。其中无间隙工件不涉及摆动参 数的改变。上述三者综合影响焊接质量，所以需要各自分别进行分析。