隨著科技的發(fā)展，越來越多的焊接工作由機(jī)器人完成，特別是長(zhǎng)焊縫和厚板結(jié)構(gòu)件焊接。雖然其效率高、焊接狀態(tài)穩(wěn)定，但仍然存在著焊接殘余應(yīng)力的問題。由于焊接過程中加熱不均勻造成焊接殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力及變形是影響焊接工作安全性和使用壽命的重要因素。特別是鋼結(jié)構(gòu)件，殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞性能，穩(wěn)定承載能力等有很大影響，因此焊接應(yīng)力檢測(cè)是很有必要的。目前，盲孔法因測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，是常用的測(cè)量方法之一。本文就是應(yīng)用盲孔法對(duì)中厚板機(jī)器人橫焊接頭的焊接應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。

測(cè)試情況介紹

該系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、中厚板件卡具平臺(tái)、控制箱、示教器、導(dǎo)軌、焊接電源、送絲裝置、焊槍、氣瓶等。該套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中厚板多層多道自動(dòng)化橫焊，其中機(jī)器人系統(tǒng)會(huì)通過坡口自動(dòng)檢測(cè)根據(jù)試件板厚、坡口角度及試件對(duì)接預(yù)留間隙等參數(shù)規(guī)劃出相應(yīng)的焊接參數(shù)。

試驗(yàn)所用材料為Q235鋼，供貨狀態(tài)為熱軋狀態(tài)，其組織為鐵素體和珠光體，鐵素體呈規(guī)則的條狀分布，珠光體較均勻的分布其內(nèi)。試驗(yàn)中試板連接方式為單V坡口對(duì)接。樣板尺寸400mm*100mm*28mm，坡口角度45°。本次實(shí)驗(yàn)采用的填充材料為H08Mn2SiA焊絲，焊絲直徑為1.2mm。中厚板機(jī)器人橫焊過程中，為了保證整個(gè)焊接接頭的焊接質(zhì)量，需要進(jìn)行多層多道焊接，同時(shí)為了抑制橫焊位置熔池下淌的行為，機(jī)器人多采用小電流快速焊接。

焊接應(yīng)力檢測(cè)步驟

實(shí)驗(yàn)中對(duì)垂直于焊縫方向進(jìn)行測(cè)量，其中盲孔直徑1.5mm，鉆孔深度為2mm。儀器采用JHMK殘余應(yīng)力檢測(cè)儀，應(yīng)變片用0°、45°、90°方向三個(gè)測(cè)量通道，大多數(shù)應(yīng)力檢測(cè)都是檢測(cè)三個(gè)通道的應(yīng)變變化量。由于焊接殘余應(yīng)力的主方向沿焊縫和垂直于焊縫方向，為簡(jiǎn)化測(cè)量和計(jì)算過程，只測(cè)量0°和90°方向，即沿焊縫和垂直焊縫方向的應(yīng)變變化量，然后計(jì)算得出殘余應(yīng)力。

盲孔法應(yīng)力檢測(cè)步驟如下：

1. 由于多層多道焊接設(shè)置有一定的余高，并且蓋面焊層由多條焊道鋪展組成，使其表面凹凸不平。首先打磨蓋面層，使其Ra值為3.2—6，然后用丙酮擦拭表面，除去表面污跡。根據(jù)彈性力學(xué)分析的結(jié)果，如果孔中心距大于10倍鉆孔半徑，各孔之間測(cè)量結(jié)果的相互影響就很小。在本次試驗(yàn)中，盲孔鉆孔半徑為1.5mm，取任意兩孔間隔距離為16mm，兩孔之間的測(cè)量不會(huì)相互干擾。

2. 在標(biāo)點(diǎn)處粘貼應(yīng)變片。在粘貼之前，首先用萬用表測(cè)量應(yīng)變柵的電阻，確保電阻值在119.6Ω—120.2Ω之間，以保證粘貼應(yīng)變片的質(zhì)量；在標(biāo)定點(diǎn)處滴一滴膠水，輕輕將應(yīng)變片貼上，然后在上面蓋上一張聚四氟乙烯薄膜，用手指按壓1—2分鐘，即可完成粘貼。

3. 對(duì)應(yīng)變片的六根引線進(jìn)行連接，首先用事先加熱好的電烙鐵在接線端子上熔化一滴焊錫，然后依次將每一根引線用鑷子引到其對(duì)應(yīng)端子上的位置處，用電烙鐵將端子上的焊錫熔化，此時(shí)立刻將引線放入，待焊錫再一次凝固時(shí)就完成了一根引線連接。引線連接好后將應(yīng)力測(cè)量?jī)x調(diào)零，觀察應(yīng)力檢測(cè)儀的各個(gè)通道是否導(dǎo)通，應(yīng)變數(shù)值是否穩(wěn)定在-10—10之間，如果未導(dǎo)通或者不穩(wěn)定，則需要重新檢查對(duì)應(yīng)的引線是否焊好。

4. 將JHZK殘余應(yīng)力專用鉆孔裝置放好位置，保證鉆頭與工件表面垂直，對(duì)準(zhǔn)應(yīng)變片上的鉆孔位置。然后啟動(dòng)打孔裝置，輕輕的下壓開始鉆孔，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到2mm時(shí)慢慢抬起鉆頭。依次重復(fù)以上應(yīng)力測(cè)量步驟完成所有點(diǎn)的測(cè)量。

數(shù)據(jù)分析

根據(jù)測(cè)得的殘余應(yīng)力結(jié)果可知

1. 縱向應(yīng)力在焊縫區(qū)域出現(xiàn)殘余應(yīng)力峰值達(dá)385MPa；焊趾處應(yīng)力值驟減，距焊縫較遠(yuǎn)的母材區(qū)域表現(xiàn)為殘余壓應(yīng)力值。

2. 對(duì)于橫向應(yīng)力，表面橫向殘余應(yīng)力均表現(xiàn)為殘余拉應(yīng)力，焊縫區(qū)域附近應(yīng)力值較大；在焊趾處出現(xiàn)峰值，測(cè)量值為235MPa，接近母材的屈服強(qiáng)度值；遠(yuǎn)離距焊縫區(qū)時(shí)，應(yīng)力值逐漸變小。

3. 中厚板機(jī)器人焊接速度快，焊接線能量大，加之工裝夾具的束縛，焊接內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。