1、焊接機器人在機座焊接中的應用分析 永濟電機廠金屬結構分廠 黃曉云 摘要：介紹了焊接機器人的工作原理及在生產中的應用，分析了其在生產 應用中的主要疑難問題，并提出了一些具體解決方案。關鍵詞： IGM 焊接機器人焊接機器人焊接 工件編程0 引言焊接是我廠電機機座生產中非常重要的加工手段之一，焊接質量的好 壞對產品質量起著決定性的影響，人工焊接時，焊接速度、干伸長等都是 變化的，很難做到焊接質量的均一性，同時因為焊接煙塵、弧光、金屬飛 濺的存在，焊接的工作環境又非常的惡劣。為了 提高焊接質量的穩定性， 改善工人的勞動條件和降低勞動強度，我廠引進了奧地利 IGM 焊接機器 人，用于機座的焊接生產。1

2、焊接機器人的系統簡介及工作原理 1.1 IGM 焊接機器人系統簡介IGM 焊接機器人系統由機器人本體、控制系統、變位機、示教器、操作 面板、跟蹤系統、焊接系統和應用軟件等組成，為一機雙工位。控制系統 能夠控制機器人 6 軸、三維龍門機架 x ，y，z 軸及變位機軸，能擴展 2 個 外部軸。機器人本體采用 6 軸肘節式結構。作為人機交換界面的示教器和 遠程控制盒用來進行機器人控制。跟蹤系統可實現對 V 形、單 V 型、角焊 縫、塞焊縫等多種形式焊縫的跟蹤。焊接系統采用 Fronius TPS5000 完全 數字化控制的逆變焊接電源。1.2 機器人的工作原理 焊接機器人正常運行的中樞是其控制柜中的

3、計算機系統，通過計算機 系統對焊接環境、焊接跟蹤及焊接動態過程進行智能傳感，根據傳感信息 對各種復雜的空間曲線焊縫進行實時跟蹤控制，從而控制焊槍能夠實現規劃軌跡運行，并對焊接狀態過程進行實時控制焊接機器人具有的跟蹤功能是機器人通過焊槍與焊縫周邊區域產生微 感電壓，來識別焊縫的精確位置，在焊接過程中，通過電弧電壓來引導焊 槍沿實際焊縫軌跡運行；焊接動態過程檢測功能是焊接機器人在焊接過程 中對熔池尺寸、熔透、成型及電弧行為等參數實行在線檢測，以實現焊接 質量的實時控制；冷卻水、氣體自動檢測功能可使焊接機器人在運行時對 焊槍冷卻水、焊接保護氣體進行自動檢測，若冷卻水、氣體沒有開啟，焊 接機器人將自動

4、停機；運動軌跡控制功能使機器人實現了根據對焊件的感 知及焊縫的傳感信息對各種復雜的空間曲線焊縫進行實時跟蹤控制，從而 使焊槍按照規劃軌跡運行。2焊接機器人在生產中的應用情況2.1對 壓 型 機 座 的 焊 接壓型機座的焊接在L型變位機上用專用的工裝來完成機座的固定和焊接 定位，機座是由換向器室、磁體、后端板、吊掛、吊耳等組焊成，組裝完 后要對所有的對接焊縫進行船形焊接。焊接機器人是嚴格按照操作人員編制的示教程序來完成動作軌跡的， 根據焊縫坡口深度和寬度確定焊道排列方式及焊接層數。壓型機座氣割件 多且氣割件多數不加工配件尺寸誤差11.5mm，坡口精度差，鉚工裝配后部件尺寸誤差達到 34 mm。機

5、器人焊接時，焊縫跟蹤效果受到很大影 響，出現坡口不能填平、角焊縫咬邊等焊接缺陷，同時因為機座結構復 雜，止口小，機器手擺動自由度小，造成機座內部的有些焊縫無法施焊， 且空間相交焊縫對接處無法連續焊接，造成接頭處需人工補焊來完成。壓型機座結構復雜、機械手的擺動自由度小，需要的編程時間長，對編程技能要求較高。工件的裝配尺寸誤差大，無法實現機器人的示教再顯式功能，與人工焊接相比勞動效率沒有明顯的提高。2.2用于磁體的焊接磁體由熱壓成型后的兩個槽形件拼焊而成 如圖一）。機器人要完成四道雙V坡口的焊接。圖一 1）分析配件結構，確定工件編程：與機座相比，結構簡單、焊縫形狀單，但槽形件是熱壓成型件，因為諸多

6、因素影響，槽形件的主極面A與坡 口的距離保證不了等距，工件焊接定位不精確，為了能實現機器人自動批 量生產，利用系統的尋找原理對工件編程;尋蹤定位可以把部分步點程序作為一個整體在空間內做三維平移和旋 轉。如果工件定位不精確，利用噴嘴尋找工件，即可得出焊縫的位置變化 量，從而程序中的對應部分做相應數量的平移 這樣一來就保證了焊接的 準確性）。尋找路徑是從尋找開始點起，沿著尋找開始點至編程目標點方 向，直到和工件接觸的那部分。平移量是指編程目標點和接觸點間的距 離。為提高精度，第一尋找路徑要和工件表面垂直，尋找路徑之間要兩兩 垂直。依據尋找原理制作工裝 如圖二的件2），用工裝從坡口處確定被尋找 的平

7、面 < 如圖二的件1來給工件編程，克服定位不精確問題。<2）確定磁體組裝尺寸，保證焊接質量：槽形件加工后有 4mm的鈍邊，為 保證磁體焊接后完全熔透，組裝時槽形件間留 2-3m m間隙，并留焊接變形 量，主極組裝時比理論尺寸大 2-2.5mm=<3）焊后檢驗：焊縫外觀成形美觀；對焊縫進行探傷檢查，焊縫質量達到GB11345-1989中I級。<4）與人工焊接相比：合格率由人工焊接 80勉升到100%但機器人焊接 時必須在起點和結束點加輔助板以便于起弧和收弧，不加輔助板必須由人 工補焊。2.3用于隔爆電機機座焊接礦用隔爆水冷電機對水路密封焊縫的焊接質量要求很高，對筒體與法蘭

8、的焊接采用了機器人的焊接。<1）焊接工藝的確定根據礦用隔爆水冷電機對焊縫性能和對水路的要求，我們選用焊接方法為脈沖MAG氣體保護焊 <減少焊接飛濺），© 1.2mm ER50-6焊絲焊接材 料。根據產品設計結構對不同焊接坡口作試板實驗焊接，確定焊接規范如 表一：|川層數電流<A)電壓<V)焊接速度vcm/min)擺高擺寬試件一根層24027.830無覆蓋層26029.3251.57.5試件二根層21026481.01.5第一覆蓋層25028.3301.05.0第二覆蓋層26027.516-0.416試件三覆蓋層27528.4251.61.6表焊接規范(2>

9、;焊前準備a將準備施焊的內筒體組按圖紙要求組裝好。b、將焊縫清洗干凈，無油污、鐵銹、焊渣、害【J渣等雜物，同時對點焊部位進行打磨，避免因定位焊殘留的渣殼或氣孔，從而避免電弧的不穩 甚至飛濺的產生。c、用專用的工裝夾具將焊件固定于 L型變位機上 <如圖三)d、給工件編程：如圖三所示施焊配件焊縫為圓弧，工件編程時根據 坡口形狀及試板實驗，采用圓編程及圓加擺動編程。工件在變位機上固定 之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變位機，使 得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置，便于焊接。5圓編程示意圖圓加擺動編程示意圖<3）配件施焊：編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接

10、過程中不斷 檢驗和修改程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。焊 接時必須觀察焊槍姿態及焊縫的外觀質量，及時的修改程序。<4 ）焊縫質量檢測:a、目測焊縫外觀，表面無夾渣、焊瘤、裂紋、氣孔，成形美觀< 如圖四），且避免了人工焊多處焊接接頭的弊病。圖四b、對焊縫進行超聲波探傷檢查，焊接質量達到GB/T11345-1989中I級。對焊縫進行表滲透檢驗達到 JB/T6062-92中U級。3焊接機器人在機座焊接中的應用經驗3.1對焊件質量的要求作為示教一再現式機器人，要求工件的裝配質量和精度必須有較好的一 致性。應用焊接機器人應嚴格控制零件的制備質量，提高焊件裝配精度。 零件表

11、面質量、坡口尺寸和裝配精度將影響焊縫跟蹤效果，如圖五，因裝 配尺寸偏4mm，加上焊縫鈍邊1mm，用已編好的程序在焊接時因焊接位 置不當造成焊偏燒穿。可以從以下幾方面來提高零件制作質量和焊件裝配 精度。冬五(1制定焊接機器人專用的焊接工藝，對零件尺寸、焊縫坡口、裝配尺寸 進行嚴格的工藝規定。經多件試板實驗對比，一般零件和坡口尺寸公差控 制在土0.6mm，裝配尺寸誤差控制在±1. 5 mm以內，焊縫出現氣孔和咬 邊等焊接缺陷機率可大幅度降低，能達到滿意的焊接質量。(2> 采用精度較高的裝配工裝以提高焊件的裝配精度。隔爆電機為筒體結 構組裝時要求法蘭與筒體相對接，在前二臺組裝時沒考慮

12、高度對焊接的影 響，高度尺寸的偏差造成焊接程序無法再調用，采用專用的工裝并用夾具 固定組裝，解決了問題。(3> 焊縫應清洗干凈，無油污、鐵銹、焊渣、割渣等雜物。否則，將影響 引弧成功率。定位焊采用氣體保護焊，同時對點焊部位進行打磨，避免因 定位焊殘留的渣殼或氣孔，從而避免電弧的不穩甚至飛濺的產生。3.2 編程技巧(1> 選擇合理的焊接順序。以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定 焊接順序。(2> 焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。(3> 優化焊接參數。為了獲得最佳的焊接參數，制作工作試件進行焊接 實驗和工藝評定。(4> 合理的變位機位置、焊槍姿態、焊槍相對

13、接頭的位置。工件在變位 機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變 位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置，同時，要不斷調 整機器人各軸位置，合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長 度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置通過編程者的雙眼觀察， 難度較大，這就要求編程者善于總結積累經驗。(5> 編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修 改程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。4 焊接機器人應用中存在的問題和解決措施機器人焊接采用的是富氬混合氣體保護焊，焊接過程中出現的焊接缺陷 一般有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析

14、如下：(1> 出現焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現問題。這時， 要考慮TCP(焊槍中心點位置 >是否準確，并加以調整。如果頻繁出現這種 情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。(2> 出現咬邊可能為焊接參數選擇不當、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當調整功率的大小來改變焊接參數，調整焊槍的姿態以及焊槍與工件的 相對位置。(3> 出現氣孔可能為氣體保護差、保護氣不夠干燥、氣體流量過大或氣 路不通暢造成氣體流量過小等，這樣，除在焊接前要仔細檢查氣體干燥器 是否通電外，焊接過程也要定時清理噴嘴，防止飛濺阻塞氣路引起氣孔。(4> 飛濺過多可能為焊接參數選擇不當、氣體組分原因或焊絲外伸長度 太長，可適當調整功率的大小來改變焊接參數，調節氣體配比儀來調整混 合氣體比例，調整焊槍與工件的相對位置。(5> 焊縫結尾處冷卻后形成一弧坑，編程時在工作步中添加埋弧坑功 能，可以將其填滿。(6>高壓風不夠干燥可能造成焊接氣孔。如圖六所示在焊接過程中氣孔密 布，排除焊接保護氣、焊接參數等因素后，焊接仍有氣孔觀察發現是因水 造成焊接氣孔，檢查焊槍冷卻水系統正常后，分析因天氣原因采用的管道 風水份造成的，將高壓風輸入端增加空氣冷干機即解決。圖六5結束語焊接機器人是一種先進的焊接設備，是使我國焊接行業進入自動化時代 的一個