焊接機(jī)器人在焊接中應(yīng)用2

1、焊接機(jī)器人在機(jī)座焊接中的應(yīng)用分析 永濟(jì)電機(jī)廠金屬結(jié)構(gòu)分廠 黃曉云 摘要：介紹了焊接機(jī)器人的工作原理及在生產(chǎn)中的應(yīng)用，分析了其在生產(chǎn) 應(yīng)用中的主要疑難問題，并提出了一些具體解決方案。關(guān)鍵詞： IGM 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人焊接 工件編程0 引言焊接是我廠電機(jī)機(jī)座生產(chǎn)中非常重要的加工手段之一，焊接質(zhì)量的好 壞對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的影響，人工焊接時(shí)，焊接速度、干伸長等都是 變化的，很難做到焊接質(zhì)量的均一性，同時(shí)因?yàn)楹附訜焿m、弧光、金屬飛 濺的存在，焊接的工作環(huán)境又非常的惡劣。為了 提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性， 改善工人的勞動(dòng)條件和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，我廠引進(jìn)了奧地利 IGM 焊接機(jī)器 人，用于機(jī)座的焊接生產(chǎn)。1

2、焊接機(jī)器人的系統(tǒng)簡介及工作原理 1.1 IGM 焊接機(jī)器人系統(tǒng)簡介IGM 焊接機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、變位機(jī)、示教器、操作 面板、跟蹤系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等組成，為一機(jī)雙工位?？刂葡到y(tǒng) 能夠控制機(jī)器人 6 軸、三維龍門機(jī)架 x ，y，z 軸及變位機(jī)軸，能擴(kuò)展 2 個(gè) 外部軸。機(jī)器人本體采用 6 軸肘節(jié)式結(jié)構(gòu)。作為人機(jī)交換界面的示教器和 遠(yuǎn)程控制盒用來進(jìn)行機(jī)器人控制。跟蹤系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì) 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(tǒng)采用 Fronius TPS5000 完全 數(shù)字化控制的逆變焊接電源。1.2 機(jī)器人的工作原理 焊接機(jī)器人正常運(yùn)行的中樞是其控制柜中的

3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)對(duì)焊接環(huán)境、焊接跟蹤及焊接動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行智能傳感，根據(jù)傳感信息 對(duì)各種復(fù)雜的空間曲線焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制，從而控制焊槍能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)劃軌跡運(yùn)行，并對(duì)焊接狀態(tài)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制焊接機(jī)器人具有的跟蹤功能是機(jī)器人通過焊槍與焊縫周邊區(qū)域產(chǎn)生微 感電壓，來識(shí)別焊縫的精確位置，在焊接過程中，通過電弧電壓來引導(dǎo)焊 槍沿實(shí)際焊縫軌跡運(yùn)行；焊接動(dòng)態(tài)過程檢測(cè)功能是焊接機(jī)器人在焊接過程 中對(duì)熔池尺寸、熔透、成型及電弧行為等參數(shù)實(shí)行在線檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)焊接 質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制；冷卻水、氣體自動(dòng)檢測(cè)功能可使焊接機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)對(duì) 焊槍冷卻水、焊接保護(hù)氣體進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，若冷卻水、氣體沒有開啟，焊 接機(jī)器人將自動(dòng)

4、停機(jī)；運(yùn)動(dòng)軌跡控制功能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了根據(jù)對(duì)焊件的感 知及焊縫的傳感信息對(duì)各種復(fù)雜的空間曲線焊縫進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制，從而 使焊槍按照規(guī)劃軌跡運(yùn)行。2焊接機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況2.1對(duì) 壓 型 機(jī) 座 的 焊 接壓型機(jī)座的焊接在L型變位機(jī)上用專用的工裝來完成機(jī)座的固定和焊接 定位，機(jī)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(duì)所有的對(duì)接焊縫進(jìn)行船形焊接。焊接機(jī)器人是嚴(yán)格按照操作人員編制的示教程序來完成動(dòng)作軌跡的， 根據(jù)焊縫坡口深度和寬度確定焊道排列方式及焊接層數(shù)。壓型機(jī)座氣割件 多且氣割件多數(shù)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(dá)到 34 mm。機(jī)

5、器人焊接時(shí)，焊縫跟蹤效果受到很大影 響，出現(xiàn)坡口不能填平、角焊縫咬邊等焊接缺陷，同時(shí)因?yàn)闄C(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，止口小，機(jī)器手?jǐn)[動(dòng)自由度小，造成機(jī)座內(nèi)部的有些焊縫無法施焊， 且空間相交焊縫對(duì)接處無法連續(xù)焊接，造成接頭處需人工補(bǔ)焊來完成。壓型機(jī)座結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械手的擺動(dòng)自由度小，需要的編程時(shí)間長，對(duì)編程技能要求較高。工件的裝配尺寸誤差大，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教再顯式功能，與人工焊接相比勞動(dòng)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(gè)槽形件拼焊而成 如圖一）。機(jī)器人要完成四道雙V坡口的焊接。圖一 1）分析配件結(jié)構(gòu)，確定工件編程：與機(jī)座相比，結(jié)構(gòu)簡單、焊縫形狀單，但槽形件是熱壓成型件，因?yàn)橹T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(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)批 量生產(chǎn)，利用系統(tǒng)的尋找原理對(duì)工件編程;尋蹤定位可以把部分步點(diǎn)程序作為一個(gè)整體在空間內(nèi)做三維平移和旋 轉(zhuǎn)。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(duì)應(yīng)部分做相應(yīng)數(shù)量的平移 這樣一來就保證了焊接的 準(zhǔn)確性）。尋找路徑是從尋找開始點(diǎn)起，沿著尋找開始點(diǎn)至編程目標(biāo)點(diǎn)方 向，直到和工件接觸的那部分。平移量是指編程目標(biāo)點(diǎn)和接觸點(diǎn)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(jù)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(zhì)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(shí)槽形件間留 2-3m m間隙，并留焊接變形 量，主極組裝時(shí)比理論尺寸大 2-2.5mm=<3）焊后檢驗(yàn)：焊縫外觀成形美觀；對(duì)焊縫進(jìn)行探傷檢查，焊縫質(zhì)量達(dá)到GB11345-1989中I級(jí)。<4）與人工焊接相比：合格率由人工焊接 80勉升到100%但機(jī)器人焊接 時(shí)必須在起點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)加輔助板以便于起弧和收弧，不加輔助板必須由人 工補(bǔ)焊。2.3用于隔爆電機(jī)機(jī)座焊接礦用隔爆水冷電機(jī)對(duì)水路密封焊縫的焊接質(zhì)量要求很高，對(duì)筒體與法蘭

8、的焊接采用了機(jī)器人的焊接。<1）焊接工藝的確定根據(jù)礦用隔爆水冷電機(jī)對(duì)焊縫性能和對(duì)水路的要求，我們選用焊接方法為脈沖MAG氣體保護(hù)焊 <減少焊接飛濺），© 1.2mm ER50-6焊絲焊接材 料。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)不同焊接坡口作試板實(shí)驗(yàn)焊接，確定焊接規(guī)范如 表一：|川層數(shù)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(guī)范(2>

9、;焊前準(zhǔn)備a將準(zhǔn)備施焊的內(nèi)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(shí)對(duì)點(diǎn)焊部位進(jìn)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(wěn) 甚至飛濺的產(chǎn)生。c、用專用的工裝夾具將焊件固定于 L型變位機(jī)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(shí)根據(jù) 坡口形狀及試板實(shí)驗(yàn)，采用圓編程及圓加擺動(dòng)編程。工件在變位機(jī)上固定 之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時(shí)不斷調(diào)整變位機(jī)，使 得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置，便于焊接。5圓編程示意圖圓加擺動(dòng)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(jī)器人焊接

10、過程中不斷 檢驗(yàn)和修改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會(huì)形成一個(gè)好程序。焊 接時(shí)必須觀察焊槍姿態(tài)及焊縫的外觀質(zhì)量，及時(shí)的修改程序。<4 ）焊縫質(zhì)量檢測(cè):a、目測(cè)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(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢查，焊接質(zhì)量達(dá)到GB/T11345-1989中I級(jí)。對(duì)焊縫進(jìn)行表滲透檢驗(yàn)達(dá)到 JB/T6062-92中U級(jí)。3焊接機(jī)器人在機(jī)座焊接中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)3.1對(duì)焊件質(zhì)量的要求作為示教一再現(xiàn)式機(jī)器人，要求工件的裝配質(zhì)量和精度必須有較好的一 致性。應(yīng)用焊接機(jī)器人應(yīng)嚴(yán)格控制零件的制備質(zhì)量，提高焊件裝配精度。 零件表

11、面質(zhì)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(shí)因焊接位 置不當(dāng)造成焊偏燒穿?？梢詮囊韵聨追矫鎭硖岣吡慵谱髻|(zhì)量和焊件裝配 精度。冬五(1制定焊接機(jī)器人專用的焊接工藝，對(duì)零件尺寸、焊縫坡口、裝配尺寸 進(jìn)行嚴(yán)格的工藝規(guī)定。經(jīng)多件試板實(shí)驗(yàn)對(duì)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(nèi)，焊縫出現(xiàn)氣孔和咬 邊等焊接缺陷機(jī)率可大幅度降低，能達(dá)到滿意的焊接質(zhì)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(jī)為筒體結(jié) 構(gòu)組裝時(shí)要求法蘭與筒體相對(duì)接，在前二臺(tái)組裝時(shí)沒考慮

12、高度對(duì)焊接的影 響，高度尺寸的偏差造成焊接程序無法再調(diào)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(yīng)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(hù)焊，同時(shí)對(duì)點(diǎn)焊部位進(jìn)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(wěn)甚至飛濺的產(chǎn)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(dòng)軌跡較短、平滑、安全。(3> 優(yōu)化焊接參數(shù)。為了獲得最佳的焊接參數(shù)，制作工作試件進(jìn)行焊接 實(shí)驗(yàn)和工藝評(píng)定。(4> 合理的變位機(jī)位置、焊槍姿態(tài)、焊槍相對(duì)

13、接頭的位置。工件在變位 機(jī)上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時(shí)不斷調(diào)整變 位機(jī)，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達(dá)到水平位置，同時(shí)，要不斷調(diào) 整機(jī)器人各軸位置，合理地確定焊槍相對(duì)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(duì)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(jié)積累經(jīng)驗(yàn)。(5> 編制程序一般不能一步到位，要在機(jī)器人焊接過程中不斷檢驗(yàn)和修 改程序，調(diào)整焊接參數(shù)及焊槍姿態(tài)等，才會(huì)形成一個(gè)好程序。4 焊接機(jī)器人應(yīng)用中存在的問題和解決措施機(jī)器人焊接采用的是富氬混合氣體保護(hù)焊，焊接過程中出現(xiàn)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(xiàn)焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時(shí)出現(xiàn)問題。這時(shí)， 要考慮TCP(焊槍中心點(diǎn)位置 >是否準(zhǔn)確，并加以調(diào)整。如果頻繁出現(xiàn)這種 情況就要檢查一下機(jī)器人各軸的零位置，重新校零予以修正。(2> 出現(xiàn)咬邊可能為焊接參數(shù)選擇不當(dāng)、焊槍角度或焊槍位置不對(duì)，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)整焊槍的姿態(tài)以及焊槍與工件的 相對(duì)位置。(3> 出現(xiàn)氣孔可能為氣體保護(hù)差、保護(hù)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(xì)檢查氣體干燥器 是否通電外，焊接過程也要定時(shí)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(shù)選擇不當(dāng)、氣體組分原因或焊絲外伸長度 太長，可適當(dāng)調(diào)整功率的大小來改變焊接參數(shù)，調(diào)節(jié)氣體配比儀來調(diào)整混 合氣體比例，調(diào)整焊槍與工件的相對(duì)位置。(5> 焊縫結(jié)尾處冷卻后形成一弧坑，編程時(shí)在工作步中添加埋弧坑功 能，可以將其填滿。(6>高壓風(fēng)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(hù)氣、焊接參數(shù)等因素后，焊接仍有氣孔觀察發(fā)現(xiàn)是因水 造成焊接氣孔，檢查焊槍冷卻水系統(tǒng)正常后，分析因天氣原因采用的管道 風(fēng)水份造成的，將高壓風(fēng)輸入端增加空氣冷干機(jī)即解決。圖六5結(jié)束語焊接機(jī)器人是一種先進(jìn)的焊接設(shè)備，是使我國焊接行業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代 的一個(gè)