焊接机器人在焊接中应用2

1、焊接机器人在机座焊接中的应用分析 永济电机厂金属结构分厂 黄晓云 摘要：介绍了焊接机器人的工作原理及在生产中的应用，分析了其在生产 应用中的主要疑难问题，并提出了一些具体解决方案。关键词： IGM 焊接机器人焊接机器人焊接 工件编程0 引言焊接是我厂电机机座生产中非常重要的加工手段之一，焊接质量的好 坏对产品质量起着决定性的影响，人工焊接时，焊接速度、干伸长等都是 变化的，很难做到焊接质量的均一性，同时因为焊接烟尘、弧光、金属飞 溅的存在，焊接的工作环境又非常的恶劣。为了 提高焊接质量的稳定性， 改善工人的劳动条件和降低劳动强度，我厂引进了奥地利 IGM 焊接机器 人，用于机座的焊接生产。1

2、焊接机器人的系统简介及工作原理 1.1 IGM 焊接机器人系统简介IGM 焊接机器人系统由机器人本体、控制系统、变位机、示教器、操作 面板、跟踪系统、焊接系统和应用软件等组成，为一机双工位。控制系统 能够控制机器人 6 轴、三维龙门机架 x ，y，z 轴及变位机轴，能扩展 2 个 外部轴。机器人本体采用 6 轴肘节式结构。作为人机交换界面的示教器和 远程控制盒用来进行机器人控制。跟踪系统可实现对 V 形、单 V 型、角焊 缝、塞焊缝等多种形式焊缝的跟踪。焊接系统采用 Fronius TPS5000 完全 数字化控制的逆变焊接电源。1.2 机器人的工作原理 焊接机器人正常运行的中枢是其控制柜中的

3、计算机系统，通过计算机 系统对焊接环境、焊接跟踪及焊接动态过程进行智能传感，根据传感信息 对各种复杂的空间曲线焊缝进行实时跟踪控制，从而控制焊枪能够实现规划轨迹运行，并对焊接状态过程进行实时控制焊接机器人具有的跟踪功能是机器人通过焊枪与焊缝周边区域产生微 感电压，来识别焊缝的精确位置，在焊接过程中，通过电弧电压来引导焊 枪沿实际焊缝轨迹运行；焊接动态过程检测功能是焊接机器人在焊接过程 中对熔池尺寸、熔透、成型及电弧行为等参数实行在线检测，以实现焊接 质量的实时控制；冷却水、气体自动检测功能可使焊接机器人在运行时对 焊枪冷却水、焊接保护气体进行自动检测，若冷却水、气体没有开启，焊 接机器人将自动

4、停机；运动轨迹控制功能使机器人实现了根据对焊件的感 知及焊缝的传感信息对各种复杂的空间曲线焊缝进行实时跟踪控制，从而 使焊枪按照规划轨迹运行。2焊接机器人在生产中的应用情况2.1对 压 型 机 座 的 焊 接压型机座的焊接在L型变位机上用专用的工装来完成机座的固定和焊接 定位，机座是由换向器室、磁体、后端板、吊挂、吊耳等组焊成，组装完 后要对所有的对接焊缝进行船形焊接。焊接机器人是严格按照操作人员编制的示教程序来完成动作轨迹的， 根据焊缝坡口深度和宽度确定焊道排列方式及焊接层数。压型机座气割件 多且气割件多数不加工配件尺寸误差11.5mm，坡口精度差，铆工装配后部件尺寸误差达到 34 mm。机

5、器人焊接时，焊缝跟踪效果受到很大影 响，出现坡口不能填平、角焊缝咬边等焊接缺陷，同时因为机座结构复 杂，止口小，机器手摆动自由度小，造成机座内部的有些焊缝无法施焊， 且空间相交焊缝对接处无法连续焊接，造成接头处需人工补焊来完成。压型机座结构复杂、机械手的摆动自由度小，需要的编程时间长，对编程技能要求较高。工件的装配尺寸误差大，无法实现机器人的示教再显式功能，与人工焊接相比劳动效率没有明显的提高。2.2用于磁体的焊接磁体由热压成型后的两个槽形件拼焊而成 如图一）。机器人要完成四道双V坡口的焊接。图一 1）分析配件结构，确定工件编程：与机座相比，结构简单、焊缝形状单，但槽形件是热压成型件，因为诸多

6、因素影响，槽形件的主极面A与坡 口的距离保证不了等距，工件焊接定位不精确，为了能实现机器人自动批 量生产，利用系统的寻找原理对工件编程;寻踪定位可以把部分步点程序作为一个整体在空间内做三维平移和旋 转。如果工件定位不精确，利用喷嘴寻找工件，即可得出焊缝的位置变化 量，从而程序中的对应部分做相应数量的平移 这样一来就保证了焊接的 准确性）。寻找路径是从寻找开始点起，沿着寻找开始点至编程目标点方 向，直到和工件接触的那部分。平移量是指编程目标点和接触点间的距 离。为提高精度，第一寻找路径要和工件表面垂直，寻找路径之间要两两 垂直。依据寻找原理制作工装 如图二的件2），用工装从坡口处确定被寻找 的平

7、面 < 如图二的件1来给工件编程，克服定位不精确问题。<2）确定磁体组装尺寸，保证焊接质量：槽形件加工后有 4mm的钝边，为 保证磁体焊接后完全熔透，组装时槽形件间留 2-3m m间隙，并留焊接变形 量，主极组装时比理论尺寸大 2-2.5mm=<3）焊后检验：焊缝外观成形美观；对焊缝进行探伤检查，焊缝质量达到GB11345-1989中I级。<4）与人工焊接相比：合格率由人工焊接 80勉升到100%但机器人焊接 时必须在起点和结束点加辅助板以便于起弧和收弧，不加辅助板必须由人 工补焊。2.3用于隔爆电机机座焊接矿用隔爆水冷电机对水路密封焊缝的焊接质量要求很高，对筒体与法兰

8、的焊接采用了机器人的焊接。<1）焊接工艺的确定根据矿用隔爆水冷电机对焊缝性能和对水路的要求，我们选用焊接方法为脉冲MAG气体保护焊 <减少焊接飞溅），© 1.2mm ER50-6焊丝焊接材 料。根据产品设计结构对不同焊接坡口作试板实验焊接，确定焊接规范如 表一：|川层数电流<A)电压<V)焊接速度vcm/min)摆高摆宽试件一根层24027.830无覆盖层26029.3251.57.5试件二根层21026481.01.5第一覆盖层25028.3301.05.0第二覆盖层26027.516-0.416试件三覆盖层27528.4251.61.6表焊接规范(2>

9、;焊前准备a将准备施焊的内筒体组按图纸要求组装好。b、将焊缝清洗干净，无油污、铁锈、焊渣、害【J渣等杂物，同时对点焊部位进行打磨，避免因定位焊残留的渣壳或气孔，从而避免电弧的不稳 甚至飞溅的产生。c、用专用的工装夹具将焊件固定于 L型变位机上 <如图三)d、给工件编程：如图三所示施焊配件焊缝为圆弧，工件编程时根据 坡口形状及试板实验，采用圆编程及圆加摆动编程。工件在变位机上固定 之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使 得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置，便于焊接。5圆编程示意图圆加摆动编程示意图<3）配件施焊：编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接

10、过程中不断 检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。焊 接时必须观察焊枪姿态及焊缝的外观质量，及时的修改程序。<4 ）焊缝质量检测:a、目测焊缝外观，表面无夹渣、焊瘤、裂纹、气孔，成形美观< 如图四），且避免了人工焊多处焊接接头的弊病。图四b、对焊缝进行超声波探伤检查，焊接质量达到GB/T11345-1989中I级。对焊缝进行表渗透检验达到 JB/T6062-92中U级。3焊接机器人在机座焊接中的应用经验3.1对焊件质量的要求作为示教一再现式机器人，要求工件的装配质量和精度必须有较好的一 致性。应用焊接机器人应严格控制零件的制备质量，提高焊件装配精度。 零件表

11、面质量、坡口尺寸和装配精度将影响焊缝跟踪效果，如图五，因装 配尺寸偏4mm，加上焊缝钝边1mm，用已编好的程序在焊接时因焊接位 置不当造成焊偏烧穿。可以从以下几方面来提高零件制作质量和焊件装配 精度。冬五(1制定焊接机器人专用的焊接工艺，对零件尺寸、焊缝坡口、装配尺寸 进行严格的工艺规定。经多件试板实验对比，一般零件和坡口尺寸公差控 制在土0.6mm，装配尺寸误差控制在±1. 5 mm以内，焊缝出现气孔和咬 边等焊接缺陷机率可大幅度降低，能达到满意的焊接质量。(2> 采用精度较高的装配工装以提高焊件的装配精度。隔爆电机为筒体结 构组装时要求法兰与筒体相对接，在前二台组装时没考虑

12、高度对焊接的影 响，高度尺寸的偏差造成焊接程序无法再调用，采用专用的工装并用夹具 固定组装，解决了问题。(3> 焊缝应清洗干净，无油污、铁锈、焊渣、割渣等杂物。否则，将影响 引弧成功率。定位焊采用气体保护焊，同时对点焊部位进行打磨，避免因 定位焊残留的渣壳或气孔，从而避免电弧的不稳甚至飞溅的产生。3.2 编程技巧(1> 选择合理的焊接顺序。以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定 焊接顺序。(2> 焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。(3> 优化焊接参数。为了获得最佳的焊接参数，制作工作试件进行焊接 实验和工艺评定。(4> 合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对

13、接头的位置。工件在变位 机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变 位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置，同时，要不断调 整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长 度。工件的位置确定之后，焊枪相对接头的位置通过编程者的双眼观察， 难度较大，这就要求编程者善于总结积累经验。(5> 编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接过程中不断检验和修 改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。4 焊接机器人应用中存在的问题和解决措施机器人焊接采用的是富氩混合气体保护焊，焊接过程中出现的焊接缺陷 一般有焊偏、咬边、气孔等几种，具体分析

14、如下：(1> 出现焊偏可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时， 要考虑TCP(焊枪中心点位置 >是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种 情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。(2> 出现咬边可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调整焊枪的姿态以及焊枪与工件的 相对位置。(3> 出现气孔可能为气体保护差、保护气不够干燥、气体流量过大或气 路不通畅造成气体流量过小等，这样，除在焊接前要仔细检查气体干燥器 是否通电外，焊接过程也要定时清理喷嘴，防止飞溅阻塞气路引起气孔。(4> 飞溅过多可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度 太长，可适当调整功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混 合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。(5> 焊缝结尾处冷却后形成一弧坑，编程时在工作步中添加埋弧坑功 能，可以将其填满。(6>高压风不够干燥可能造成焊接气孔。如图六所示在焊接过程中气孔密 布，排除焊接保护气、焊接参数等因素后，焊接仍有气孔观察发现是因水 造成焊接气孔，检查焊枪冷却水系统正常后，分析因天气原因采用的管道 风水份造成的，将高压风输入端增加空气冷干机即解决。图六5结束语焊接机器人是一种先进的焊接设备，是使我国焊接行业进入自动化时代 的一个