C02OF典型焊接示例的应用

弧焊机器人工作站系统应用（FANUC）Industrialrobotfieldprogramming(fanuc)金華職業技術學院

JINHUAPOLYTECHNIC项目四典型焊接示例的应用任务一认识弧焊工作原理学习目标应会1掌握熔化极气体保护焊的基本知识2能根据焊接要求选择熔化极气体保护焊类型3能根据焊接要求设定熔化极气体保护焊参数应知1熔化极气体保护焊基本原理2熔化极气体保护焊的种类3熔化极气体保护焊的应用4熔化极气体保护焊的工艺参数任务导读

电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，分为熔化极和非熔化极两种。熔化极电弧焊包括焊条电弧焊、熔剂层下的电弧焊、气体保护焊等。非熔化极电弧焊包括钨极氩弧焊、等离子弧焊、原子氢弧焊等。

电弧焊的工作原理是以电极与工件之间燃烧的电弧作为热源，使金属熔化并在冷凝后形成焊缝。

实际中，影响焊接质量的因素很多，了解焊接的基本原理才能更合理地设置机器人焊接系统的参数，从而获得较好的焊接效果。一、熔化极气体保护焊的基本原理

熔化极气体保护焊（英文简称GMAW），是采用连续等速送进可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属，形成熔池和焊缝的焊接方法。1-母材2-电弧3-焊丝4-焊丝盘5-送丝轮6-导电嘴7-喷嘴8-保护气体9-熔池10-焊缝金属图4-1熔化极气体保护焊示意图二、熔化极气体保护焊的种类图4-2熔化极气体保护焊分类（1）熔化极CO2气体保护焊，简称CO2焊。保护气体：CO2或CO2+O2混合气体。优点：易得，成本低，与含脱氧剂的焊丝配合可使焊缝内部无缺陷。（2）

熔化极氧化性混合气体保护焊，英文简称MAG。

保护气体：O2、CO2、Ar或其混合气体

优点：混入少量氧化性气体，提高了电弧的稳定性，改善焊缝成形质量（3）

熔化极惰性气体保护焊，英文简称（MIG）。

保护气体：Ar、He或Ar+He混合气体

优点：惰性气体不与液态金属发生冶金反应，电弧燃烧稳定，飞溅小。（4）药芯焊丝气体保护焊又称管状焊丝气体保护焊，英文简称（FCAW）。保护气体：CO2优点：可通过调整焊丝上的药粉合金含量改善焊接成形质量。三、熔化极气体保护焊的应用范围1.适焊的材料

1）CO2气体保护焊和氧化性混合气体保护主要用于焊接碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属。2）惰性气体保护焊主要用于铝、铜、钛及其合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接。若不计焊丝制造成本，也可用于焊接碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属。2.焊接位置

熔化极气体保护焊适应性较好，可以进行全位置焊接，其中以平焊位置和横焊位置效率最高，值得注意的是其他焊接位置的效率也比焊条电弧焊高，各焊接姿态示例如图4-3所示。图4-3焊接姿态3.可焊厚度

熔化极气体保护焊可焊接的金属厚度范围广，最薄可焊至1mm以下，最厚几乎不受限制。熔化极气体保护焊一般使用的厚度范围可见表4-1。表4-1熔化极气体保护焊适用的厚度范围四、熔化极气体保护焊的工艺参数

影响熔化极气体保护焊的焊缝熔深、焊道几何形状和焊接质量的主要工艺参数有：焊接电流（送丝速度）、电源极性、电弧电压（弧长）、焊接速度、焊丝伸出长度、焊枪角度、焊缝位置、焊丝直径、保护气体成分和流量。最佳焊接工艺参数母材成分焊接位置焊接质量影响因素焊接电流（送丝速度）

在平特性电源中，焊接电流的改变与送丝速度的变化行为相似，焊接电流与送丝速度之间的关系如图4-4所示。图4-4焊接电流与送丝速度之间的关系2.电源极性反接连接方式：直流电源的正极与焊枪相连优点：电弧稳定、飞溅小、焊缝成形较好正接连接方式：直流电源的正极与焊枪相连优点：堆焊和补焊时常被采用3.电弧电压（弧长）电弧电压弧长相互替代有区别a)I形接头b)Y形接头图4-5电弧电压对焊缝形成的影响4.焊接速度

其它焊接参数不变的情况下，合适的焊接速度可达到良好的焊接效果，需进行大量的工艺试验来检验。5.焊丝伸出长度较小电流焊接时一般为6～15mm。较大电流焊接时则为15～25mm内。图4-6焊丝伸出长度6.焊枪角度图4-8焊枪角度应注意焊枪的倾角大多选择在10°～15°范围内应用左焊法可减小熔深，从而使焊道变为较宽和较平。采用右焊法时可获得较大熔深，电弧较稳定和飞溅较小。7.焊缝位置

焊缝位置焊接方式取决于平焊立焊仰焊应用于全位置焊接，焊缝成形良好应用于较细焊丝的全位置焊接8.焊丝直径表4-2焊丝直径选择表4-3不同直径焊丝的电流范围

通常情况下，焊丝直径和焊接电流确定后，可以根据焊接电流的大小计算出电弧电压的近似值。表

4-4电弧电压与焊接电流参考注意：良好的焊接效果需通过工艺试验来选取9.保护气体成分和流量表4-5常用氧化性混合气体的特点及应用范围由表4-5可知，CO2气体保护焊主要用于薄板及全位置焊接，且高纯度的CO2气体易得，常用于细焊丝焊接。表4-6CO2气体流量与焊接电流的关系典型焊接示例的应用任务二使用弧焊命令学习目标应会1能应用弧焊专用键进行示教2掌握焊接系统各参数的设定方法3能根据焊接要求设定焊接开始、焊接结束指令中各参数应知1弧焊专用键的分布及功能2弧焊系统各参数的设定3ArcStart、ArcEnd命令功能4焊接开始、结束命令各参数的含义任务导读

弧焊工作站系统由机器人本体和焊接系统构成，而焊接系统一般包含了焊机、送丝机、焊枪等设备。

焊接用的工业机器人，其控制系统及示教面板有一些相对应的设计，如在使用示教面板时有焊接应用的功能键，运用这些功能键能便捷地测试焊接系统、调节焊接参数等。

在进行焊接之前需对焊机的特性参数进行设置，然后使用焊接命令实现焊接。各种焊接命令参数的选择，会对焊接质量产生一定的影响。一、弧焊专用示教键图4-9弧焊专用键

Fanuc弧焊机器人专用键在TP示教盒上的位置分配如图4-9所示，各个特殊按键的功能如表4-7所示。表4-7弧焊专用键的功能表4-7弧焊专用键的功能二、电弧焊接设定Fanuc机器人控制装置中登录了用于应用程序的“LRARCTOOL”软件包。

在软件包中输入了用于控制机器人、焊机、遥控控制装置等外围设备的指令。使用TP示教盒选择所需的菜单和指令，通过对电弧焊接机器人发送指令，进行焊接作业。

因此，焊接前应使用“LRARCTOOL”软件对焊接系统、焊接装置、焊接条件等参数进行设定。在焊接工序中，有关电弧焊接控制参数可在电弧焊接系统中进行设定。点击菜单键“MENU”进入选择画面，通过6“设定”进入焊接系统设定界面，如图4-10所示。

1.设定焊接系统

图4-10焊接系统设定画面

在焊接工序中，有关的焊机控制参数可在电弧焊接装置中进行设定。在“MENU”菜单中选择6“设定”进入焊接装置设定画面，如图4-11所示。

2.设定焊接装置图4-11焊接装置设定画面(1)焊接参数设置在焊接开始前，必须预先定义执行焊接时的参数。程序中的电弧焊接指令如“ArcStart”,通过指定电弧焊接条件号码执行。点击“MENU”菜单键，在画面中选择3“资料”进入电弧焊接条件画面，也可通过“DATA”快捷键直接进入，如图4-12所示。

3.设定电弧焊接条件

图4-12电弧焊接条件画面如果对焊接条件序号1中的参数进行了设定，在焊接条件画面下点击F2“细节”键进入电弧焊接条件详细画面，如图4-13所示。

(1)焊接参数设置

图4-13焊接条件详细画面（2）焊接条件建议在焊接条件画面中选择F3“建议”键进入焊接条件建议画面，如图4-14所示。

3.设定电弧焊接条件

图4-14焊接条件建议画面电弧焊接命令是指示教机器人何时、怎样进行电弧焊接的常用指令。焊接系统只对电弧焊接开始指令和电弧焊接结束指令之间所示教的动作指令进行电弧焊接，如图4-17所示。三、常用焊接命令图4-17通过电弧命令执行电弧焊接（1）ArcStart命令的基本用法1）使用引弧文件的方法焊接条件用焊接条件界面文件设定，如图4-18所示。2）直接数值登录进行设定的方法。如图4-19所示，程序中出现ArcStart[0.0V，0.0A]指令，键入所需要的数值即可。

1.ArcStart输出引弧命令

图4-18电弧焊接开始指令（指定条件号码）图4-19电弧焊接开始指令（直接数值登录）1.ArcStart输出引弧命令（2）ArcStart命令的结构参数ArcStart命令中基本设定了各焊接所需要的工艺参数，其完整结构中各参数的含义见表4-11。参数说明备注i选择焊接条件编号1～3232种焊接参数组可被调用V电弧电压输入电压值范围：0.0～50.0V，根据焊机定A指定焊接电流的输出值电流值范围：0.0～450.0A，根据焊机定cm/minmm/secIPM送丝速度根据需要有3种单位供选择，送丝速度设置范围：0.0～500.0表4-11ArcStart命令各参数含义（3）ArcStart命令登录1）快捷登录

在程序编辑界面如图4-20所示，箭头指向为对应按键的功能。按下F2“焊接开始”键，焊接起始点位与焊接开始命令被一起登录到程序中。2）使用指令登录焊接开始命令1.ArcStart输出引弧命令图4-20程序编辑界面如图4-24所示，选择F1“指令”调出焊接开始指令“Arc”，选择示教盒上的“ENTER”确定键进入画面4-25，选择“ArcStart”。

2）使用指令登录焊接开始命令

图4-25电弧开始、结束选择画面图4-24使用指令登录画面

2.ArcEnd输出熄弧命令

ArcEnd命令的主要功能是关闭向焊机输出的引弧信号、结束焊接的命令。

在机器人中，ArcEnd命令与ArcStart命令的登录方式相同，并且在相同的程序中，两者中设置的焊接条件应保持一致，因此具体操作可参见输出引弧命令。典型焊接示例的应用任务三示教弧焊工作站程序学习目标应会1掌握示教典型路径的操作方法2能根据具体要求完成路径规划3能根据具体要求完成机器人编程操作应知1弧焊基本编程方法2直线轨迹示教3圆弧轨迹示教4弧焊命令的使用方式相关知识

示教弧焊工作站程序进行真实焊接之前，路径规划非常重要，它表征焊接过程中机器人行走的轨迹。机器人行走路径不同将直接影响焊接质量，因此具备合理路径规划是进行焊接的前提。

在实际应用中发现，再复杂的焊接路径无非是由若干个直线或者圆弧段所组成，因此正确示教直线、圆弧程序非常重要。一、示教直线路径程序

在焊接过程中，直线轨迹应用最为广泛。在使用机器人过程中，要示教机器人走直线的方法很多，最简单的方法是采用两点走直线的方式，如图4-30所示。图4-30两点示教示意图步骤一：如右图所示，焊枪停于A位置，记录此时点位。步骤二：将焊枪从A点移动到B点正上方，在B点位置放上参照物，使用3点法制作工具坐标。步骤三：将机器人示教模式切换为全局坐标，从B点移动到P1点位。步骤四：移动机器人到P2点位。步骤五：返回A点位置。一、示教直线路径程序二、示教圆弧路径程序

相比直线路径，机器人在行走圆弧路径时则要复杂的多。这是因为实际的焊接轨迹一般由若干个不同的圆弧段构成，需要将这些圆弧段加以拆分，分段完成，同时还应理解机器人走圆弧的基本工作原理。Fanuc机器人在设置圆弧路径的过程中采用了3点确定一个平面的方法，只要确定3点的坐标，机器人自动运算圆弧原心的坐标，这种方法可完成各种不同圆弧段的路径行走。二、示教圆弧路径程序

使用机器人完成圆弧路径行走是最基本的操作，是绘制各圆弧段的前提。以4-33示意图为例。图4-33圆弧示教示意图步骤一：如右图所示，焊枪停于1位置，记录此时坐标点位。步骤二：移动焊枪至4点位，并记录此时坐标点位。步骤三：移动焊枪至5点位，将此点位中的“J”改为“C”（关节点改为圆弧点）。步骤四：移动焊枪至结束圆弧点位6，返回1点位置。步骤五：相同方式完成另一半圆。二、示教圆弧路径程序典型焊接示例的应用任务四机器人焊接的应用学习目标应会1能根据焊接要求正确选择焊接参数2能对简单工件焊接进行示教，完成焊接任务3能根据焊接的效果对焊接参数进行调整应知1焊接参数设定依据2机器人中焊接参数设定方法3焊接电源设定方法任务导读

弧焊工作站在工作过程中，需要根据给定的焊接对象，选择系统的各个参数，如焊接电源的基本参数、焊接电压、焊接电流、焊接速度和气体流量等，只有选取合适的参数，并配合机器人编程操作才能获得更好的焊接质量。一、弧焊参数的选择与设定1.弧焊参数的选择

实际中，焊接的种类和焊接的方式很多，应根据工件的材料、尺寸、搭接方式等来确定。

通过参考选定材料的焊接条件表选取合理的焊接条件，然后对机器人系统及焊机参数进行设置。

在预选电压、电流、焊接速度、气体流量等参数后对工件进行试焊接，根据焊缝的质量对参数进行适当的调整，通过不断的实践来指导焊接质量完全符合技术条件所规定的要求。

1.弧焊参数的选择

案例一：薄板焊接

通常情况下薄板焊接方式有水平角焊、立向上焊和立向下焊等，其焊接方向如图4-38所示。a.水平角焊b.立向上焊c.立向下焊图4-38薄板焊接方式选择

现以薄板焊接中的水平角焊为例，介绍弧焊参数的选择。取两块完全对称的薄钢板，钢板的尺寸如图4-39所示，将钢板以水平角接的方式焊接在一起。材质为20号钢。根据表4-12选择工艺参数。图4-39焊接工件尺寸图（单位：mm）板厚/mm焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/(cm/min)气体流量/（L/min）1.00.870～8017～1850～6010～151.21.085～9018～1950～6010～151.61.0，1.2100～11018～19.550～6010～151.2120～13019～2040～5010～202.01.0，1.2115～12519.5～2050～6010～153.21.0，1.2150～17021～2245～5015～201.2200～25024～2645～6010～204.51.0，1.2180～20023～2440～4515～201.2200～25024～2645～5015～2061.2220～25025～2735～4515～201.2270～30028～3160～7015～2081.2270～30028～3155～6015～201.2260～30026～3225～3515～201.6300～33025～2630～3515～20表4-12低碳钢角接焊接工艺参数表案例二：管和薄板焊接

板与管的焊接方式与薄板之间的焊接方式相同，并采用水平角焊方式，因此只需知道薄板工件的厚度即可，如图4-40所示。图4-40薄板与管的焊接工件尺寸图（单位：mm）

2.焊机参数设置

在焊接时，使用的焊机电源是FANUCARCMate系列通用的逆变焊接电源CV350-R，该焊接电源是林肯电气为FANUC机器人设计的经济实用型焊接电源。其基本参数如表4-13所示。适用材料焊接波形电流范围通讯方式逆变技术输入电源碳钢CV60～350AArcLinkInverter(30kHz)380V3～表4-13CV350-R基本参数只需对示教盒上的ARCTOOL软件画面进行设置，如图4-41所示。2.焊机参数设置图4-41设定ARCTOOL软件画面

3.机器人焊接条件设置

根据选定的参数，初设焊接电流为115A，电压为20V。此处选择由焊接命令直接设定：ArcStart[WP0,20V,115A,0.0,0.5S]；焊接速度为50cm/min，引