機器人焊接缺陷解決方案

張民 吳月 王彩鳳

1. 概述

焊接機器人是從事焊接的工業機器人，是一種多用途的、可重復編程的自動控制操作機。使用焊接機器人進行焊接具有以下優點：穩定和提高焊接質量；提高勞動生產率；改善了工人勞動強度，降低了對工人操作技術的要求；縮短了產品改型換代的準備周期。后橋箱為推土機上的一個大型結構件，后橋箱上連接小腿與殼體的兩條焊縫就采用焊接機器人進行焊接，在機器人焊接時，經常出現熔池流淌的現象，引起焊瘤的產生（見圖1），人工焊補工作量大，同時產生大量的修磨工作量，費時費力，如何簡單有效的避免焊瘤的產生成為該工序的一個困擾。

2. 原因調查

后橋箱小腿的組對焊接工藝流程：將待組對后橋箱采用工裝進行組對→調節尺寸→點固→打底焊→機器人焊接→人工焊補→修磨。如圖2所示，該處焊縫連接后橋箱小腿與內殼體，坡口較大，機器人在焊接時為防止熔池流淌，通常僅焊接中間的一小段，留下兩側較長部分由人工進行焊補，機器人焊接后的焊縫如圖3所示。

經統計，2014年1～3月SD16小腿焊縫焊接時焊瘤發生數量及修磨前的合格率如附表所示。經計算，前3個月的合格率均值僅為57.7%，與工廠設定的合格率目標87%相距甚遠，嚴重影響了該處焊縫質量。

由于焊縫直通，在機器人焊接和人工焊補過程中，經常會因熔池流淌而形成焊瘤；由于焊縫寬，人工補焊困難，所以既浪費焊絲，也為后續的修磨工序增加了工作量。經分析，焊縫通透無擋邊，焊接機器人及人工焊補困難，容易導致流淌產生焊瘤。

3. 試驗

（1）方案一 對該處焊縫采用外加輔助陶瓷擋塊的方法，對焊縫兩頭遮擋可避免熔池流淌。

圖1 后橋箱上產生焊瘤的焊縫

圖2 焊縫結構

圖3 機器人焊接后焊縫

焊縫修磨前合格率統計

試驗過程簡述：首先采用強力膠刷于擋塊的一側，焊接前粘于該處焊縫的一側（見圖4），機器人焊接時將起始端移至焊縫兩頭焊接（見圖5），焊接完成后去除擋塊，效果如圖6所示。

效果驗證：通過本次試驗，焊縫焊接的有效長度得到了延長，由于擋塊的遮擋，避免了熔池流淌導致焊瘤的產生。雖然利用擋塊在避免焊瘤方面取得了一定成效，但是焊接陶瓷塊采用膠粘貼，在焊接過程中由于受熱等原因出現了脫落，且每個陶瓷擋塊只能使用一次，會產生較多的新增成本，綜合考慮，采用不易脫落及成本較低的方法較適宜。

（2）方案二 該處焊縫為半V形，一側為內殼體，另一側為小腿下蓋板（平板）所開的坡口（見圖7），兩者對接而成。內殼體為鑄件，不方便改動，下蓋板為板材，坡口由坡口機器人切割而成，因此可以從下蓋板的坡口形式進行改善。

我們設想小腿蓋板開坡口時在兩側各留一個5mm側邊（見圖8），這樣在機器人焊接可以焊接至兩端，避免熔池中鐵液流淌導致焊瘤產生。若采用本方案，下蓋板坡口只需改變形式，不會產生新增加費用。另外，由于組對尺寸并不發生變化，工裝無需調整，所以不會產生新增工裝費用，因此總體費用不會增加。針對該處坡口形式改進的建議，進行聯合討論后，認為該方案可行，對小腿蓋板進行了切換（見圖9），并進行了試驗驗證。

試驗過程如下：

將切換后的小腿蓋板采用工裝進行組對，經驗證組對效果良好，工裝無需調整。機器人焊接過程中，可以把焊接起點（見圖10）及終點定在坡口兩端的擋板位置，這樣可增加機器人的可焊接長度，如圖11所示。

改進后的坡口有效地避免了焊接熔池中鐵液的流淌，杜絕了焊瘤的產生，節省了修磨工序工作量；每條焊縫機器人的可焊長度從80mm增加到150mm，降低了人工焊補的工作量和焊接難度；同時焊縫外觀和內部質量都得到了提高。

4. 結語

通過采用本方法使該處焊縫的焊接機器人的可焊長度大大延長，同時由于避免了熔池中鐵液流淌，杜絕了焊瘤的產生。經2014年4～5月份統計，改進后該處后橋箱小腿下蓋板焊縫焊接時焊瘤發生數量為0，合格率達到了100%，同時該處焊縫的外觀和內部質量都得到了大大的提高。實踐證明，該經驗可推廣到類似焊縫的機器人焊接中。

圖4 粘貼陶瓷擋塊

圖5 焊接

圖6 去除擋塊

圖7 小腿下蓋板坡口形式

圖8 坡口改變形式

圖9 切換后的小腿蓋板坡口

圖10 機器人焊接起始點

圖11 機器人焊接效果