淺析ABB機械臂自動化焊接工藝

李天普

摘要：文章簡要介紹ABB機械臂的結構和動作原理，然后結合橫梁鋼管與連接座焊接實例，具體研究ABB機械臂的自動化焊接技術原理和參數控制要求，為ABB機械臂在工業領域的廣泛應用進行有益的探索和實踐。

關鍵詞：ABB機械臂；自動化焊接工藝；參數控制

1 ABB機械臂的結構和動作原理

ABB機械手臂又稱關節機器人，多數有6軸，6個關節可聯動、也可以單個的運動、也可沿著X＼Y＼Z三個坐標方向移動，從而實現三維柔性工作。ABB機械手包括控制裝置、懸式示教作業操縱按鈕臺、操作箱和機器人主體等幾個部分。除此以外，機械手上還配裝了兩軸旋轉變位機，適用于轉向架橫梁鋼管與連接座、橫向止擋座的焊接作業。

ABB自動化焊接機械臂的主體結構及動作原理如下：控制系統：由微型計算機和控制箱組成。控制箱主要包括焊槍位置控制模板、輸入/輸出接口電路以及功率驅動電路等組件；微型計算機不單單是指主機和鍵盤，還應該有配套的顯示器和輸入/輸出設備。焊槍位置控制模板：焊槍位置由相應的機械電弧擺動模板、弧壓控制模板以及調控信號等組件進行調控。在管道360度自動焊接的過程中，操作員應該多注意焊槍位置，根據焊接需要隨時調整焊槍的位置。

焊槍焊接方式：用來調控焊接工藝參數的旋鈕由專用的焊接電源進行控制，調控按鍵主要分布在機頭或專門的箱盒內。在焊接時，可對照所需的工藝參數，用旋鈕和相應的按鍵進行參數調整。

2 ABB機械臂焊接工藝

經濟型點焊機器人適用于任務量和勞動強度較大、焊點分布相對簡單的工況，并且對作業環境不挑剔。通常要求焊接機器人的傳動精度要高于其周邊設備。要實現高效率焊接，需要兩個前提：一是下料精度要，產品一致性高，才能更好的實現自動化焊接。二是工件的裝配精度要高，裝配誤差小于焊絲的直接。

2.1ABB機械臂自動化焊接操作流程

ABB機械臂自動化焊接的操作流程如圖1所示。

2.2關鍵環節的設計

2.2.1系統運動方式的確定

按照焊接要求，焊接機械臂須采用5軸聯動式運動模式。其伺服系統的旋轉、擺動部件通過快速步進電機的開環控制系統進行操控。開環控制系統構造單一，易于調整和維護，既經濟又實用。

2.2.2執行機構傳動方式的確定

為確保主機傳動精度和作業過程的穩定性符合設計要求，應參考以下幾點來裝配設計機械傳動裝置：一是傳動元件和導向元件的摩擦系數盡可能最??；二是傳動間隙盡可能為零；三是傳動鏈不宜過長。

2.2.3確定機械臂的整體結構及布局

①確定機械臂的外觀尺寸以及各局部結構的尺寸和結構布局。②將運動部件放開到極限自由度，對其位置進行調校。③確定控制系統、驅動部件和執行部件的間距及相對位置。

2.2.4協調控制

按焊接要求對各機械臂和變位機進行操控，保持工件與焊槍的相對姿態，嚴防焊接過程中工件與焊槍之間發生磕碰。

2.2.5精確焊縫軌跡跟蹤

機械臂的視覺傳感器和激光傳感器支持離線作業功能，焊接時應該擅用這一功能，通過激光傳感器跟蹤監控對焊縫的焊接過程，以實時調整機械臂焊接動作的柔性，特別是提高機械臂對復雜工件的適用性。

3實踐研究——ABB機械臂在梁管焊接中的應用

下文以ABB機械臂在橫梁鋼管和連接座焊接工藝中的應用為例，對ABB機械臂的焊接工藝進行詳細論述。

3.1坡口及焊縫型式

橫梁鋼管與連接座為對接雙面環焊縫，內側焊縫型式為5V，外側焊縫型式為10U。橫梁鋼管與連接座的坡口為對稱結構。

3.2焊絲與保護氣體

橫梁鋼管與連接座的焊絲選用ISO14341-A-G424MG3Si1，其化學成分和力學性能分別見表1和表2。

3.3工藝參數及焊接順序

將橫梁管與連接座放在工裝內點固，點固四處，每處點固30～40mm，點固后需將點固焊縫兩側打磨呈至少50°的斜坡，清除點固焊縫中存在的氣孔、表面裂紋等焊接缺陷。先用機械手對稱焊接橫梁鋼管與連接座內腔焊縫，背面清根后對稱交替焊接橫梁鋼管與連接座的打底層、填充層、蓋面層。保證層間溫度低于200℃，焊接參數如表3所示。

3.4焊后無損探傷

為進一步檢測焊縫內部是否存在缺陷，需對焊縫進行無損檢測。磁粉探傷對于表面和近表面存在的裂紋、未熔合等面積型缺陷具有較高的探測度。射線探傷可以檢測出氣孔、夾渣等體積型缺陷，而且可以檢測出缺陷的具體位置、大小。

4結束語

ABB機械手對于橫梁鋼管和連接座的內外環焊縫具有良好的焊接工藝性。焊縫表面成形美觀、均勻，焊接參數合理。機械手電弧跟蹤系統有助于提高焊接質量。打磨焊縫后進行磁粉探傷檢測，焊縫表面沒有磁痕和其它缺陷點，焊縫質量達標。本文僅僅針對ABB機械手對于橫梁鋼管和連接座的自動化焊接工藝進行了研究，實際上ABB機械臂在自動化焊接工業領域具有廣泛的適用性，在具體操作時需要結合實際工況對其技術參數進行適當調整，以提高其適用性。

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（作者單位：杭州大和熱磁電子有限公司）