焊接機器人在車橋后蓋內環縫上的應用

◎文/汪明明（安徽安凱福田曙光車橋有限公司）

隨著社會的發展和科技的進步，機器人在各個領域得到了日益廣泛的應用，尤其是工業機器人。焊接機器人是目前最大的工業機器人應用領域。由于車橋制造業對許多結構件的焊接精度和速度等指標提出越來越高的要求，一般工人已難以勝任。特別是橋殼后蓋內環縫工序，實施焊接空間很小，標準焊槍無法對準焊縫。此外，焊接過程中產生的高溫和煙塵，會對人體造成危害。安凱福田曙光車橋有限公司2014年引進了日本松下焊接機器人，用于車橋后蓋內環縫氣體保護焊焊接。實踐證明采用焊接機器人焊接既能保證焊接質量，又提高了生產效率，降低了人工勞動強度，取得了較好的經濟效益。

一、機器人系統的組成

車橋焊接中應用的焊接機器人包括機器人本體、機器人控制系統、示教盒3部分。

1.機器人本體

機器人本體選用交流伺服電機，結構緊湊、響應快、可靠性高，運動平滑靈活、效率高，配置了高靈敏碰撞檢測和柔性控制裝置，避免意外碰撞引起位置偏移。機器人手臂比安全支架更快檢測到負荷變化，自動切換成柔性控制，避免撞擊；故障停機后,機器人能直接在故障點啟動并引弧繼續作業；焊接時斷弧后，能實現自動重新引弧，并且通過設置具有斷弧點搭接功能；機器人帶有軟、硬超限開關。

2.機器人控制系統

松下焊接機器人采用Windows CE系統控制器，配備IT通訊接口，可連接網絡，可與先進的數字焊機通信，數字化設定焊接條件。系統功能包括焊接品質監測功能（CO2/MAG焊接時）、焊接擺動功能、再引弧功能（CO2/MAG焊接時）、粘絲自動解除功能（CO2/MAG焊接時）、搭接功能、焊槍校正功能以及其他擴展功能。

3.示教盒

示教盒采用觸摸屏液晶顯示畫面，可一鍵切換中英文；采用手持操作，能顯示當前作業及故障報警等各種信息及對機器人的設置、編輯，操作方便直觀；可外接存儲器，方便程序的備份和擴展機器人控制箱參數。

二、應用焊接機器人焊接車橋后蓋內環縫

1.焊接機器人變位機機構

內環縫焊接機器人變位機是由翻轉變位機構、回轉變位機構和夾緊機構組成。翻轉變位機由外部軸電機驅動精密減速機傳動，將工件翻轉一定角度便于焊接；回轉變位機由外部軸電機驅動精密減速機傳動，帶動夾緊機構回轉，實現工件的圓周運動；夾緊機構由鎖緊氣缸驅動，導軌導向，通過齒輪齒條帶動夾爪夾緊工件，并通過鎖緊氣缸鎖緊防止工件掉落。

2.清槍剪絲機構

焊接完成后，為方便操作與維護、減少日常維護量，配置了清槍、剪絲、噴硅油裝置。機器人帶動焊槍工作一段時間后，自動到清槍裝置處清除焊槍噴嘴處粘附的焊接飛濺物，并向噴嘴內部噴射少量硅油，避免焊接時飛濺物粘附，有利于下次清槍。

3.安全工作間

安全防護門用于機器人周邊安全防護，能有效防止飛濺和弧光對車間其他操作者的傷害。前側自動對開門方便上下料吊裝。頂部備有除塵接口，與車間排煙管道相連接，有效地排除了焊接中所產生的煙塵。

三、車橋內環縫焊接工藝

1.工作流程

打開工作間門→工件放置到變位夾具上→用兩端夾緊裝置將工件夾正→分中機構夾緊工件→機器人焊接工件上的焊縫→機器人焊接完成后回位清槍→變位機回到初始位置，打開所有夾緊裝置→打開工作間門→人工上下工件。

2.工藝參數

焊接電流240～330A，焊接電壓26.0～30V，收弧電流210～238A，收弧電壓22.0～25.5V，焊絲牌號H08Mn2SiA，焊絲型號ER50-6，焊絲直徑φ1.2mm，冷卻液型號028872，Ar/CO2混合氣流量 18～20L/min（ 4∶1）[1]。

3.焊接工藝要求

所焊工件焊縫成型應光滑，表面無裂紋、明顯的氣孔、假焊咬邊、凹陷等缺陷，焊縫允許有輕微、連續的、淺的、短的咬邊和邊缺口，缺陷總長度不大于焊縫長度的10%。允許個別直徑≤1mm的單個氣孔，不允許裂紋、假焊，收弧處不得有弧坑，具體要求如圖1所示[1]。

圖1 橋殼后蓋焊接工藝要求圖

4.焊縫檢測

對焊接后的焊縫進行解剖實驗，從實驗結果看焊縫深度約為5.10mm，焊縫及熱影響區硬度分布為橋殼中段208HV1、相變區 240HV1、焊縫區 241HV1、過熱區196HV1，實驗數據符合工藝要求。

四、結論

綜上所述，焊接機器人的應用克服了以往手工焊接中的不確定性因素對焊接質量的影響，提高了產品質量和可靠性，降低了人工勞動強度，改善了工作環境，并且實現了焊接參數的在線調整和焊縫質量的實時控制。