機器人單雙絲自動焊在大型壓機超厚板復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接中的應(yīng)用

劉 波，楊美青，李承華

（濟南二機床集團有限公司，山東 濟南 250022）

隨著機器人自動焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人自動焊接設(shè)備將逐步廣泛應(yīng)用，針對壓力機大型超厚板復(fù)雜構(gòu)件（如橫梁、底座和滑塊）具有單件尺寸大，噸位重，焊接強度高，工作環(huán)境惡劣，焊接周期長等特點，實現(xiàn)機器人自動化焊接則可有效提高焊接質(zhì)量和效率。

如圖1所示，典型超厚板結(jié)構(gòu)件尺寸參數(shù)如下：

工件尺寸 12000mm×5000mm×4200mm

工件噸位 通常40～70t，最大190t

最大板厚 50mm～170mm，坡口深度50mm

焊接方法 單雙絲熔化極氣體保護(hù)焊

圖1 超厚板復(fù)雜結(jié)構(gòu)件

該系統(tǒng)采用大型半龍門結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點解決了全龍門移動運行占地面積大的弊端，系統(tǒng)集成6軸機器人、外部4軸，共10軸系統(tǒng)，X軸采用同步雙驅(qū)運行，Y軸滑板帶動升降體左右移動，機器人倒裝升降端部，沿著Z軸長距離升降，剛性和穩(wěn)定性好，配備機器人單雙絲焊接焊接系統(tǒng)和自動清槍和換槍裝置，自動切換，集成單雙絲中厚板焊接工藝，可超大型超厚板復(fù)雜構(gòu)件實高速高效自動焊接生產(chǎn)，如圖2所示，具有焊接范圍廣、效率高、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。

圖2 機器人焊接生產(chǎn)現(xiàn)場

1 大型半龍門結(jié)構(gòu)

考慮大件焊接件占地面積大、移動難等特點，該裝備采用半龍門結(jié)構(gòu)布局，如圖3所示，龍門跨距8000mm，龍門行走有效行程23000mm，Z軸（升降）有效行程3000mm，龍門移動采用伺服雙驅(qū)同步控制，各軸運動均采用大扭矩伺服電機驅(qū)動采用高精度齒輪齒條傳動和精密直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，匹配6軸柔性焊接機器人，完全解決了大型壓力機結(jié)構(gòu)件長直平坡口焊縫、角焊縫及圓弧焊縫的焊接，最大實現(xiàn)可焊工件尺寸達(dá)23m×6m×4.5m，同時可實現(xiàn)局部人工補焊和設(shè)備自動焊接工位協(xié)同生產(chǎn)，大幅提升生產(chǎn)效率。

圖3 大型半龍門結(jié)構(gòu)布局

2 機器人焊接系統(tǒng)

機器人選用高精度6軸機器人，承載能力20kg，臂展半徑1811mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.05mm，配備具備起始點尋位、電弧跟蹤、多層多道焊、外部軸協(xié)調(diào)運動功能，最大限度的提升焊接質(zhì)量，配置大扭矩機械防碰撞機構(gòu)、全自動磁性換槍機構(gòu)，實現(xiàn)單雙絲焊槍的自動切換，保證焊槍在不同復(fù)雜腔體空間內(nèi)安全運行，提升設(shè)備使用效率。

3 全數(shù)字焊接系統(tǒng)

針對超厚板多層多道焊接，集成配套全數(shù)字雙絲焊接電源，實現(xiàn)了雙絲1.2mm（焊接電流900A）和單絲1.6mm（最大焊接電流達(dá)700A）的焊接工藝研究應(yīng)用，焊接效率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定，單雙絲焊接通過協(xié)同軟件，實現(xiàn)不同焊接工藝的自由切換，如圖4所示，最大限度地提升了厚板多層多道雙絲焊接和窄間隙條件下單絲焊接的效率。

圖4 單雙絲轉(zhuǎn)換原理

4 超長距離送絲系統(tǒng)

針對大型焊接設(shè)備，因設(shè)備行程大，送絲距離長，優(yōu)先采用高精度四輪送絲技術(shù)，如圖5所示，免維護(hù)，終端無需設(shè)置中繼送絲機，確保超長距離彎曲條件下高精度的穩(wěn)定送絲，保證了焊接質(zhì)量穩(wěn)定性能。

5 無線遙控控制技術(shù)

針對大型結(jié)構(gòu)件焊接特點，采用無線遙控控制技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的機器人示教操作模式，有效提升了設(shè)備的安全性能和生產(chǎn)效率，通過無線控制可實現(xiàn)對機器人實現(xiàn)基本功能的控制，保證設(shè)備大件焊接示教過程的安全操作，避免示教操作需焊接工人在工件上往復(fù)穿梭、高低作業(yè)、勞動強度大、操作極為不便等問題。

通過機器人單雙絲自動焊接系統(tǒng)在壓力機大型超厚板結(jié)構(gòu)件自動焊中的應(yīng)用，研究掌握單雙絲厚板自動焊接技術(shù)，能夠大幅降低焊接工人的勞動強度，減小重型機械制造生產(chǎn)的成本，提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，提高焊接生產(chǎn)的自動化水平，增強了大型結(jié)構(gòu)件焊接在國內(nèi)外市場上的競爭力，有效推動大型結(jié)構(gòu)件焊接自動化及裝備制造業(yè)水平。

6 結(jié)束語

本文主要結(jié)合實際壓力機大型超厚板復(fù)雜構(gòu)件焊接產(chǎn)品工藝特點和焊接要求，系統(tǒng)進(jìn)行了方案和集成設(shè)計研究，詳細(xì)描述了單雙絲自動焊接系統(tǒng)基本構(gòu)成和應(yīng)用情況，為后期大型結(jié)構(gòu)件機器人自動焊接系統(tǒng)研發(fā)和推廣提供可靠的基礎(chǔ)保證，該項目已經(jīng)投入生產(chǎn)實際應(yīng)用驗證并通過相關(guān)技術(shù)鑒定。