工業機器人焊接液壓支架優化探索

陳清

（兗礦東華重工有限公司煤機裝備制造分公司，山東 鄒城 273500）

液壓支架是一種利用液體壓力產生支撐力并實現自動移設進行頂板支護和管理的一種液壓動力裝置，是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備，也是下一步智能化綜采發展的必然趨勢。在液壓支架ZY21000、ZF17000 的實際的制造過程中，隨著結構件在材質方面的不斷提高，要求對800MPa、900MPa級高強鋼板的焊接性能進一步的提高，焊接作為基礎制造工藝的一環，是一種精確、可靠、低成本、高科技的材料連接方法。焊接機器人的應用提高焊接生產率，提高生產能力，提高質量的穩定性和降低成本。液壓支架結構件設計選用的板材以中厚鋼板為主，板材自身總質量一般為10 ～50t/架，消耗焊絲量約占部件總自身質量的4%～5%，焊接工作量極大，為提高工作效率，改善電焊工工作環境，保證焊接質量，應用工業機器人焊接系統是必然的選擇。工業機器人的使用實現了焊接的自動化，解放勞動力，降低對工人操作技術難度的要求，提高生產效率。在液壓支架的實際制造過程中使用機器人焊接系統進行焊接工件時，易損件損耗過快，更換頻繁，焊接過程系統報警多且人工處理時間長，對生產成本及生產效率有一定的影響。這就需要技術人員對工業焊接機器人的焊接工藝進行優化。這種情況迫切地需要我們對機器人焊接過程進行分析和優化，提高生產效率和焊接質量，降低返修率，以滿足現階段液壓支架的生產需要。

1 原因分析及優化處理

工業機器人在實際的焊接過程中出現頻率較多的報警主要集中在焊接區間內電弧發生異常和噴嘴接觸工件等。焊接區間內電弧發生異常的現象主要表現為焊接過程中突然斷弧、不能引弧等。結合現場焊接作業的過程，分析發生上述現象的原因有焊接槍頭黏附飛濺、焊道上雜質、藥皮較厚、電弧回燒、送絲不良和焊接燒穿等；工業機器人在焊接過程出現噴嘴接觸工件導致噴嘴接觸傳感器動作，分析造成噴嘴接觸工件的原因有飛濺堵塞了噴嘴、工件偏移、裝夾位置不良、工件加工尺寸誤差大、組對尺寸誤差大等。隨著報警次數的增加，損壞導電嘴也會越來越多，而人工處理每次報警，增加了工人的勞動時間，液壓支架的生產周期也會相應延長，有時甚至會因處理時間過長導致工件溫度不滿足工藝的要求，還需要再次進行熱處理，進而導致工件的質量降低。結合現場焊接實際，需要對造成上述現象的原因進行分析，查閱相關資料，組織技術人員制定相應的技術措施，優化工業機器人焊接工藝，提高焊接質量。

1.1 焊接區間電弧異常報警

1.1.1 氣動除渣槍的制作

為了做好工業機器人焊接后產生的焊接藥皮的清理，結合現場作業過程，徹底清除焊渣，利用工作場所的風源制作了氣動除渣槍，主要由平頭除銹鋼針、保護套、近期開關壓板、快速接頭等。充分考慮作業過程中有可能對人體造成的傷害，加裝保護套做好對作業人員的安全防護，保證清除焊渣的同時，保證現場清理的安全。圖1 為氣動清渣槍。

圖1 氣動清渣槍

1.1.2 焊接五步檢查排除方法

工業機器人在實際的焊接過程中頻繁出現的“焊接區間內電弧發生異常”報警情況，按照現場焊接需要，為了消除“焊接區間內電弧發生異常”報警問題，結合焊接現場實際，制作完成了簡單易用的焊接藥皮專用清除工具氣動清渣槍的同時，還需在焊接過程中制定焊接時的五步檢查排除方法，具體焊接時無不檢查排除步驟如下：（1）在斷弧點設置原點坐標，將焊槍動作到能夠便于觀察的位置，不僅安全而且方便清理的地方；（2）及時檢查噴嘴及導電嘴的狀況，必要時立即更換噴嘴或導電嘴；（3）焊絲的送絲操作，現場作業人員加強觀察，發現黏連的焊絲時，及時將黏連的焊絲手動清剪，并保持清剪后的焊絲干伸長度22mm，保證焊絲位置要在噴嘴中心點上，并且要與噴嘴截面垂直；（4）現場作業人員要站在安全位置，用自制工具清理焊道表面雜質藥皮，避免出現人身傷害；（5）要求在程序中進行原點登錄，確認后啟動再生。

1.2 噴嘴接觸工件報警

針對工業機器人在實際的焊接過程中頻繁出現的“噴嘴接觸工件”報警情況，為了消除“噴嘴接觸工件”報警問題，針對焊接機器人在焊接過程中出現的“噴嘴接觸工件”報警問題，制定了相應的排除方法，主要從三個方面依次排查：（1）組對工件時保證筋板和主筋及底板間的垂直度，組對工件蓋板時保證蓋板下臥主筋板尺寸；（2）為了控制焊接前后出現的變形量，需要加支撐和調整間隙值，要求嚴格按照工藝進行加墊；（3）在組對裝夾時，要保證組對平臺上無異物，工件依據定位質子擺放，裝夾錐筒及螺母時對稱緊固，確保緊固均勻。（4）焊接時，要實時調整焊接的參數，微調焊槍偏移量，在不改變左右傾角和前后進角的情況下，滿足批量生產的需要，并且能夠避免焊槍向根部扎，防止出現導電嘴的燒毀。要求現場作業人員做到工件預處理、拼裝預檢驗、焊接常觀察。在焊接過程中，加強對每個控制節點的管理，充分發揮人的主觀能動性和工業機器人的執行力。

2 現場應用

經過對工業機器人焊接過程存在問題的分析處理，結合現場實際，進一步對機器人焊接過程的優化，制作拆裝用扳手提高拆裝效率；制作焊接藥皮專用清除工具氣動清渣槍代替用手清除，消除了清除焊渣的人工用手清除的不安全因素，通過改善工作條件，規范排除問題的步驟，操作人員能夠熟練掌握排除報警問題的方法，掌握各個控制的節點，降低了生產周期，并且降低了部分易損件的過度消耗，在提高焊接質量的同時，滿足了現階段安全生產的需要。機器人焊接過程優化方案的實施，使液壓支架用機器人焊接系統更加完善，更加貼合現場焊接實際，使得工業焊接機器人能夠在焊接過程中發揮應有的作用，使現場安全生產達到資源和人力的最優配置，降低了工件返修率，提高了部件質量，保證了液壓支架整架的穩定性和可靠性，進一步提高了公司在液壓支架制造市場中的競爭力，在行業內具有較高的推廣價值。