松下焊接機(jī)器人在組合件中的應(yīng)用

繆輝 王福林 鐘俊林

摘要：以松下焊接機(jī)器人焊接組合件為例，對(duì)試件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，圍繞松下焊接機(jī)器人在小型組合件中遇到的咬邊、脫節(jié)、未熔合、焊角尺寸偏差大及焊瘤等焊接缺陷，制定了焊接工藝參數(shù)、焊接順序、編程方法及操作技能等措施。通過(guò)措施的制定和實(shí)施，保證了焊后對(duì)外觀質(zhì)量以及內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)綜合評(píng)分結(jié)果都能在85分以上。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人;焊接缺陷;編程

中圖分類(lèi)號(hào)：TG456 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1001-2303（2020）10-0092-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.10.19

0 前言

21世紀(jì)工業(yè)制造開(kāi)始高速發(fā)展，自動(dòng)化焊接技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)焊接行業(yè)的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，現(xiàn)代化高技能人才缺口較大，據(jù)近幾年的調(diào)查，隨著生活水平的提高，年輕一代愿投身到一線工作的較少，即使企業(yè)高薪聘請(qǐng)青年焊工也出現(xiàn)難招現(xiàn)象，工作幾年后，最終能留下的焊工更少[1-3]。在涉及焊接的領(lǐng)域，焊接機(jī)器人設(shè)備降低了企業(yè)成本，焊縫成形與效率明顯提升，勞動(dòng)強(qiáng)度更低，新的崗位——焊接機(jī)器人操作師受到年輕一代的追捧，有效緩解了招工難的問(wèn)題。

企業(yè)為推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)步，更需要高水準(zhǔn)的焊接機(jī)器人操作師，其中，競(jìng)賽平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)這類(lèi)技術(shù)工的快速成長(zhǎng)，所以現(xiàn)代化的企業(yè)會(huì)同焊接協(xié)會(huì)以及其他組織機(jī)構(gòu)定期舉行比賽，而比賽試題通常選取小型組合件容器進(jìn)行焊接，目的在于考核焊接操作師的焊接經(jīng)驗(yàn)與操作機(jī)器人的示教能力[4]。文中以中車(chē)集團(tuán)公司第二屆職業(yè)技能大賽焊接機(jī)器人項(xiàng)目試題為例，提出焊接機(jī)器人在小型組合件中遇到的問(wèn)題的解決方法，為今后解決此類(lèi)問(wèn)題提供參考。

1 組合件結(jié)構(gòu)及焊接性分析

（1）組合件結(jié)構(gòu)分析。組合件如圖1所示，主要由4部分組成，從下向上依次為底板對(duì)接（見(jiàn)圖2）、下箱體（見(jiàn)圖3）、上箱體（見(jiàn)圖4）、管（見(jiàn)圖5）組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：

①組合件尺寸偏小，焊縫緊密，焊縫之間相互交叉，焊接變形較大，影響焊接程序的焊接再現(xiàn)性。

②為考查焊接機(jī)器人操作師的能力，工件定位夾緊后不準(zhǔn)移動(dòng)位置，結(jié)構(gòu)中形成平對(duì)接焊縫、平角焊縫、立角焊縫、角接焊縫和管板插入式焊縫等較多的焊縫接頭形式，且不同焊接位置交叉接頭易產(chǎn)生焊接缺陷。

③由于比賽時(shí)間的限定，組合件示教編程后必須連續(xù)焊接。連續(xù)焊接勢(shì)必造成箱體溫度越來(lái)越高，易產(chǎn)生焊縫咬邊;環(huán)焊縫要求整圈焊完，不準(zhǔn)許在拐角處接頭，轉(zhuǎn)角焊縫焊接易出現(xiàn)未熔合、脫節(jié)、焊角偏大或偏小情況[5];立焊縫易出現(xiàn)焊瘤或不飽滿;管板插入式焊縫存在平均1.5 mm間隙，容易焊穿管或板;對(duì)接焊縫根部產(chǎn)生焊不透或焊瘤等焊接缺陷。

④箱體角接焊縫與平角焊縫按評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)要求，合并評(píng)分焊縫角高、焊縫角差、咬邊及焊縫成形等。增大焊接程序編寫(xiě)難度，特別是在厚板角接焊縫的位置，因焊接順序較后，箱體溫度較高，整圈焊后焊角在8～9 mm的范圍困難，受焊接機(jī)器人TCP與焊接工藝參數(shù)因素較大，容易產(chǎn)生咬邊、燒邊、焊角偏差大等焊接缺陷，組合件焊后考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)為焊縫外觀考評(píng)和水壓檢測(cè)兩部分組成，焊縫評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如圖6～圖8所示。

（2）焊接性分析。組合件采用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材料，根據(jù)碳當(dāng)量計(jì)算公式Ceq≤0.22%，淬硬傾向非常小，室溫焊接時(shí)不易產(chǎn)生冷裂紋，焊接性較好[6]。

2 焊接工藝

（1）焊接設(shè)備：松下6軸關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人TM1400，全數(shù)字焊接電源YD-350GS4焊機(jī)。

（2）焊接材料根據(jù)等強(qiáng)度原則，焊絲選用ER50-6 φ1.2，保護(hù)氣體為φ（Ar）80%+φ（CO2）20%混合氣體。

（3）焊接機(jī)器人TCP要求。為保證組合件小圓弧與示教點(diǎn)軌跡精確焊接，TCP的準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵作用。驗(yàn)證焊接機(jī)器人TCP的方法，通常采用焊絲干伸長(zhǎng)伸出15 mm的位置，要求六軸旋轉(zhuǎn)一周范圍內(nèi)，偏離點(diǎn)距離原始點(diǎn)的位置誤差控制在1.5 mm以?xún)?nèi)。

（4）焊接順序。從整體結(jié)構(gòu)性考慮，焊接順序?yàn)椋旱装鍖?duì)接焊縫→管板焊縫→上箱體→下箱體。箱體結(jié)構(gòu)焊接時(shí)先焊立角焊縫再焊環(huán)焊縫。這樣可降低箱體焊接變形，避免后續(xù)編程點(diǎn)位置的偏移以及更好地熔合立角焊縫的起收弧焊接接頭。

（5）對(duì)接焊縫的控制。為保證對(duì)接焊縫實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形，組裝時(shí)預(yù)留2～3 mm的間隙，使焊接電弧能到達(dá)根部。打底使用小電流焊接，層數(shù)為三層三道，焊接參數(shù)如表1所示;焊后打底背面成形如圖9所示;正面焊縫成形如圖10所示。

（6）箱體工件的組裝。各尺寸要求精準(zhǔn)，板與板之間棱角裝配誤差控制在±0.3 mm之間，工件定位焊采用氬弧焊點(diǎn)固，長(zhǎng)度10～15 mm，定位焊位置盡量點(diǎn)固箱體內(nèi)側(cè)，以避免箱體外觀焊縫尺寸超差問(wèn)題。

（7）箱體焊接工藝。

①上箱體所有焊縫采用單道直線運(yùn)條焊接，下箱體平角焊位置采用單道簡(jiǎn)單擺動(dòng)焊接，立角焊采用兩層兩道焊接，蓋面進(jìn)行擺動(dòng)運(yùn)條。為保障箱體拐角不出現(xiàn)咬邊缺陷和余高過(guò)大，通常每個(gè)拐角處附近添加3個(gè)焊接點(diǎn)的方式過(guò)渡拐角時(shí)焊槍姿態(tài)變化，以確保焊槍能緩慢順暢過(guò)渡，避免TCP偏差增大，點(diǎn)位偏移。在拐角處焊接參數(shù)試驗(yàn)中，前期已制定出兩套方案，一是拐角處焊接參數(shù)與直焊縫焊接參數(shù)一致，焊縫拐角出現(xiàn)燒邊現(xiàn)象（見(jiàn)圖11）;二是拐角處焊接電流比直焊縫焊接電流低10%～20%。焊接參數(shù)的降低是為了避免在拐角處出現(xiàn)焊腳余高大和咬邊的現(xiàn)象（見(jiàn)圖12）。

②箱體立角焊縫的焊接。薄板焊接方向采用立向下方式，小電流、快速焊，焊縫成形如圖13所示;厚板立焊分成兩層，打底為立向下焊接，小電流、快速焊，蓋面為立向上焊接，小電流、慢速焊，焊縫成形如圖14所示。這種焊接方向可避免薄板立角焊縫余高過(guò)高，厚板立焊縫內(nèi)凹填不滿的問(wèn)題。

（8）為控制箱體焊縫整體質(zhì)量及溫度，工藝參數(shù)盡量選用小電流、低電壓的方式焊接，可避免焊縫咬邊、焊瘤或不飽滿等問(wèn)題。箱體焊接試驗(yàn)參數(shù)如表2所示;組合件焊后效果如圖15所示。

3 焊后檢測(cè)

依據(jù)試題外觀評(píng)分表進(jìn)行檢測(cè)，上箱體焊腳尺寸為4～5 mm，下箱體焊腳尺寸為8～9 mm，箱體水壓試驗(yàn)壓力值達(dá)到0.25 MPa以上，并保持壓力20 min以上，組合件未出現(xiàn)水壓泄露現(xiàn)象，綜合評(píng)分成績(jī)高于85分，屬于Ⅰ類(lèi)成績(jī)。

4 結(jié)論

采用松下焊接機(jī)器人TM1400+350GS4電源，通過(guò)控制焊接機(jī)器人TCP的誤差，采用合理的焊接順序、焊接工藝參數(shù)及正確的編程操作，解決了組合件小圓弧焊縫成形、焊縫焊穿、咬邊、拐角焊縫脫節(jié)、焊角偏差大等焊接缺陷，使試件綜合評(píng)分成績(jī)?cè)?5分以上，達(dá)到Ⅰ類(lèi)成績(jī)。

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