焊接機器人應用痛點與調試方法

程中甫 劉成

摘 要：科技進步在改變了人們生活方式的同時，也促進了工業現代化的建設進程。焊接機器人是集數控、計算機、電子技術于一身，在社會建設工作大力開展的態勢之下，衍生出的新型焊接方式。焊接機器人的出現，不僅提升了焊接的品質及效率，也改善了工人的勞動強度、有效地控制了企業的生產成本。通過焊接機器人技術的發展與應用研究分析，了解焊接機器人應用的主要優勢，焊接機器人技術的主要應用，未來焊接機器人技術應用的主要方向，使焊接機器人技術得以更好的應用，推動我國工業的現代化建設進程。

關鍵詞：社會建設;焊接機器人;技術應用;展望

引言

焊接是工業建設中經常會用到的一種技術，其焊接水平及工藝直接會對產品的品質產生影響。隨著我國社會建設工作的大力開展，焊接技術應用的領域變得越來越廣，同時對于焊接技術也提出了更高的要求。焊接機器人出現，不僅提升了焊接的精度及效能，也使焊接中對人體產生危害的電弧、煙塵得到了更好的控制。通過分析焊接機器人應用的主要優勢，了解焊接機器人技術的主要應用，為未來焊接機器人技術的應用與拓展，打下堅實的基礎，正好的服務于我國的社會建設事業。

1.焊接機器人應用的主要優勢

1.1更好地保證了勞動者的健康

在傳統焊接作業的環境之下，人們通過要適應各種復雜的作業環境，不僅會對作業者的身體造成一定的損害，同時也會降低整個工程的安全系數。焊接機器人的出現，改變了傳統焊接方式帶來的弊端，不但可以適應各種條件惡劣的環境，同時也能提升整個焊接過程的安全系數，降低了整體作業的勞動強度，提升了產品的生產效能，縮短了產品的生產周期，對于整個工業產品的升級換代，具有重要的指導意義。

1.2提升了焊接的品質

焊接機器人作業之前，技術人員可以根據企業的品質要求，通過對電流、電壓及速度的控制，使焊接的品質得到更好的控制。同時，焊接機器人還能避免傳統焊接技術中人為主觀因素對焊接品質產生的消極作用。

1.3能夠更好的保證生產的效能

焊接機器人技術的應用，能夠根據生產的要求進行流速、電流、電壓等相關參數的控制，從而更好的保證了生產的效能。與此同時，焊接機器人能夠實現24h不間斷作業，技術人員可以根據生產計劃及定單的需求，對焊接機器人的相關參數進行調整，從而使企業能夠按照原定的計劃開展相關的工作，提升了整體工作的效能。

2.焊接機器人主要技術問題

2.1焊接工藝參數調試及焊絲選擇

機器人需要確定的工藝參數包括焊接參數、多道焊相對位置參數、擺動參數及電弧跟蹤參數等，為實現各參數之間的良好匹配，需要進行大量調試試驗，以最大化的發揮機器人焊接穩定的優點。一旦確定了合適的參數，機器人就可以穩定復現具有良好成形的焊縫。

機械臂在執行行走、尋位、焊接等操作時，送絲軟管隨之頻繁扭動，使用傳統的有縫藥芯焊絲可能導致藥粉泄露堵塞送絲軟管，而無縫焊絲則不存在這樣的問題;此外，使用無縫藥芯焊絲還可以有效避免藥芯受潮帶來的質量風險。

2.2立角焊焊縫容易鼓包現象

立角焊熱輸人水平高于平角焊，工藝開發過程中通常不會遇到接頭硬度超標問題，但是小焊腳工藝容易出現余高過高的問題。

由下向上焊接的立角焊，當熔池受到的電弧吹力和表面張力不足以抵抗重力時，熔融金屬會沿著焊縫中心向下流淌，凝固后導致焊縫中心鼓起，余高過高。且鼓起沿著焊接方向越發明顯，這是由于在焊接過程中，鋼板溫度不斷升高，熔池結晶速度變慢，向下流淌現象越發嚴重，焊縫中心鼓起也越發明顯。

通過提高焊接速度可以有效改善焊縫成形，F3 40-2在同時增加焊接電流、焊接速度并保持熱輸入不變的條件下，熔池結晶速度加快，可有效避免熔融金屬沿焊縫向下流淌，從而達到控制余高的目的。

3.焊接機器人參數調試方法

上述問題是在焊接機器人使用過程中經常會遇到的技術問題，為充分挖掘焊接機器人在實際工藝過程中的技術優勢，有必要結合焊件的特殊工藝要求，對焊接機器人進行更加精準的參數調試，有效的參數調試包括：電弧跟蹤、擺動和多層多道焊參數調試，具體如下：

3.1電弧跟蹤參數

若機器人沒有配備視覺傳感器等輔助裝置用于焊接過程中的糾偏，則需要用到機器人自帶的電弧跟蹤功能來實現焊縫糾偏。

ABB機器人可選的電弧跟蹤類型（track type）包括中心線跟蹤、自適應跟蹤、單側（左、右、高度方向）跟蹤，角焊縫通常選用中心線跟蹤。選擇跟蹤類型后還需給定gain_y&gain_ z值，用于設定電弧跟蹤修正靈敏度的大小，數值越大，系統修正響應速度越快。賦值區間為1100的整數，初始值的設定視擺動寬度而定，通常初始賦值30即可，若擺動寬度很小，可以從賦值5開始嘗試。

完成上述初始設定后需要通過試驗確定跟蹤基準電流（Current）。基準電流確定后，機器人可以根據焊接過程中的實際電流與基準電流的差異對焊槍動作進行調整，包括Y方向（擺動方向）的糾偏，以及Z方向對焊槍與工件距離的調整，如測量電流小于基準電流，則機器人會控制焊槍接近工件，此時測量電流會隨之增大直到等于基準電流;反之，如測量電流大于基準電流，則機器人會控制焊槍遠離工件直到電流減小到與基準電流一致。

3.2電弧擺動參數

為實現Y方向的電弧跟蹤功能（避免出現偏焊），無論是平角焊工藝還是立角焊工藝，都要求焊槍必須擺動（Y方向）。可以選用的擺動路徑形狀（weave_shape）包括不擺動、Z字形擺動、V字形擺動、三角形擺動和圓形擺動，角焊縫工藝通常采用Z字形擺動。

選定擺動路徑形狀后還需要選擇擺動類型（weave_type），包括6軸同時參與擺動、腕部擺動、1，2，3軸擺動和4，5，6軸擺動，電弧焊通常選用4，5，6軸擺動，這也是擺動頻率最高的類型，適合焊接。

完成上述初始設定后需要通過試驗確定擺動動作幾何參數以滿足焊縫成形要求，包括：

（1） weave一 length，在擺動類型選定為4，5，6軸擺動的條件下，weave_ length即為擺動頻率（擺動完成1個完整周期所用時間的倒數）。

（2） weave_ width，擺動寬度，在Z字形擺動條件下即為擺動幅度（Y方向）。

（3）dwell_ left/ right/ center，在擺動左右極限位置/中間位置停留長度。

3.3多層多道參數

多層多道焊每一道的焊接、擺動、跟蹤參數相互獨立，可以按照前文介紹的方法分別設置，但需要給出相鄰兩條焊道的相對位置關系（當前焊道TCP相對于上一道的偏置參數）。可以結合工件結構特點選擇焊接方向（Direction），Direction賦值為“1”代表與上一道同向，“一1”代表與上一道反向。選擇焊接方向完成后需要設置TCP的平移距離（seamoffs_y&seamoffs_ z）和旋轉角度（seamrot一 x & seamrot_y）。

以雙層雙道平角焊為例，第一道焊接完成后，通過TCP平移與轉動，確定第二道的位置，而不需要重新示教或尋位來確定第二道行走路徑。

結語

綜上所述，通過焊接機器人技術的發展與應用研究分析，認識到焊接機器人應用的主要優勢：更好地保證了勞動者的健康、提升了焊接的品質、能夠更好地保證生產的效能，相信科技水平的不斷完善及專業技術人員的共同努力之下，焊接機器人技術會得到更好的進步，為社會建設工作的有序開展及人們生活水平的提升，提供更加強大的助力。

參考文獻

[1]劉然，趙森.焊接機器人應用現狀與技術發展探討[J].中國新通信，2019，21 （21）：95.

[2]霍厚志，張號，杜啟恒，黃勝利，仇一晨.我國焊接機器人應用現狀與技術發展趨勢[J].焊管，2017，40 （02）：36-42+45.

[3]謝小寶，林健力.焊接機器人應用現狀與研究發展趨勢[J].海峽科技與產業，2018，228（06）：90-92.

[4]閆河江.焊接機器人的應用現狀和發展趨勢[J].華東科技（綜合），2018（9）：3.

注：廣東省高性能伺服系統企業重點實驗室開放基金（HPSKL202 1KT03）資助項目。