機(jī)器人焊接技術(shù)在液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用

楊兆偉

（濟(jì)南煤炭科技研究院，山東鄒城 273500）

0 引言

隨著液壓支架需求量的不斷增加，當(dāng)今液壓支架生產(chǎn)制造企業(yè)大多數(shù)還是以手工焊接作為主導(dǎo)的支架結(jié)構(gòu)件制造方式。而高端支架制造大部分部件都是采用高強(qiáng)板焊接，高強(qiáng)板焊接要求將焊件加熱至200 ℃，施焊溫度在80 ℃以上，焊工的焊接工作需要在不間斷的高溫條件下進(jìn)行，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。并且，手工焊接受到人為因素的制約非常大，難以確保焊接效果，從而不利于支架性能的發(fā)揮。因?yàn)楦叨酥Ъ軜?gòu)件板材較厚、尺寸大，具備復(fù)雜的焊接工藝，從而人工焊接難以提升焊接效率。鑒于此，完善機(jī)器人焊接技術(shù)在液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中的應(yīng)用顯得非常迫切。

1 液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接技術(shù)的具體標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合焊接指標(biāo)，焊接結(jié)構(gòu)件外形需要防范尖角。鉸接位置四孔同軸度是D1-2 mm。焊接直線不大于4 m 的情況下，焊接平面沒(méi)有標(biāo)注的直線度公差是2‰；焊接直線在4 m 以上的情況下，此公差在3‰之內(nèi)；沒(méi)有標(biāo)注的平面度公差無(wú)論在哪個(gè)方向，都需要確保誤差小于2 mm/m。并且，焊縫抗拉強(qiáng)度需要在520 MPa 以上。此外，全部焊縫務(wù)必符合Ⅱ級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)，禁止焊接缺陷（沒(méi)有熔合、氣孔、裂孔、夾渣等）形成，同時(shí)還要最大限度減少焊接變形。

2 液壓支架焊接機(jī)器人的發(fā)展情況

隨著智能制造的不斷發(fā)展和進(jìn)步，汽車制造和工程機(jī)械等方面廣泛采用機(jī)器人焊接方式，大大提升了焊接質(zhì)量和制造效率。大部分的液壓支架應(yīng)用立體交叉焊縫、中厚板經(jīng)短距離焊接而成，焊接可達(dá)性不高。另外，工件拼裝和定位需要非常高的精度，這大大提高了全自動(dòng)焊接液壓支架機(jī)器人的應(yīng)用難度。近年來(lái)，很多企業(yè)進(jìn)行了焊接試驗(yàn)工作，逐步在液壓支架連桿焊接生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人焊接系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了連桿焊接質(zhì)量與自動(dòng)化水平的提升。也有一部分企業(yè)在焊接復(fù)雜箱體構(gòu)件（支架底座、掩護(hù)梁、頂梁等）中應(yīng)用了先進(jìn)焊接機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模化的自動(dòng)化生產(chǎn)模式。

當(dāng)前液壓支架焊接中應(yīng)用焊接機(jī)器人面臨以下問(wèn)題：①液壓支架的構(gòu)造基本為箱型，其特點(diǎn)是拼裝數(shù)和焊接工位多、構(gòu)造多變，多變復(fù)雜的空間焊縫是其主要焊縫；②基本由中厚板拼焊而成的支架結(jié)構(gòu)件，下料和拼接存在較大誤差，焊接質(zhì)量難以保障；③多層多道焊是液壓支架焊接的主要形式，其要求較高的焊接機(jī)器人程序保障；④變位設(shè)備成本大，以及配套系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)；⑤焊接機(jī)器人與變位設(shè)備互相對(duì)應(yīng)，在高溫焊接狀況下焊接速度比工件降溫速度慢，重復(fù)加熱之后焊接效率下降。

3 液壓支架結(jié)構(gòu)件制造中改進(jìn)和完善的機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用

3.1 機(jī)器人焊接定位控制

自動(dòng)化焊接液壓支架的實(shí)現(xiàn)，需要焊接機(jī)器人能夠進(jìn)行空間位移以及保持標(biāo)準(zhǔn)的焊槍姿態(tài)。實(shí)時(shí)跟蹤定位功能的設(shè)置可以對(duì)坡口和焊縫寬度進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，主要有以下3 種技術(shù)。

（1）運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。多變復(fù)雜的空間焊縫是液壓支架構(gòu)件焊縫的主導(dǎo)，其需要焊接機(jī)器人對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，確保順著工件焊縫的空間移動(dòng)，以及對(duì)相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

（2）焊縫跟蹤和定位技術(shù)。液壓支架的組成是拼接的中厚板材，拼接時(shí)難以控制誤差，以及難以準(zhǔn)確定位焊縫，想要使自動(dòng)焊接實(shí)現(xiàn)，需要焊接機(jī)器人對(duì)改變的焊縫軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，可以結(jié)合改變的焊縫坡口自主調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。在用機(jī)器人焊接液壓支架構(gòu)件中，現(xiàn)在有些企業(yè)應(yīng)用激光焊縫跟蹤技術(shù)。

（3）多層多道焊接技術(shù)。因?yàn)橐簤褐Ъ馨宀暮瘛⒊叽绱螅瑸榱私档凸ぜ嶙冃瘟亢蜏p少熱輸入，多層多道焊接的應(yīng)用較多。機(jī)器人焊接的重要技術(shù)是自動(dòng)化多層多道焊接技術(shù)，該技術(shù)一般首先進(jìn)行全部焊縫的打底焊接，然后實(shí)施蓋面焊接。

3.2 焊接區(qū)間電弧異常報(bào)警

（1）制作氣動(dòng)除渣槍。為了有效清理機(jī)器人焊接之后形成的藥皮和焊渣，需要根據(jù)場(chǎng)地作業(yè)流程將焊渣清理干凈，結(jié)合工作現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)源制作氣動(dòng)除渣槍，其主要組成部分是快速接頭、保護(hù)套、除銹鋼針、進(jìn)氣開(kāi)關(guān)壓板等，有效兼顧作業(yè)時(shí)會(huì)傷害人體的情況，需要增加保護(hù)套，以有效防護(hù)作業(yè)人員，確保焊渣被清理過(guò)程中的安全性。

（2）焊接五步檢查排除。在具體焊接時(shí)，機(jī)器人報(bào)警——焊接區(qū)間電弧異常的現(xiàn)象會(huì)多次形成，為了消除該報(bào)警現(xiàn)象，根據(jù)場(chǎng)地焊接的具體要求制作一種實(shí)用和簡(jiǎn)單的氣動(dòng)清渣槍。這是一種專門(mén)的清除焊接藥皮工具，在進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)執(zhí)行五步檢查排除法，其具體環(huán)節(jié)如下：①將原點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)計(jì)于斷弧點(diǎn)，把焊槍動(dòng)作至方便觀察、清理、安全的部位；②實(shí)時(shí)對(duì)導(dǎo)電嘴和噴嘴的現(xiàn)狀，需要的情況下迅速對(duì)導(dǎo)電嘴和噴嘴進(jìn)行更換；③在焊絲送絲操作時(shí)，場(chǎng)地作業(yè)者注重觀察，當(dāng)存在焊絲黏連的情況下實(shí)時(shí)手動(dòng)清剪黏連的焊絲；④維持為22 mm 的清剪之后的焊絲干伸長(zhǎng)度，確保焊絲部位在噴嘴中心點(diǎn)，以及垂直于噴嘴截面；⑤場(chǎng)地作業(yè)者應(yīng)站在安全的地方，以自制工具對(duì)焊道表面的藥皮進(jìn)行清理，防范傷害操作人員。

3.3 噴嘴接觸工件報(bào)警

對(duì)于具體焊接時(shí)工業(yè)機(jī)器人形成的報(bào)警現(xiàn)象——噴嘴接觸工件，需要制定有效的排除方法，重點(diǎn)基于下面6 項(xiàng)進(jìn)行排除：①組對(duì)工件的過(guò)程中確保筋板跟底板和主筋之間垂直，工件蓋板的組對(duì)確保蓋板下臥主筋板的大小適宜；②為了對(duì)焊接前后的變形情況進(jìn)行有效控制，應(yīng)增加間隙值和支撐，需要認(rèn)真根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)加墊；③裝夾的組對(duì)應(yīng)確保異物不出現(xiàn)在組對(duì)平臺(tái)上，結(jié)合定位質(zhì)子擺放工件，對(duì)稱緊固螺母和裝夾錐筒，保障均勻地進(jìn)行緊固；④焊接時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)，微微調(diào)節(jié)焊槍的偏移情況，在使前后進(jìn)角跟左右傾角未發(fā)生改變的條件下實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的要求，防范根部扎進(jìn)焊槍，避免燒毀導(dǎo)電嘴；⑤需要場(chǎng)地作業(yè)者預(yù)處理工件、預(yù)檢驗(yàn)拼裝、常觀察焊接；⑥進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)注重管理所有的控制節(jié)點(diǎn)，體現(xiàn)機(jī)器人的執(zhí)行力與人的積極主動(dòng)性。

4 機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用成效

通過(guò)試驗(yàn)機(jī)器人焊接技術(shù)在液壓支架構(gòu)件制造中的應(yīng)用，以及結(jié)合重復(fù)摸索編程、找點(diǎn)、工藝、加緊等，使機(jī)器人焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)理想的應(yīng)用效果。

4.1 優(yōu)化焊接工藝

結(jié)合固有焊接機(jī)器人程序以及條件的運(yùn)行特點(diǎn)，在多次試驗(yàn)之后設(shè)置了一套有別于手工焊接次序的、與機(jī)器人焊接相適應(yīng)的焊接工藝。與手工焊接方式相比，該技術(shù)降低了焊接變形量和頂筋數(shù)量，完成了大采高柱窩、單雙連桿、掩護(hù)梁、推移桿、頂梁等程序的編程和優(yōu)化。目前，機(jī)器人焊接液壓支架構(gòu)件的編程技術(shù)仍在不斷進(jìn)步。

4.2 提升焊接質(zhì)量

（1）焊接前后連桿、掩護(hù)梁、支架頂梁的試驗(yàn)結(jié)論證實(shí)，角焊縫焊接成型且美觀，顯著優(yōu)于手工焊接方式，并且因?yàn)闄C(jī)器人根據(jù)相應(yīng)的程序開(kāi)展操作，相比于手工焊接方式，其大大降低了變形量。

（2）顯著提升角焊縫質(zhì)量。因?yàn)槭艿饺藛T操作技能的差異或者工作態(tài)度的影響，人工焊接很難保障焊縫質(zhì)量，而機(jī)器人焊接技術(shù)只要調(diào)整好參數(shù)，就能確保焊縫達(dá)到相應(yīng)的級(jí)別。通過(guò)試驗(yàn)機(jī)器人對(duì)樣件的焊接情況，證實(shí)與焊接指標(biāo)相符合。

4.3 提升焊接效率和安全性

人工焊接的過(guò)程中，為了對(duì)工件一系列部位的焊縫進(jìn)行焊接，要求來(lái)回翻轉(zhuǎn)五六次工件，每一次的翻轉(zhuǎn)都要求兩名焊工與一名天車工的配合，耗費(fèi)時(shí)間15 min 以上。應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行焊接，減少了焊接時(shí)翻轉(zhuǎn)工件的時(shí)間，當(dāng)前工件在變位裝置上進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)的時(shí)間在0.5 min 之內(nèi)。并且以往重點(diǎn)依賴變位機(jī)固定設(shè)備定位工件，難以精確地重復(fù)定位工件，可是機(jī)器人默認(rèn)的坐標(biāo)系與首件相同，從而造成批量焊接時(shí)存在撞槍和偏焊情況。機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用，不但減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、減小了用工規(guī)模，之前焊接一件工件要求兩人，當(dāng)前僅僅要求一人對(duì)機(jī)器人看守即可，并且可以同時(shí)焊接兩個(gè)工件，從而節(jié)省人工成本。機(jī)器人焊接技術(shù)的應(yīng)用還優(yōu)化了工人工作環(huán)境，焊工勿需緊貼工件開(kāi)展作業(yè)，減少焊接高溫和煙塵對(duì)人身的危害。

5 結(jié)論

綜上所述，液壓支架構(gòu)件制造中應(yīng)用機(jī)器人焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了理想的成效，不但優(yōu)化了焊接工藝，而且提升了焊接質(zhì)量和效率以及安全性，確保了焊接時(shí)的質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性，得到一線工作者的廣泛肯定。當(dāng)然，由于受拉筋以及工件空間部位的制約，機(jī)器人難以焊接所有部位的焊縫，對(duì)難以進(jìn)行焊接的位置和焊縫仍要求人工進(jìn)行補(bǔ)焊。另外，對(duì)于坡口焊縫，因?yàn)橄铝蠙C(jī)器人切割的坡口存在誤差、焊接機(jī)器人難以準(zhǔn)確跟蹤，難以確保坡口焊縫的焊接質(zhì)量，因此未來(lái)還要不斷優(yōu)化和完善相關(guān)工作。