工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)的探討

陳玉球+吳玉潔

摘 要：將具備適當(dāng)焊接技術(shù)的機(jī)器人應(yīng)用于相應(yīng)的焊接產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，不僅可以明顯的提升焊接的質(zhì)量和效率，而且可以有效的減少焊接人員在惡劣的工作環(huán)境下的勞動強(qiáng)度，所以近年來焊接機(jī)器人的相關(guān)研究受到人們的高度關(guān)注。在此背景下，本文針對工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人焊接技術(shù)展開研究，為此類優(yōu)化機(jī)器人的焊接效果提供參考。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械典型接頭；弧焊機(jī)器人；焊接技術(shù)

中圖分類號：TG44 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0092-01

通常情況下，工程裝備中需要焊接的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到整體重量的50%至70%，焊接結(jié)構(gòu)的重量對工程機(jī)械接頭的焊接質(zhì)量提出了較高的要求，如果焊接的質(zhì)量不合格，將直接影響焊接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、牢固性和整體性能，甚至對工程機(jī)械的使用壽命也會產(chǎn)生直接的影響，所以在選用弧焊機(jī)器人完成工程機(jī)械典型接頭焊接任務(wù)的過程中，必須結(jié)合工程機(jī)械典型接頭的特征，對弧焊機(jī)器人的焊接技術(shù)進(jìn)行探究。

1 工程機(jī)械典型接頭的特征分析

碳素、低合金和鑄鋼材料的板厚在2至4毫米之間、7至21毫米之間、20毫米以上的板件是目前工程機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械材料，這些機(jī)械材料雖然具有較理想的焊接性能，在焊接的過程中出現(xiàn)冷裂紋或熱裂紋的可能性較小，焊前、焊后對溫度的依賴性較小，但在拼焊的過程中，受焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響，焊縫布局較為緊密，要保證焊接的質(zhì)量，除對焊縫進(jìn)行外觀檢測外，在受力結(jié)構(gòu)中必須要進(jìn)行超聲波或磁粉探傷[1]。目前，我國在進(jìn)行工程機(jī)械典型接頭焊接的過程中，以CO2/MAG氣體保護(hù)焊和埋弧自動焊兩種方式為主，主要是考慮兩種焊接技術(shù)在應(yīng)用的過程中，在電流密度、熔深、速度均超出傳統(tǒng)的手工電弧焊，而且前者在應(yīng)用的過程中清理的難度較小，后者在應(yīng)用的過程中，不僅可以較好的保證產(chǎn)品的外觀，而且在焊接質(zhì)量、焊接環(huán)境等方面也較理想。結(jié)合兩種焊接方式的性能，目前后者主要在中厚板材的直焊或環(huán)焊縫中應(yīng)用，而前者在其他情況應(yīng)用。

可見，現(xiàn)階段如果在不應(yīng)用弧焊機(jī)器人的情況下，我國工程機(jī)械典型接頭焊接也具有較成熟的工藝，也可較好的保證工程機(jī)械典型接頭的焊接質(zhì)量。

2 工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人所應(yīng)具備的焊接技術(shù)分析

焊接機(jī)器人主要由焊接功能系統(tǒng)和機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成，前者主要包括焊接電源、焊槍、夾具、工作臺、送絲機(jī)等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而后者主要包括機(jī)器人外形、控制柜、變壓器、示教器等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，結(jié)合目前工程機(jī)械典型接頭特征分析，筆者認(rèn)為工程機(jī)械典型接頭的弧焊機(jī)器人要保證焊接的質(zhì)量和效率，必須具備以下技術(shù)[2]。

2.1 機(jī)器人焊槍實(shí)現(xiàn)從焊縫起始點(diǎn)出發(fā)

通常情況下弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)尋位裝置，該裝置在與工件接觸的過程中，會因內(nèi)部存在較小的電壓而形成瞬間的短路，通過對短路現(xiàn)象的記憶和判斷，機(jī)器人可以較準(zhǔn)確的判斷焊縫的三維坐標(biāo)，并結(jié)合坐標(biāo)上相關(guān)點(diǎn)的計(jì)算，進(jìn)一步優(yōu)化焊槍的位置，多次往復(fù)的焊槍位置判斷和糾正可以在機(jī)器人的存儲記憶中形成數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)而較準(zhǔn)確的判斷工程機(jī)械典型接頭的焊縫起始點(diǎn)，為焊接工作的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件。需要注意的是，在進(jìn)行焊縫起始點(diǎn)判斷前，機(jī)器人應(yīng)先自動對焊槍內(nèi)部進(jìn)行清潔，并對焊絲的長度進(jìn)行修正，因?yàn)樵谄鹗键c(diǎn)判斷后，再進(jìn)行相關(guān)操作，可能會使焊縫起始點(diǎn)位置發(fā)生偏移。

2.2 電弧傳感技術(shù)

電弧傳感技術(shù)的應(yīng)用，可以在舍去在焊槍上設(shè)置傳感器的同時(shí)，保證焊接的整體質(zhì)量，其主要原理是，結(jié)合焊炬和工件間距的變化獲得具體的焊接參數(shù)，然后結(jié)合參數(shù)對焊炬的具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，目前擺動式、并列雙絲式、旋轉(zhuǎn)掃描式的電弧傳感器均較好的應(yīng)用了電弧傳感技術(shù)，但考慮到其中旋轉(zhuǎn)式在應(yīng)用中靈敏性和可控性相對更加理想，所以在弧焊機(jī)器人中應(yīng)盡可能選擇旋轉(zhuǎn)電弧傳感器。

2.3 弧焊智能跟蹤技術(shù)

在模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)不斷發(fā)展和完善的推動下，近年來自動弧焊技術(shù)中應(yīng)用的跟蹤技術(shù)已經(jīng)從模糊跟蹤逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芨?，極大的縮減了弧焊技術(shù)應(yīng)用過程中，對工件形態(tài)產(chǎn)生的影響。因?yàn)樵谥悄芨櫦夹g(shù)的作用下，機(jī)器人可以結(jié)合跟蹤過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，進(jìn)行記憶、學(xué)習(xí)和聯(lián)想，并結(jié)合視覺模糊識別進(jìn)行更加準(zhǔn)確的判斷，極大的提升了焊接的質(zhì)量。在進(jìn)行智能跟蹤判斷的過程中，需要結(jié)合具體的焊接形狀確定跟蹤點(diǎn)的數(shù)量和位置，例如，在進(jìn)行直線焊接的過程中，只要合理的選擇兩個(gè)跟蹤點(diǎn)即可，而在進(jìn)行圓弧形狀焊接的過程中，需要選擇3個(gè)或3個(gè)以上的跟蹤點(diǎn)，在進(jìn)行圓弧擺動焊接的過程中，至少需要5個(gè)或5個(gè)以上的動態(tài)跟蹤點(diǎn)。

在工程機(jī)械典型接頭焊接的過程中，弧焊機(jī)器人具備以上技術(shù)就基本可以滿足焊接的實(shí)際需要，但需要注意的是，在具體焊接的過程中，對接、搭接、角接、T型接等多樣的接頭形式，不同工件的結(jié)構(gòu)和厚度等，對具體的焊接參數(shù)要求也存在差異，需要結(jié)合實(shí)際情況，對機(jī)器人的具體焊接參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

3 結(jié)語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段人們已經(jīng)認(rèn)識到利用弧焊機(jī)器人完成工程機(jī)械典型接頭焊接任務(wù)對提升工程機(jī)械焊接效率和質(zhì)量等方面的積極作用，并在實(shí)踐中有意識的結(jié)合工程機(jī)械典型接頭的特征，對弧焊機(jī)器人所應(yīng)具備的焊接技術(shù)展開研究，這是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用自動化、智能化技術(shù)的體現(xiàn)，也是安全人機(jī)工程學(xué)理論在工程機(jī)械焊接工藝中的體現(xiàn)，應(yīng)積極的優(yōu)化和推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]陳華斌，黃紅雨，林濤，等.機(jī)器人焊接智能化技術(shù)與研究現(xiàn)狀[J].電焊機(jī)，2013（4）：8-15.

[2]張隨丹.影響弧焊機(jī)器人焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（S1）：47-50.