焊接機(jī)器人在車(chē)橋后蓋內(nèi)環(huán)縫上的應(yīng)用

◎文/汪明明（安徽安凱福田曙光車(chē)橋有限公司）

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，尤其是工業(yè)機(jī)器人。焊接機(jī)器人是目前最大的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。由于車(chē)橋制造業(yè)對(duì)許多結(jié)構(gòu)件的焊接精度和速度等指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求，一般工人已難以勝任。特別是橋殼后蓋內(nèi)環(huán)縫工序，實(shí)施焊接空間很小，標(biāo)準(zhǔn)焊槍無(wú)法對(duì)準(zhǔn)焊縫。此外，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫和煙塵，會(huì)對(duì)人體造成危害。安凱福田曙光車(chē)橋有限公司2014年引進(jìn)了日本松下焊接機(jī)器人，用于車(chē)橋后蓋內(nèi)環(huán)縫氣體保護(hù)焊焊接。實(shí)踐證明采用焊接機(jī)器人焊接既能保證焊接質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)效率，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

一、機(jī)器人系統(tǒng)的組成

車(chē)橋焊接中應(yīng)用的焊接機(jī)器人包括機(jī)器人本體、機(jī)器人控制系統(tǒng)、示教盒3部分。

1.機(jī)器人本體

機(jī)器人本體選用交流伺服電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、可靠性高，運(yùn)動(dòng)平滑靈活、效率高，配置了高靈敏碰撞檢測(cè)和柔性控制裝置，避免意外碰撞引起位置偏移。機(jī)器人手臂比安全支架更快檢測(cè)到負(fù)荷變化，自動(dòng)切換成柔性控制，避免撞擊；故障停機(jī)后,機(jī)器人能直接在故障點(diǎn)啟動(dòng)并引弧繼續(xù)作業(yè)；焊接時(shí)斷弧后，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重新引弧，并且通過(guò)設(shè)置具有斷弧點(diǎn)搭接功能；機(jī)器人帶有軟、硬超限開(kāi)關(guān)。

2.機(jī)器人控制系統(tǒng)

松下焊接機(jī)器人采用Windows CE系統(tǒng)控制器，配備IT通訊接口，可連接網(wǎng)絡(luò)，可與先進(jìn)的數(shù)字焊機(jī)通信，數(shù)字化設(shè)定焊接條件。系統(tǒng)功能包括焊接品質(zhì)監(jiān)測(cè)功能（CO2/MAG焊接時(shí)）、焊接擺動(dòng)功能、再引弧功能（CO2/MAG焊接時(shí)）、粘絲自動(dòng)解除功能（CO2/MAG焊接時(shí)）、搭接功能、焊槍校正功能以及其他擴(kuò)展功能。

3.示教盒

示教盒采用觸摸屏液晶顯示畫(huà)面，可一鍵切換中英文；采用手持操作，能顯示當(dāng)前作業(yè)及故障報(bào)警等各種信息及對(duì)機(jī)器人的設(shè)置、編輯，操作方便直觀(guān)；可外接存儲(chǔ)器，方便程序的備份和擴(kuò)展機(jī)器人控制箱參數(shù)。

二、應(yīng)用焊接機(jī)器人焊接車(chē)橋后蓋內(nèi)環(huán)縫

1.焊接機(jī)器人變位機(jī)機(jī)構(gòu)

內(nèi)環(huán)縫焊接機(jī)器人變位機(jī)是由翻轉(zhuǎn)變位機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)變位機(jī)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)組成。翻轉(zhuǎn)變位機(jī)由外部軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密減速機(jī)傳動(dòng)，將工件翻轉(zhuǎn)一定角度便于焊接；回轉(zhuǎn)變位機(jī)由外部軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)精密減速機(jī)傳動(dòng)，帶動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工件的圓周運(yùn)動(dòng)；夾緊機(jī)構(gòu)由鎖緊氣缸驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌導(dǎo)向，通過(guò)齒輪齒條帶動(dòng)夾爪夾緊工件，并通過(guò)鎖緊氣缸鎖緊防止工件掉落。

2.清槍剪絲機(jī)構(gòu)

焊接完成后，為方便操作與維護(hù)、減少日常維護(hù)量，配置了清槍、剪絲、噴硅油裝置。機(jī)器人帶動(dòng)焊槍工作一段時(shí)間后，自動(dòng)到清槍裝置處清除焊槍噴嘴處粘附的焊接飛濺物，并向噴嘴內(nèi)部噴射少量硅油，避免焊接時(shí)飛濺物粘附，有利于下次清槍。

3.安全工作間

安全防護(hù)門(mén)用于機(jī)器人周邊安全防護(hù)，能有效防止飛濺和弧光對(duì)車(chē)間其他操作者的傷害。前側(cè)自動(dòng)對(duì)開(kāi)門(mén)方便上下料吊裝。頂部備有除塵接口，與車(chē)間排煙管道相連接，有效地排除了焊接中所產(chǎn)生的煙塵。

三、車(chē)橋內(nèi)環(huán)縫焊接工藝

1.工作流程

打開(kāi)工作間門(mén)→工件放置到變位夾具上→用兩端夾緊裝置將工件夾正→分中機(jī)構(gòu)夾緊工件→機(jī)器人焊接工件上的焊縫→機(jī)器人焊接完成后回位清槍→變位機(jī)回到初始位置，打開(kāi)所有夾緊裝置→打開(kāi)工作間門(mén)→人工上下工件。

2.工藝參數(shù)

焊接電流240～330A，焊接電壓26.0～30V，收弧電流210～238A，收弧電壓22.0～25.5V，焊絲牌號(hào)H08Mn2SiA，焊絲型號(hào)ER50-6，焊絲直徑φ1.2mm，冷卻液型號(hào)028872，Ar/CO2混合氣流量 18～20L/min（ 4∶1）[1]。

3.焊接工藝要求

所焊工件焊縫成型應(yīng)光滑，表面無(wú)裂紋、明顯的氣孔、假焊咬邊、凹陷等缺陷，焊縫允許有輕微、連續(xù)的、淺的、短的咬邊和邊缺口，缺陷總長(zhǎng)度不大于焊縫長(zhǎng)度的10%。允許個(gè)別直徑≤1mm的單個(gè)氣孔，不允許裂紋、假焊，收弧處不得有弧坑，具體要求如圖1所示[1]。

圖1 橋殼后蓋焊接工藝要求圖

4.焊縫檢測(cè)

對(duì)焊接后的焊縫進(jìn)行解剖實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看焊縫深度約為5.10mm，焊縫及熱影響區(qū)硬度分布為橋殼中段208HV1、相變區(qū) 240HV1、焊縫區(qū) 241HV1、過(guò)熱區(qū)196HV1，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合工藝要求。

四、結(jié)論

綜上所述，焊接機(jī)器人的應(yīng)用克服了以往手工焊接中的不確定性因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)了焊接參數(shù)的在線(xiàn)調(diào)整和焊縫質(zhì)量的實(shí)時(shí)控制。