機器人應用于氣體保護焊的相關質(zhì)量識別及控制研究

易榮軍

摘 要：從工業(yè)機器人自動焊接系統(tǒng)的硬件組成與連接、焊接系統(tǒng)參數(shù)設置、自動焊接系統(tǒng)PLC控制、機器人焊接過程示教編程等方面對工業(yè)機器人焊接系統(tǒng)的應用進行系統(tǒng)闡述，并根據(jù)機器人自動焊接中常見質(zhì)量問題及自動焊接質(zhì)量控制方法等了進行分析。本文以機器人氣體保護焊為例，系統(tǒng)分析了影響焊接質(zhì)量的機料法環(huán)測五個因素的各子因素并評價了各因素的相關度，并針對強相關性因素介紹了過程控制方法。

關鍵詞：氣體保護焊;焊接質(zhì)量;影響因素;相關度

前言：隨著工業(yè)經(jīng)濟領域的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和技術升級，焊接自動化、工業(yè)機器人、自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)成為必要趨勢，焊接技術正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)的手工技術作業(yè)發(fā)展成為現(xiàn)代科學制造，焊接機器人的應用極大的提高了焊接的靈活性和焊接質(zhì)量。

1汽車零部件行業(yè)氣保焊焊接質(zhì)量現(xiàn)狀

焊接是汽車制造的四大工藝之一，也是眾多汽車零部件的重要工序，包括車身件、底盤件和功能件等，焊接的焊縫或者焊點都是CC特性和SC特性，不僅影響焊接產(chǎn)品的使用性能和壽命，更重要的是影響人身和財產(chǎn)安全。同時，焊接又是典型的特殊過程，涉及因素眾多，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量必須對焊接過程實施管理。氣體保護焊全名為熔化極氣體保護焊，是以可熔化的金屬焊絲作電極，并由氣體作保護的電弧焊[1]。在實際生產(chǎn)中，氣保焊產(chǎn)品的質(zhì)量是由其過程保證的，當產(chǎn)品發(fā)生焊接質(zhì)量問題、產(chǎn)生焊接缺陷時，就需要對焊接過程的控制進行分析，分析時一般采用魚刺圖（又名因果圖、石川圖）進行，如表1所示。目前發(fā)生質(zhì)量問題一般采用此方法進行事后糾正，卻不能做到事前預防。

2影響機器人氣體保護焊質(zhì)量的因素

機器人焊接有別于手工焊接，機器人焊接主要靠程序和防錯進行，人員的影響相對較小，故本文未納入分析，實際只從機、料、法、環(huán)、測等五個方面進行分析。

2.1物料對焊接質(zhì)量的影響因素、風險、相關度和控制方法，如表2。

3機器人焊接系統(tǒng)的硬件連接

一個完整的工業(yè)機器人弧焊系統(tǒng)由工業(yè)機器人、焊槍、焊機、送絲機、焊絲、焊絲盤、氣瓶、煙霧凈化系統(tǒng)或者煙霧凈化過濾機等組成。機器人焊接系統(tǒng)單元間的連接包括焊機和送絲機、焊機和焊接工作臺、焊機和加熱器、送絲機和機器人工控柜、焊槍和送絲機、氣瓶和送絲機氣管等的連接。

4機器人焊接系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)與設置

4.1送絲輪壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)安裝連接完成后應根據(jù)工藝要求調(diào)整送絲輪、氣瓶壓力以及焊絲盤的盤制動力。送絲機構為四輪雙驅(qū)，送絲壓力刻度位于壓力手柄上，對于不同材質(zhì)及直徑的焊絲應設置不同的壓力刻度，不同材質(zhì)、焊絲直徑與壓力的關系如表3及圖2所示。焊接過程中實際的壓力調(diào)節(jié)規(guī)范必須根據(jù)焊槍電纜長度、焊槍類型、送絲條件和焊絲類型作相應的調(diào)整。圖2中類型1適合硬質(zhì)焊絲，如實芯碳鋼、不銹鋼焊絲。類型2適合軟質(zhì)焊絲，如鋁及其合金。類型3適合藥芯焊絲[2]

4.2氣瓶流量和壓力調(diào)節(jié)和焊接方式、板厚、焊絲直徑等有關，應合理確定氣壓和流量。在流量調(diào)節(jié)前打開氣瓶手動開關并按一下焊機電源上的檢氣按鈕，在送氣期間，旋轉(zhuǎn)流量調(diào)節(jié)旋鈕使浮球處于預設定流量的刻度位置，流量調(diào)節(jié)完成后，可再次按下氣檢按鈕停止送氣。

4.3焊機控制面板可選擇焊機的功能和參數(shù)設定，焊接面板參數(shù)設置的操作流程首先依次選擇焊接方法、工作模式、焊絲直徑、焊絲材料，然后利用調(diào)節(jié)旋鈕和參數(shù)選擇鍵進行其他參數(shù)的調(diào)整，例如焊腳、板厚、焊接速度、焊接電流、焊接電壓、電弧力/電弧挺度和弧長修正等。為了達到理想的焊接效果，必須合理的設置焊接各項隱含參數(shù)，如回燒時間、提前送氣時間、滯后關氣時間等。如果焊機電壓和電流由機器人給定則無需設置焊接電流和焊接電壓。

5機器人焊接系統(tǒng)示教及編程

焊接工作既可以利用機器人示教器本地操作來完成，又可以由PLC遠程控制完成。為了保證焊接的正常進行及焊接機器人與PLC之間的通訊，除了完成機器人通用示教工作和編制PLC控制程序外，還必需完成機器人焊接系統(tǒng)焊接參數(shù)設置及機器人、PLC、焊機系統(tǒng)的關聯(lián)設置。

6機器人自動焊接系統(tǒng)PLC控制

機器人自動焊接系統(tǒng)在遠程控制模式下，機器人選擇自動模式，系統(tǒng)就緒情況下，通過PLC系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動焊接控制。設備自動啟動，系統(tǒng)運行，機器人程序啟動，在運行過程中若按下暫停按鈕機器人應暫停運行，再次按下啟動按鈕，機器人繼續(xù)運行，若急停按鈕動作，系統(tǒng)應立即停止運行，須按復位按鈕，清除機器人急停信號，機器人回到工作原點后，系統(tǒng)才可以再次啟動。

7焊接質(zhì)量控制

使用壓力手柄調(diào)節(jié)送絲輪壓力，應使焊絲均勻的送進導絲管，并要允許焊絲從導電嘴出來時有一點摩擦力，不致引起在送絲輪上打滑，注意過大的壓力會造成焊絲被壓扁，鍍層被破壞，并會造成送絲輪磨損過快和送絲阻力增大。在焊接過程中應保持焊槍向焊接行進方向傾斜0°～10°的“前進法”焊接方法，使氣體保護效果較好。如果出現(xiàn)焊接咬邊現(xiàn)象要及時調(diào)整焊接參數(shù)和焊槍角度;如果經(jīng)常性出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象則要對機器人零位置進行校正。

8結語：

綜上所述，影響機器人氣體保護焊焊接質(zhì)量的過程因素眾多，不僅需要強調(diào)硬件系統(tǒng)（包括：焊接電源穩(wěn)定性、機器人的重復精度、送絲機構的穩(wěn)定性等方面），還需要管理軟系統(tǒng)（包括：導電嘴的更換頻率、參數(shù)的設置、零件間隙的匹配等方面）。經(jīng)過產(chǎn)品和工藝設計后，在批量生產(chǎn)前先要進行因素梳理、識別重點影響因素，進行完善的過程質(zhì)量策劃，針對重點因素進行控制，做到事前預防，才能從根本上減少焊接質(zhì)量風險。

參考文獻：

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].二版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.